CN101514031B - 一种硫酸法酸解钛矿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硫酸法钛白生产过程中用硫酸酸解钛矿的改进方法，其特点是先用钛白生产产生的稀废酸经提浓、除杂后和钛矿进行预混；然后将预混后的矿浆加入酸解锅中，再加入浓硫酸，用加入浓酸产生的稀释热引发主反应。本发明的优点是：1)能够提高钛白废酸的返用量，降低浓缩废酸成本；2)减少了硫酸冷却环节，简化了操作；3)改善了预混和酸解操作条件，降低了工艺事故的风险；4)能够强化预混强度，提高预混效果，从而使酸解反应更充分，酸解率显著提高。

Description

一种硫酸法酸解钛矿的方法

技术领域

本发明涉及一种硫酸法酸解钛矿的改进方法，特别是将硫酸法钛白粉生产过程中产生的废硫酸返用于硫酸法钛白粉酸解工序的生产方法。

技术背景

钛白粉是一种优质的白色颜料，广泛用于涂料、塑料、造纸、油墨、化纤、食品、电子等领域，2006年全世界的产量超过500万吨，是一种重要的无机化工产品。钛白生产通常使用硫酸法和氯化法两种生产工艺，硫酸法钛白工艺始于上世纪二十年代前后，由于原料容易取得，技术比较成熟而在国内广泛使用，但硫酸法钛白生产过程中产生的含大量杂质的稀废酸(浓度25％左右)的综合利用一直是硫酸法钛白生产的难题。早期，欧美国家曾经将稀废酸排入公海，目前，大部分厂家用石灰或电石渣中和后，进行堆渣处理，既浪费了资源，又污染了环境。

很多企业一直致力于稀废酸的综合利用，部分企业利用废酸制造磷肥等产品。当然，将废酸直接用于硫酸法钛白的生产也有多个途径，传统酸解操作是：酸解前采用预稀释后的浓硫酸和矿粉在酸解锅中预混合，矿粉与浓硫酸充分混合后，再向酸解锅中加入稀废酸，废酸中的水与硫酸发生作用而大量生热，再用蒸汽加热引起主反应。该操作过程存在以下问题：首先，为了便于浓硫酸对钛矿粉的浸润，浓硫酸必须进行预稀释，在将部分或全部的浓硫酸进行预稀释(一般稀释到88-93％的浓度)后，即配酸，应进一步将稀释后的浓硫酸冷却才能和全部的矿粉进行预混合，步骤复杂。其次，因为浓硫酸与矿粉进行的是固液反应，为使固液反应取得好的效果，提高后续酸解工艺的酸解率，必须将固液充分预混，但由于担心88-93％的硫酸和矿粉预混时发生酸解主反应，一般将预混合强度和预混合时间都控制在较低的范围内，这样就影响了预混效果，不利于得到高的酸解率，即使在此较低的混合强度下，稍有不慎，例如矿粉被磨得过细、钛矿的反应活性高或者预混用的硫酸没有被充分冷却等偶然因素都会导致在预混阶段提前引发酸解主反应，造成事故。而且，这种方案是将稀废酸代替酸解反应的引发水或酸解反应后固相物的浸取水，此方法由于稀废酸未经浓缩和除杂，在酸解反应要求较高硫酸浓度的前提下，不能大量使用，并且带进的大量杂质也会影响后续工序操作和产品质量，因此，目前钛白生产***产生的稀废酸只有极少部分能够直接返回到钛白生产***中循环利用。

针对上述问题，专利CN1376635A、CN1171777C等公开了一些对硫酸法钛白稀废酸进行浓缩、除杂的方法，如先喷雾浓缩、冷却、分离除杂后的废酸与93％-98％的浓硫酸(一般为98％的商品酸)混配，从而将浓硫酸稀释为90％-93％，并冷却到45℃以下，再将稀释后的混配酸与矿粉进行混合，预混后的浆料加入酸解锅后，加入适当的水，引发酸解主反应。废酸浓缩到48％以上后，大部分杂质会结晶析出，进一步浓缩则能提高废酸的返用量，浓缩后酸浓越高，废酸的利用量也越大，成本也越高，一般情况下，将稀废酸浓缩到70％以上，才能将所产废酸全部返回酸解***与补充的新鲜浓硫酸混合后循环使用。

