钛白粉生产工艺技术——硫酸法生产工艺技术
信息类别:
金属学与金属工艺
    发布时间:
2020-06-11
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    硫酸法技能的首要工艺进程是:
    ①TiO2质料用硫酸酸解;
    ②沉降,将可溶性硫酸氧钛从固体杂质中别离出来;
    ③水解硫酸氧钛构成不溶水解产品或称偏钛酸;
    ④煅烧除掉水分,生成枯燥的纯Ti02。
    若选用的开端质料配料的铁含量高或钛含量较低时,则要在净化和水解之间添加去除和收回FeS04·7H20和浓缩钛液工艺进程。
    1.酸解
    经研磨、枯燥的钛铁矿(含42%-60%的TiO2)和/或酸溶性钛渣(TiO2含量72%一78%)一般在铅衬反响器顶用浓硫酸在150-180℃的温度下酸解。为便于酸解,质料一般要磨到200目左右。需求指出的是,白钛石、人工金红石和金红石不溶解于硫酸,因而不能用硫酸法钛白的出产办法。
    酸一料混合物一般用空气进行气流拌和并经过吹人蒸汽加热。大多数出产厂运用浓度为85%-92%的硫酸,剧烈的放热反响在160℃左右就开端了。而某些厂则先进行酸矿预混物料,这样有助于陡峭剧烈的反响。
    钛铁矿中的铁含量越高(TiO2含量越低),所用硫酸的稀释程度就越高。对处理岩矿而言,适宜的酸浓度为85%。而处理钛渣,酸中的H2S04一般为91%-92%。为了取得陡峭的反响,不需用比此更浓的硫酸。
    之后,钛液被逐步稀释,首先用酸,然后用水。不管酸的浓度怎么,反响固相物的形状都是疏松的多孔饼,其首要组成是Fe2(S04)3和TiOS04(硫酸氧钛)。由于质猜中存在的钒、铬和其他金属要在硫酸中分化,因而多孔饼中也含有这类金属硫酸盐。
    酸解反响一般用能装30-40t反响物的酸解罐进行间歇式操作。剧烈的放热反响一般继续约30min,然后将多孔饼固相物冷却3h左右。
    硫酸法发生的空气污染大部分来自于酸解。反响中,很多硫氧化物、酸雾和夹藏的未反响质料粒子在很短时间内开释出来。这些放散物被暂时搜集到气体洗刷塔和固体物质除尘体系中。
    有些工厂,如美礼联在萨尔瓦多(巴西)、亨兹曼在蒂鲁卡隆(马来西亚)的工厂和钛工业公司在宇部(日本)的工厂以及韩口公司(韩国)为便于更好地操控反响和下降硫氧化物的开释,选用了接连酸解工艺。
    接下来是用水和/或稀硫酸将硫酸盐多孔饼浸出。这种饼的分化和三价铁/二价铁的复原一般要进行11-12h,使在酸解罐处的总反响时间达14-15h.
    假如以钛铁矿为质料,钛液要用铁屑处理将三价铁(Fe3+)复原成二价铁(Fe2+)。假如以钛渣为根本质料,由于只要Fe2+,故省掉这一步工序。复原继续到发生一些三价钛(Ti3+)停止,意图是使一切的铁在随后各进程中都坚持二价方法。一般目标为2%的Ti3+就行了,大部分钛以四价(Ti4+)方法存在。正如接连酸解相同,复原也可选用接连方法进行。
    假如让Fe3+进人水解阶段,它们将吸附在TiO2粒子表面,构成终究钛产品白度目标低。因而,在整个工艺进程中使铁坚持二价形状至关重要。
    2.弄清/沉降
    冷却酸解液、固体慵懒物质和未反响的质料剩下物溶液从酸解罐的底部悉数排放到宽底的低位沉积池/沉降池中。
    此处是将由钛矿杂质构成的可溶性剩下物去掉。这些剩下物或许包含硅石、锆石/硫酸锆、白钛石和/或金红石。加人酪蛋白、淀粉或其他有机絮凝剂,液体便经过简略的重力别离沉积在沉降池中。可溶性剩下物的沉降能够在此阶段辅以硫化锑(SbS3)沉积的方法进行。为此,需在酸解阶段将氧化锑加人到开端的质猜中,沉降时加人以沉积SbS3。
    用旋转耙从沉降池中将固体物质去除。一般,在沉降池底部有一集中排放点。固体物质扫除后,先用废酸洗刷以收回未反响的质料,然后用水洗掉残留酸。沉降后的钛液经过精滤除掉纤细的剩下粒子。这些精滤滤渣与从沉降池中搜集的其他固体物合在一起送往答应的堆积场。
    整个沉降进程大约8h。
    3.绿矾收回
    钛液冷却至10℃左右,以便以“绿矾”的方法分出大部分的铁。绿矾首要是FeS04·7H20,稠浊有铬、钒、锰和其他金属硫酸盐。这些金属是开端的质料夹藏的。剩下的Fe2+仍留在钛液中。绿矾能够以红泥浆的方法滤掉。处置绿矾是硫酸法工艺的首要问题之一。在现代化的硫酸法工厂中,绿矾用专门的真空冷冻结晶体系去除,该体系规划为能生成很大的FeS04·7H20晶体,而铬、钒杂质含量最少。大晶体便于处理和贮存,这一点十分重要,由于大多数钛白出产商将收回的绿矾加工成副产品供应,如用做土壤调节剂或水处理剂。
