CN108726578B - 一种硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺，涉及硫酸法钛白生产除杂相关技术领域，本发明硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺中，物料钛溶经过列管式换热器、高位槽，后进入刮壁式空心板片冷却连续结晶机通过连续进料和出料以实现连续结晶；本工艺简化结晶流程，减少投入设备和降低能源消耗，刮壁式空心板片冷却连续结晶机实现了硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶和规模化使用，并通过结晶机螺旋转速的调整控制副产品硫酸亚铁粒子粒径大小，有利于下一步分离工序的操作，同时提高副产品硫酸亚铁的质量和钛白的收率。

Description

一种硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺

技术领域：

本发明涉及硫酸法钛白生产除杂相关技术领域，具体涉及一种硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺。

背景技术：

目前，硫酸法钛白行业中硫酸亚铁的分离基本上都采用真空蒸发结晶，利用蒸汽喷射器使结晶器内形成负压，此时钛液中的水份因沸点降低而蒸发，带走热量，使得钛液温度降低。通过控制钛液***的温度，降低硫酸亚铁的溶解度，使得硫酸亚铁结晶析出，然后进行过滤。该方法的操作简便，适用性广，可是存在结晶时间长，耗费蒸汽量大，硫酸亚铁晶体颗粒大小不均匀等缺点，真空结晶完成后得到含硫酸亚铁晶体的钛液(俗称结晶钛液)，采用圆盘过滤，由于滤饼中的七水硫酸亚铁颗粒小，且不均匀，钛液容易被包裹在硫酸亚铁晶体中，降低了总钛的收率，增加硫酸亚铁的游离水含量。

现有的硫酸法钛白生产中结晶工艺有两种方式，主流工艺为真空结晶工艺，非主流工艺为间歇式冷冻结晶。

现有结晶工艺原理如下：(1)真空结晶：真空结晶是通过真空闪蒸原理，将钛液温度降低，以达到硫酸亚铁的结晶温度，使硫酸亚铁结晶析出。在现有工艺中采用的是真空结晶罐，其工艺过程为：钛液进入真空结晶罐后，停留2小时左右，待钛液降至所需结晶温度时，开始出料。为了达到此工艺，还需要配备真空泵，蒸汽喷射泵，冷凝蒸汽用循环水装置。(2)间歇式冷冻结晶：该工艺原理是通过冷冻介质给钛液传热降温达到一定温度时，硫酸亚铁结晶析出。其工艺过程是：钛液进入冷冻结晶罐通过控热盘管冷冻水将钛液停留在罐内6小时左右降至一定温度，使硫酸亚铁结晶析出。

其中上述两种工艺的生产过程是间断的，钛液进出不能连续，且能耗很高，真空结晶能耗最高，冷冻结晶能耗稍低，但冷冻结晶设备不能大型化，只能适用于生产规模小的生产厂家使用。

在专利CN 103708566中，公开一种提高硫酸亚铁过滤性能的方法，具体操作为：取硫酸法钛白生产工艺得到的清钛液，所述清钛液中含有硫酸亚铁，向清钛液中加入促进剂，并混合均匀；混有促进剂的清钛液放入冰水中进行结晶，结晶过程中保持搅拌，结晶至清钛液的温度≤20℃，得到结晶钛液，并将其取出；在负压的条件下过滤得到含有钛液的硫酸亚铁晶体的滤饼，过滤的同时进行洗涤，以洗出滤饼中的钛液。此发明向清钛液中加入一种促进剂，为硫酸亚铁结晶提供结晶中心，促进七水硫酸亚铁的生成，大大提高了硫酸亚铁结晶速度，从而缩短结晶的时间。另外，硫酸亚铁晶体颗粒大小均匀、粒径较大，有利于滤饼洗涤，可以降低滤饼中残钛的含量，提高钛的收率。