该已有浓缩废酸返用的流程依然无法克服以下缺点：1)由于要求投入酸解锅的硫酸浓度高于酸解反应的起始浓度，一般要求大于酸解反应起始浓度4％以上，以确保加入引发水后产生足够的稀释热引发主反应，因此，稀废酸在利用过程中，为满足工艺需要，先后经历了浓缩和稀释、冷却和加热过程，造成能耗高，工艺复杂；2)由于在预混阶段使用的硫酸浓度较高的不安全问题没有得到解决，因此在预混过程中，如果酸浓和酸温偏高或者过度搅拌、预混时间过长，都会在预混过程中引发酸解主反应而发生事故，为防止事故发生，需要在配酸和预混过程中对硫酸和料浆进行冷却，并要控制混合强度和时间，预混强度和时间不充分往往影响预混效果，因而影响后续酸解过程的酸解率；3)酸浓度较高的预混料浆不便用泵输送，以防产生过度搅拌，引发酸解主反应，所以必须将预混槽设置在高于酸解锅的位置，便于将预混料浆直接放入酸解锅，然而，将干矿粉输入较高位置的预混槽的投资大、能耗高。

发明内容

本发明旨在克服上述背景技术的缺点，提供一种硫酸法酸解钛矿的改进方法，提高返用废酸使用量，节约成本，简化工艺，且避免事故，方便操作。

为实现本发明的目的，申请人在这里提出了一种新的硫酸法酸解钛矿的操作流程：首先将硫酸法钛白生产中的副产物稀废酸经过初步提浓、除杂后，不经配酸操作直接和矿粉进行预混，然后，将预混好的浆料投入酸解锅，加入浓硫酸，利用浓硫酸和浆料中的废酸混合后产生的稀释热引发主反应，并规定了废酸和浓酸的浓度范围，以保证在浓硫酸加入后，酸解锅中总酸量和硫酸起始浓度能够满足酸解反应的工艺要求，同时又能产生足够的稀释热来引发酸解主反应。上述过程省掉了配酸和冷却工艺环节，用加入浓硫酸代替加入稀释水来引发酸解主反应。

本发明的硫酸法酸解钛矿的改进方法，包括以下步骤：

A.首先，将硫酸法钛白副产的稀废酸浓度提高，以便利用硫酸浓度的提高，除去杂质；

B.将步骤A得到的经初步提浓、除杂后的废酸定量投入预混槽边搅拌边加入钛矿，直至将该批矿加完，继续搅拌使料浆充分混匀；

C.然后，将步骤B得到的预混好的料浆放入酸解锅中，边搅拌边加入浓硫酸，利用浓硫酸和浆料中的废酸混合产生的稀释热引发酸解主反应；

D.按常规方法进行后续熟化、浸取、还原操作。

其中步骤A中所使用稀废酸来源于硫酸法钛白生产的一洗工序，经过浓缩操作或加入浓硫酸提浓后将浓度提高，最好提高到48％-65％。在进入步骤B之前可将步骤A中析出的固体杂质用压滤等液固分离方法除去。

步骤B中和钛矿预混所使用的酸的浓度低于酸解反应起始硫酸浓度，所述酸是通过对硫酸法钛白副产的稀废酸进行提浓、除杂操作后获得。在步骤C中，加入浓硫酸以引发酸解反应，所述浓硫酸的浓度高于酸解反应的起始硫酸浓度，浓硫酸加入量应使酸解锅中总酸量和酸浓度满足酸解工艺的要求。

步骤B和步骤C中投入的废酸量G₁和浓硫酸量G₂是以酸解反应最佳酸矿比f、酸解反应起始硫酸浓度C₃、总投矿量G以及废酸浓度C₁和浓硫酸浓度C₂作为已知条件计算获得，其中酸矿比、起始硫酸浓度、总投矿量由工艺人员根据钛矿特性确定，计算公式为：

