CN105289036A - 一种钛白粉生产工艺中将硫酸亚铁从钛液中真空结晶的新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛白粉生产中将硫酸亚铁从钛液中真空结晶析出的新方法，该方法对现有的硫酸亚铁真空结晶的工艺和设备进行了创新。本发明所述工艺创新，即指以冷冻低温将结晶釜内钛液上方的水蒸气冷凝产生真空的方法取代现有的蒸汽喷射产生真空的方法；所述设备创新，即指以产生一定低温的成套冷冻设备取代现有的二级蒸汽喷射设备和冷却高温酸性液体的循环冷却水设备。采用本发明方法从结晶釜钛液中分离硫酸亚铁，可节省大量的高温高压蒸汽，大幅降低硫酸法钛白粉的生产成本；另外，从结晶釜内真空抽出的酸性冷凝液可返回再用于钛铁矿粉硫酸溶解工序，使硫酸法生产钛白粉的硫酸用量减少，酸性废液排放大幅降低，实现了清洁生产。

Description

一种钛白粉生产工艺中将硫酸亚铁从钛液中真空结晶的新方法

技术领域：

本发明属于化学工程和化工设备领域，具体涉及一种化工生产中获得高真空度的方法，特别涉及一种硫酸法生产钛白粉工艺中将副产品硫酸亚铁从钛液中真空结晶析出的新方法及相关化工设备。

背景技术：

钛白粉的学名为二氧化钛，其化学性质稳定，无毒无害，是目前世界上公认的性能最好的白色颜料，被广泛应用于涂料、塑料、橡胶、油墨、纸张、化纤、陶瓷、日化、医药、食品等行业，其中涂料、塑料和造纸是钛白粉用量最大的三大行业，几乎占了钛白粉总用量的80％以上；与其他白色颜料相比，钛白粉具有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性和化学稳定性，特别是没有毒性，因此，钛白粉的市场需求量巨大并呈逐年增长的趋势。

据2014年中国钛白粉行业协会的统计数据显示，目前我国钛白粉生产主要以硫酸法为主，硫酸法钛白粉的生产量为246.63万吨/年，氯化法钛白粉的生产量不足5万吨/年，只占全国总产量的1.78％。我国现有钛白粉生产企业近100家，其中绝大多数采用硫酸法，采用氯化法的企业只有两三家。目前全国所有的硫酸法生产钛白粉的企业中，副产品硫酸亚铁真空结晶均采用一定压力(0.5～0.8MPa)的蒸汽二级喷射加上水环真空泵产生真空的工艺，该工艺可使硫酸亚铁结晶***中的极限真空压力达到1000Pa(绝对压力)，运行操作压力可维持在1800～5000Pa，可使钛液中的水分在较低的温度下沸腾蒸发；随着水分的蒸发并不断被真空抽走，钛液中的硫酸亚铁浓度从不饱和变为过饱和后从钛液中结晶析出。该工艺虽然可以获得硫酸亚铁结晶所需要的真空并基本满足生产要求，但却存在着以下三大问题：

1、带压蒸汽喷射过程中将硫酸亚铁结晶***中的酸性水蒸气带入其中，该蒸汽经冷却水***冷凝后生成大量的酸性废液，增加了环保压力和废水处理的负担。

2、硫酸亚铁结晶***采用带压蒸汽喷射产生真空仅仅利用了蒸汽的动能，而压力为0.5～0.8MPa的饱和蒸汽温度就达到152～170℃，这样的蒸汽喷射后虽然仍然具有较高的余热能量，但因为有酸性水蒸气混入，对其余热利用需解决酸性腐蚀问题和安全问题，目前此部分余热基本上未得到有效利用，造成蒸汽热能的严重浪费；据统计，目前硫酸法钛白粉生产每吨产品总耗蒸汽约1.3～1.5吨，所耗蒸汽的绝大部分用于硫酸亚铁真空结晶工段，目前的现状是，此工段所使用的蒸汽经喷射后形成酸性蒸汽，其含有的热能和剩余动能不仅未能得到利用，反而需要建立另一套循环冷却水***对其进行冷却和排放处理，因此使硫酸法钛白粉生产的成本居高不下。

3、现有的高压蒸汽二级喷射加水环真空泵产生真空的工艺在硫酸亚铁结晶***中难以长时间地将***的运行操作压力长时间维持在1500Pa(绝对压力)，因为该工艺对外界温度变化比较敏感，当环境气温较高时，因循环冷却水的水温升高，冷却水对喷射后的蒸汽冷却效果下降，使得***真空度有所降低，钛液中的水分蒸发减少，导致生产效率产生波动。