在专利CN201510864140.8中，公开一种硫酸法钛白生产硫酸亚铁的装置及方法，包括一种硫酸法钛白生产硫酸亚铁的装置，包括依次连接的真空结晶罐、一级喷射器、二级喷射器、一级冷凝器、二级冷凝器、水环真空泵、结晶钛液贮槽，真空结晶罐顶部连接一级喷射器，一级喷射器连接一级冷凝器，一级冷凝器顶部连接二级喷射器，二级喷射器连有二级冷凝器，二级冷凝器连接水环真空泵，所述的真空结晶罐还设有进料阀和放料阀，放料阀连接结晶钛液贮槽，本发明方法及装置实现了硫酸亚铁成品晶体粒径尺寸的变大，以及粒径大小的均匀，保障硫酸亚铁晶体洗涤效果，降低硫酸亚铁成品内残余钛液的含量。

发明内容：

本发明针对上述所述存在问题，提供一种硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺，在本发明硫酸法钛白工业生产中的结晶工艺采用连续冷冻结晶技术，而结晶工艺中，钛液硫酸氧钛溶液中的杂质，硫酸亚铁在此过程结晶，工艺中物料钛液进入设备通过连续进料和出料以实现连续结晶过程。连续的结晶工艺及投入使用的设备等大大降低了能耗和经济投入，简化工艺流程，节省资源。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺：

在硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺，将钛液送至列管式换热器内；钛液经过在列管式换热器内预冷到38-45℃；之后钛液通过输送管道进入高位槽并连续计量进入刮壁式空心板片冷却连续结晶机；钛液在刮壁式空心板片冷却连续结晶机中经过螺旋不断推动，并通过空心板片内冷却介质冷却，连续降温至12-14℃，含硫酸亚铁结晶的钛液经出口持续流入下一工序，实现硫酸亚铁连续结晶。

在工艺生产中，通过调控刮壁式空心板片冷却连续结晶机螺旋转速控制硫酸亚铁结晶粒子大小，其中螺旋转速为10-30rpm/min。

其中列管式换热器循环冷却水温度控制在25-35℃。

其中刮壁式空心板片冷却连续结晶机冷却介质温度控制在零下10-20℃。

其中刮壁式空心板片冷却连续结晶机通过制冷机进行输入输出冷冻循环水，冷冻循环水温度在零下5-40℃。

刮壁式空心板片冷却连续结晶机：在一个U形的卧式长槽容器内组合排列多排空心冷却板片，中心搅拌轴从所有的冷却板片内穿越通过，在每两个冷却盘片之间安装有阻流式分隔圆盘和很多推进刮壁式搅拌装置，刮壁搅拌使所有的冷却表面都起到清壁作用，使传热和冷却效果大大提高，被结晶的钛液从一端进入，并被缓慢向前推进到另一端溢流排出，使钛液和大量的的冷却表面充分接触，迅速冷却，实现真正的快速连续结晶；(1)由于在一个U形的卧式长槽形容器内组合排列了大量的空心冷却板片，其冷却面积一般是同样容积的釜式结晶机的5到20倍，冷却面积非常大；(2)结晶机内所有的空间间隔不远处都有冷却表面，无冷却死角，钛液的结晶很均匀；(3)所有的表面都有清壁搅拌推进式刮板，使钛液在结晶过程中的冷却效率大大提高，实现真正的快速冷却结晶，一台本结晶机可替代十几台甚至更多的釜式结晶机；(4)实现真正的连续结晶，由于在结晶的任何过程中始终有刮壁清壁作用，结晶机的传热系数和冷却效率可始终维持不变，这是其它结晶机所不能做到的；(5)也可用于快速分批结晶；(6)可通过控制搅拌转速和冷却速度控制结晶颗粒大小。

本发明的有益效果：

(1)本发明硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺，简化结晶流程，减少投入设备和降低能源消耗；

(2)本发明硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺中，可实现调控结晶副产品硫酸亚铁粒子尺寸，有利于下一步分离工序的操作，可提高副产品硫酸亚铁的质量，并提高主产品钛白的收率；