    假如只用钛渣作质料,此阶段没有很多的铁分出。这样,钛出产商就防止了随之而来的绿矾处理问题。FeSO4:Ti02的临界比值是7:10。假如钛液的FeSO4含量很高,则在此阶段有必要除掉绿矾。但假如比值小于0.7,则没有必要除绿矾。
    绿矾除掉后,余下的钛液一般经过真空蒸发浓缩到25摄氏度时1.67的相对密度。此步之后,假如质料是钛铁矿,钛液的Ti02含量为230g/L。假如质料是钛渣,则TiO2含量为250g/L。虽然经过了分出绿矾除铁,但经过钛铁矿获取的钛液中的铁含量仍高于钛渣钛液。
    4.水解
    水解工序是硫酸法钛出产十分要害的一步。这一步将可溶性硫酸氧钛在90℃时水解成不溶于水的水合Ti02沉积物,或称偏钛酸。要取得所需粒度的高质量水解产品,必需严格操控比如加热速度、钛液的Fe2+和Ti4+含量以及其他要素等条件。如前所述,防止呈现Fe3+是此环节的要害。
    为操控水解速度、水解物的过滤洗刷功能和终究产品的细度及质量目标,需求在水解时加人晶种。晶种的加人方法有两种:本身晶种(Blumenfeld法,1928年)和外加晶种(Mecklenburg法,1930年)。两种方法均能出产出相同质量的产品。
    本身晶种是在水解时使用预先加人的水解钛液和水所发生的晶种进行水解工艺,不必别的制备晶种。
    外加晶种望文生义是向钛液加人经别的制备的金红石或锐钛型晶种,用以操控水解速度和钛产品的终究晶体类型。为此意图的金红石晶种是用偏铁酸-或纯TiCl4制备,而锐钛型晶种是用偏钛酸、或向钛液加人水或酸发生的。
    放下所加的晶种,从硫酸氧钛溶液中沉积出的TiO2为锐钛型。不过,在此阶段加人金红石晶种是为了在煅烧时易于使偏钛酸沉积物转化成的Ti02为金红石型。若选用锐钛型或本身晶种,则在煅烧时要加人金红石型煅烧晶种才有利于金红石Ti02的生成。
    偏钛酸的沉积是经过几小时的钛液欢腾到达的。在沉积快结束时,有时要加人必定的水以进步水解率。可是,加人的水过量则会损坏Ti02沉积物的质量,整个水解沉积进程需求3-5h。
    水解沉积物浆料经过滤、洗刷后,在复原条件下用硫酸酸浸以除掉终究微量吸附铁和其他金属,即一般所说的漂白,大约7%-8%的S03紧紧吸附在浆猜中,无法洗掉。事实上,要阅历过滤和洗刷,才能将偏钛酸沉积别离出来。硫酸法钛出产的大部分废酸由此发生。
    第一次过滤中的滤液(称为“浓废酸”)一般含H2SO4 22%-24%。一般每出产It制品钛要发生8-l0t“浓废酸”。假如以钛渣为质料,这种酸仍含有分化的硫酸亚铁,一起还含有很多的硫酸铝和硫酸镁。
    而之后的洗刷和过滤发生的酸废物(称为“稀废酸”),所含H2SO4低于0. 5%。依据水洗和过滤环节的数量,每出产It制品钛发生的稀酸可达60t.
    为操控粒度成长,需向偏钛酸参加调节剂,如硫酸钾、磷酸钾和锌。有时还需在此进程中进一步加人金红石晶种以促进煅烧时构成金红石型Ti02。终究用于煅烧的物料是水合TiO2浆料,固含量为35%一50%。
    5.煅烧
    煅烧是在一个微倾的内燃式回转窑中进行的。在重力效果下,水合Ti02浆料在回转窑中慢慢前移。煅烧温度为900 - 1250摄氏度。为了到达所需的钛类型,实践温度需求按几个等级严格操控。一般出产金红石型钛所需的温度要高一些。经过煅烧环节脱去水分和除掉剩下的微量S03,一起还能够将锐钛型转变成金红石型。煅烧还有助于增强终究钛产品的化学慵懒和断定其粒度,虽然粒度的断定首要是在水解阶段。经过进程取样和对色彩、消色力及粒度的物理检测能够对煅烧进程的严密操控起辅佐效果。
    在煅烧阶段,跟着S03和酸雾的扫除,不可防止要夹藏一些纤细的TiO2粒子,缕缕烟气显着可见。因而,工厂有必要设有收回Ti02粒子、除尘和除酸雾的设备,以使煅烧尾气不对环境构成损害。
    煅烧后,Ti02经研磨破碎烧结颗粒。这以后,一些钛以未包膜Ti02初品的方法出售用于珐琅、焊条等需求初级产品的应用领域。其首要并且是简直一切的钛厂均要进行的表面处理,即后处理。不过,大多数出产商都是在同一现场进行Ti02的表面处理。仅有少部分供应商进行异地后处理加工。表面处理进程见后三末节叙说。
    该工艺所发生的首要废物是废酸(含洗水)和以钛铁矿为质料所产出的FeS04·7H20;废酸一般很稀,H2S04含量低于25%,一些钛出产商极力别离酸解时第一次过滤发生的强酸废物和随后过滤与水洗发生的弱酸废物。硫酸法出产每吨钛发生的副产品及产值如下。
    以钛铁矿质料:3-4t FeS04·7H20; 7-8t (23%H2S04)废酸;
    以钛渣质料:4-6t (25%H2S04)废酸。
    此外,在锻烧阶段,每吨钛有7-8kg S03排人大气或有必要收回以削减对大气污染。

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