为了克服现有的硫酸亚铁真空结晶工艺中所存在的问题，虽然已有钛白粉生产企业和研究机构开展了相关技术研发，但这些研发活动多侧重于蒸汽喷射装置的改进如将蒸汽二级喷射改为三级喷射，或者注重于改进循环冷却水***对喷射后蒸汽的冷却效果，或者注重于对水环真空泵水封冷却***的改进。而本发明所述将蒸汽冷凝为液体+真空泵组合产生硫酸亚铁结晶所需要的高真空度的方法和相关成套设备，以及对酸性冷凝水回收再利用的方法至今未见公开报道。

发明内容：

发明目的：针对现有硫酸法钛白粉生产中硫酸亚铁真空结晶工艺中所存在的不足，本发明公开了一种硫酸法生产钛白粉工艺中将副产品硫酸亚铁从钛液中真空结晶析出的新方法。本发明设计思路新颖，方法原理科学，工艺路线简单，设备改造易行。

技术方案：

本发明所述硫酸法生产钛白粉工艺中将副产品硫酸亚铁从钛液中真空结晶析出的新方法是通过以下技术方案来实现的：

1、利用物质从汽态转变为液体时体积剧烈收缩产生真空的原理，将硫酸亚铁结晶釜内钛液上方蒸发的水蒸气引入冷凝器，经来自于制冷单元的冷冻水冷凝为液体获得一定的真空。

2、采用蒸汽冷凝为液体+真空泵组合的方式产生硫酸亚铁真空结晶所需要的高真空度。

3、采用耐腐蚀冷凝液接收槽对酸性冷凝液进行回收再利用的方法消除硫酸亚铁结晶过程中产生的酸性废水。

有益效果：

与现有的硫酸法钛白粉生产中硫酸亚铁真空结晶工艺相比，本发明工艺路线合理，设备操作简单易行。采用本发明新方法可获得四大有益效果，一是免去使用高温、高压蒸汽，大幅减少了蒸汽能源的消耗，降低了钛白粉的生产成本；二是消除了原工艺中因蒸汽喷射带出酸性蒸汽后所产生的大量酸性废水，减轻了环境压力和酸性废水处理的负担；三是由于变蒸汽喷射产生真空为低温冷凝水蒸气为液体产生真空，消除了因季节变化引起的环境温度变化对原工艺真空度的影响，可使硫酸亚铁结晶工序的生产效率一年四季保持稳定；四是本发明方法可将酸性冷凝液全部回收再用于对钛铁矿粉的酸溶解工序，做到废物利用，节能降耗，实现硫酸法钛白粉的清洁生产。

附图说明

图1是现有的硫酸法钛白粉硫酸亚铁真空结晶工艺路线示意图；

图2是本发明的硫酸法钛白粉硫酸亚铁真空结晶工艺路线示意图。

具体实施方式：

实施例1：按照图2将本发明所述成套设备中的预冷却***与硫酸亚铁结晶釜的上方蒸汽出口相连，再将冷凝***与预冷却***相连，将真空设备罗茨真空泵与水环真空泵按图2方式与冷凝***中冷凝器冷凝液出口上部管道相连，关闭阀门1和阀门3，由此组成本发明所述的蒸汽冷凝为液体+单真空泵组合的硫酸亚铁真空结晶成套***设备。

打开阀门4，将硫酸溶解钛铁矿粉生成的钛液35M³打入适当容积的硫酸亚铁结晶釜后关闭阀门4。当结晶釜内钛液温度达到54～56℃时，启动水环真空泵抽真空，当结晶釜内的真空压力低于2000Pa时，开启预冷却***，对来自于结晶釜的热蒸汽进行预冷却；当结晶釜内钛液温度达到41～43℃时，开启制冷***，经过冷凝器的水蒸汽被冷凝成液态水并落入冷凝液接收槽中；当结晶釜内钛液温度达到25～27℃时，关闭预冷却***设备的运行；当结晶釜内钛液温度达到15～17℃时，先关闭制冷***设备，水环真空泵继续运行10分钟后停止运行。打开结晶釜上的阀门4放空，打开阀门5放料，硫酸亚铁结晶结束，整个结晶操作过程约2.5小时。