C₁*G₁+C₂*G₂＝G*f  ①；

(G₁+G₂)C₃＝G*f    ②。

其中，在步骤C中引发主反应所使用的是浓硫酸，可以是不经预稀释的浓硫酸，甚至可直接使用发烟硫酸，硫酸的浓度为92％-98.5％。

这里的酸矿比f是指硫酸(以100％浓度计)和矿的质量比，酸矿比f一般为1.5-1.6，酸解反应起始酸浓度C₃一般控制在82％-90％，具体数值主要取决于矿的质量和反应活性。

本发明所述的硫酸法酸解钛矿的改进方法省掉了配酸和冷却等工艺环节，降低了能耗，简化了工艺，由于在步骤B的预混槽中使用了稀废酸与钛矿预混，避免了酸浓、酸温过高造成的安全问题，使搅拌、预混时间、强度的控制变得异常简单轻松，不再需要冷却步骤，就可安全实现预混、提高预混效果，从而提高后续酸解过程的酸解率。并且，在酸浓度不高的情况下，预混料浆的运输变得简单、安全，减少了能耗。

附图说明

图1为本发明硫酸法酸解钛矿的工艺流程图；

附图中的标号说明：

其中1为冷却结晶器，2为压滤机，3为浓废酸槽，4为预混槽，5为酸解锅。

具体实施方式

现结合图1对本发明硫酸法酸解钛矿的工艺方法进行详细介绍。但本发明的保护范围并不受下面具体实施例描述的限制。

将硫酸法钛白副产的浓度25％稀废酸和浓度大于混配酸浓度的浓硫酸，例如浓度93％-98％的硫酸，加入到冷却结晶器1中混配，混配浓度保持在48-65％，用冷却水将酸温控制在55℃以下，用泵将混配好的酸送入压滤机2，除去杂质后流入浓废酸槽3，用其他方法浓缩、除杂获得的浓缩废酸则无需上述步骤，直接放入浓废酸槽3中，只要求其浓度和温度也同样控制在48-65％之间和55℃以下。将废酸从浓废酸槽3放入到预混槽4中，开动搅拌器，然后向预混槽4中加入钛矿粉混合；将混合后的浆料打入到酸解锅5中，并向酸解锅中加入浓硫酸引发主反应。

实施例1

1)将硫酸法钛白副产的24.6％浓度的稀废酸与98％的浓硫酸按1∶0.707的比例加入冷却结晶器1中，混合后浓度为55％，将混合好的酸充分冷却到53℃，在结晶器1中继续熟化2小时，析出杂质，然后，用压滤机2将固体杂质去除后，清液装入浓废酸槽3。

2)按所用钛精矿的特性确定的酸矿比和酸解反应起始浓度分别为1.55和84％，计算得出废酸加量为18吨。因此，将18吨浓废酸从浓废酸槽3中放入预混槽4中，开动预混槽搅拌器，加入磨好的47％的钛精矿30吨，混合10分钟。

3)用泵将混合好的浆料打入酸解锅5中，酸解锅底通入压缩空气进行搅拌，根据计算结果，加入98％的浓硫酸37.3吨，引发主反应。

4)主反应结束后，停止搅拌，熟化2小时，分两次加入浸取水72吨，浸取4小时，浸取时用压缩空气进行搅拌。

5)加入110公斤铁粉，进行还原操作，加入铁粉后，用压缩空气搅拌1小时，然后，放料到下一工序。

实施例2

1)将经过浓缩、除杂的硫酸法钛白废酸放入浓废酸槽3中，其浓度为62％，温度为55℃。

2)按所用钛精矿的特性确定的酸矿比和酸解反应起始浓度分别为1.57和86％，计算得出废酸加量为18.3吨。因此，将18.3吨的浓废酸从浓废酸槽3放入预混槽4中，开动预混槽搅拌器，加入磨好的46.5％的钛精矿30吨，混合10分钟后。