实施例2：按照图2将本发明所述成套设备中的预冷却***与硫酸亚铁结晶釜的上方蒸汽出口相连，再将冷凝***与预冷却***相连，将真空设备罗茨真空泵与水环真空泵按图2方式与冷凝***中冷凝器冷凝液出口上部管道相连，关闭阀门2，打开阀门1和阀门3，由此组成本发明所述的蒸汽冷凝为液体+双真空泵组合的硫酸亚铁真空结晶成套***设备。

打开阀门4，将硫酸溶解钛铁矿生成的钛液35M³打入适当容积的硫酸亚铁结晶釜后关闭阀门4，当釜内钛液温度达到56～58℃时，启动罗茨真空泵与水环真空泵抽真空；当结晶釜内的真空压力低于1800Pa时，开启预冷却***，对来自于结晶釜的热蒸汽进行预冷却；当结晶釜内钛液温度达到39～41℃时，开启制冷***，经过冷凝器的水蒸汽被冷凝成液态水并落入冷凝液接收槽中；当结晶釜内钛液温度达到25～27℃时，关闭预冷却***设备的运行；当结晶釜内钛液温度达到15～17℃时，先关闭制冷***设备，罗茨真空泵与水环真空泵继续运行10分钟后停止运行。打开结晶釜上的阀门4放空，打开阀门5放料，硫酸亚铁结晶结束，整个结晶操作过程约2小时。

通过上述两个实施例可以更好地理解本发明，然而，对本领域的技术人员来说，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明，在本发明技术领域内，任何超出本实施例但落入本发明权利要求范围内的行为都应被视为对本发明权利要求的侵犯。

Claims (7)

1.本发明一种硫酸法钛白粉生产工艺中将副产品硫酸亚铁从钛液中真空结晶析出的新方法，其特征在于该方法包括两个部分，一是在结晶釜及管道***中产生高真空度的新工艺，二是对酸性水蒸气进行冷却、冷凝的成套设备。

2.根据权利要求1，所述在结晶釜及管道***中产生高真空度的新工艺，其特征在于采用了如下的水蒸汽冷凝为液体+真空泵组合的工艺：

(1)采用低温冷凝法使源自于结晶釜内钛液上方蒸发的水蒸气在冷凝***的冷凝器中冷凝成液体，当饱和水蒸气从汽态冷凝为液态时，其占有的体积剧烈缩小至原体积的1200余倍，由此产生较高的真空度；

(2)采用一台或两台真空泵+蒸汽冷凝组合，真空泵的进汽口与冷凝器的出口相连；当采用一台真空泵+蒸汽冷凝组合时，本发明优选的真空泵为水环泵；当采用两台真空泵+蒸汽冷凝组合时，本发明优选的真空泵为一台罗茨泵与一台水环泵相串连。

3.根据权利要求2，所述的蒸汽冷凝为液体+真空泵组合的工艺，其特征是该工艺可使硫酸亚铁真空结晶***中的极限压力小于等于350Pa(绝对压力)，当结晶釜内钛液温度为15℃时，该工艺可使硫酸亚铁结晶***中的操作压力始终维持在低于1400Pa(绝对压力)以下。

4.根据权利要求1，所述对酸性水蒸气进行冷却、冷凝的成套设备，其特征为该成套设备包括一套制冷单元、一套蒸汽预冷却***和一套蒸汽冷凝***。

5.根据权利要求4，所述一套制冷单元，其特征是一套可产生4～6℃低温冷冻水的制冷机，该制冷机可以为氨制冷机、氟利昂制冷机和溴化锂制冷机，本发明优选溴化锂吸收式制冷机。

6.根据权利要求4，所述一套预冷却***，其特征是该***由耐酸性腐蚀的列管式换热器和敞开式循环冷却水设备组成，其中酸性水蒸气走管程，循环冷却水走壳程，蒸汽经过该预冷却***后的温度降为8～12℃。

7.根据权利要求4，所述一套蒸汽冷凝***，其特征是该冷凝***由一台耐酸性腐蚀的卧式列管式蒸汽冷凝器和一台耐酸性腐蚀的立式冷凝液接收槽组成，冷凝液接收槽位于蒸汽冷凝器的下方，其进口与列管蒸汽冷凝器的出口封头相连；在卧式列管式蒸汽冷凝器中，酸性水蒸汽走管程，来自于制冷机的低温水走壳程。