3)用泵将混合好的浆料从预混槽4中打入酸解锅5中，酸解锅底通入压缩空气进行搅拌，按计算结果，加入36.5吨98％的浓硫酸，引发主反应。

4)主反应结束后，停止搅拌，熟化2小时，分两次加入浸取水72吨，浸取4.5小时，浸取时用压缩空气进行搅拌。

5)加入110公斤铁粉，进行还原操作，加入铁粉后，用压缩空气搅拌1小时，然后，放料到下一工序。

采用本发明的方法，通过先对废稀酸提浓，浓度控制在大于48％，能使大部分的杂质结晶析出后除去，浓度控制在65％以下，可保证用该酸制出的预混料浆在加入浓硫酸后，能够产生足够的稀释热引发主反应，同时，在该浓度以下，能确保废酸和矿粉进行预混时，即使温度达到70℃也不会发生酸解主反应，明显降低了事故风险，并且可适当增加预混强度和时间，提高预混效果，再加上65％以下的酸浓对矿粉浸润效果更好，从而提高了酸解率。

由于根据本发明方法得到的预混料浆不易发生酸解主反应，也为预混料浆的储存和输送提供了便利。例如，可以将预混槽设置在地面，将矿粉从料仓直接放入预混槽和废酸预混，然后用泵将料浆送入酸解锅，这样就代替了现有技术将预混槽设置在高位的做法，不必将矿粉用机械或气流输送到高位的预混槽中，输送过程变得相对简单和节能。用浓酸引发酸解反应不但省去了前面所述的配酸工序，也由于本发明没有利用水做酸解引发水，所以加大了废酸的使用量，以本发明的实施例2为例，在保证相同的酸解反应酸矿比、酸解反应起始浓度和酸解投矿量情况下，用普通的方法要加入约2.5吨水做酸解引发水，为保证加入引发水后达到86％的酸解反应起始浓度，配酸浓度必须保证达到90.0％，则相应的废酸利用量从18.3减为11.6，返用废酸从占酸解用酸总量的24％下降到15％，如果要维持废酸使用的比例，则需将返用酸的浓度提高到72％，导致能耗增加。

Claims (7)

1.一种硫酸法酸解钛矿的方法，所述方法包括以下步骤：

A.首先，将稀废酸浓度提高，以便利用硫酸浓度的提高，除去杂质；

B.将步骤A得到的经初步提浓、除杂后的稀废酸定量投入预混槽边搅拌边加入钛矿，直至将该批矿加完，继续搅拌使料浆充分混匀；步骤B中和钛矿预混所使用的酸的浓度低于酸解反应起始硫酸浓度C₃；

C.然后，将步骤B得到的预混好的料浆放入酸解锅中，边搅拌边加入无需预稀释的浓硫酸，利用浓硫酸和浆料中的废酸混合产生的稀释热引发酸解主反应；步骤C中引发酸解反应的浓硫酸的浓度C₂应高于酸解反应的起始硫酸浓度C₃；

D.进行后续熟化、浸取、还原操作。

2.根据权利要求1所述的硫酸法酸解钛矿的方法，其特征在于步骤B中和钛矿预混所使用的酸是通过对硫酸法钛白副产的稀废酸进行提浓、除杂操作后获得的。

3.根据权利要求1所述的硫酸法酸解钛矿的方法，其特征在于步骤C引发主反应使用的是浓硫酸，浓硫酸的浓度C₂为92％-98.5％。

4.根据权利要求1所述的硫酸法酸解钛矿的方法，其特征在于在步骤A中，所述稀废酸经提浓后的浓度为48-65％。

5.根据权利要求1所述的硫酸法酸解钛矿的方法，其特征在于步骤B和步骤C中投入的废酸量G₁和浓硫酸量G₂，根据以下公式通过酸解反应最佳酸矿比f、酸解反应起始硫酸浓度C₃、总投矿量G以及废酸浓度C₁和浓硫酸浓度C₂计算得出：

C₁*G₁+C₂*G₂＝G*f  ①；

(G₁+G₂)C₃＝G*f    ②。

6.根据权利要求1或2所述的硫酸法酸解钛矿的方法，其特征在，酸解反应起始硫酸浓度C₃控制在82％-90％。

7.根据权利要求1所述的硫酸法酸解钛矿的方法，所述浓硫酸为发烟硫酸。