(3)本发明工艺流程中使用刮壁式空心板片冷却连续结晶机实现了硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶和规模化使用，改变了传统和现有工艺中硫酸亚铁结晶是间断的，钛液进出不能连续，设备不能大型化，只能适用于生产规模小的生产厂家。

附图说明：

图1：真空结晶工艺流程图；

图2：冷冻结晶工艺流程图；

图3：连续冷冻结晶工艺流程图；

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

一种硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺：包括如下步骤：

(1)打开列管式换热器进料阀，启动进料泵，将温度为55～68℃的钛液送至管式换热器内；

(2)钛液经过在列管式换热器内预冷到37-45℃；

(3)当列管式换热器中钛液温度达到38-40℃，钛液通过输送管道进入高位槽连续计量进入刮壁式空心板片冷却连续结晶机；

(4)开启冷却水制冷机，打开冷却水调节阀，向刮壁式空心板片冷却连续结晶机中泵入循环冷却水，温度控制在零下10-20℃。

(5)钛液在刮壁式空心板片冷却连续结晶机螺旋不断推动下，在流动中通过空心板片内冷却介质冷却，连续降温至12-14℃，经过出料口持续流入下一工序钛液贮槽中；

在工艺生产中，通过调控刮壁式空心板片冷却连续结晶机螺旋转速控制硫酸亚铁结晶粒子大小，其中螺旋转速为10-30rpm/min。

其中管式换热器循环冷却水温度控制在25-35℃。

其中刮壁式空心板片冷却连续结晶机冷却介质温度控制在零下10-20℃。

其中刮壁式空心板片冷却连续结晶机通过制冷机进行输入输出冷冻循环水，冷冻循环水温度在零下5-40℃。

实施例2

一种硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺：包括如下步骤：

(1)打开列管式换热器进料阀，启动进料泵，将温度为53～65℃的钛液送至管式换热器内；

(2)钛液经过在列管式换热器内预冷到38-45℃；

(3)当列管式换热器中钛液温度达到38-45℃，钛液通过输送管道进入高位槽连续计量进入刮壁式空心板片冷却连续结晶机；

(4)开启冷却水制冷机，打开冷却水调节阀，向刮壁式空心板片冷却连续结晶机中泵入循环冷却水，温度控制在零下10-15℃。

(5)钛液在刮壁式空心板片冷却连续结晶机螺旋不断推动下，在流动中通过空心板片内冷却介质冷却，连续降温至12-13℃，经过出料口持续流入下一工序钛液贮槽中；

在工艺生产中，通过控制结晶机螺旋转速调整硫酸亚铁结晶粒子大小，其中螺旋转速为20-30rpm/min。

其中列管式换热器循环冷却水温度控制在25-35℃。

其中刮壁式空心板片冷却连续结晶机冷却介质温度控制在零下10-20℃。

其中刮壁式空心板片冷却连续结晶机通过制冷机进行输入输出冷冻循环水，冷冻循环水温度在零下5-40℃。

对照例1真空结晶工艺：

现有的真空结晶工艺为：

1)打开真空结晶罐进料阀，启动进料泵，将温度为45～55℃的沉淀钛液送至真空结晶罐内；

2)进料5分钟后，启动搅拌器进行搅拌,且钛液在真空结晶罐内停留120-130min；

3)当钛液流量计累计达到结晶罐设定容积，停止进料，关闭结晶罐进料阀；

4)开启水环真空泵，打开冷却水调节阀，向真空结晶罐中泵入循环冷却水；

5)当绝对压力满足真空度要求后，开启冷凝器和喷射器，当钛液温度达到40℃时，开启喷射器蒸汽阀，所述的喷射器蒸汽阀设置在与喷射器连接的蒸汽管道上，当温度到达34～38℃时，打开真空结晶罐进料阀，泵入3～6m³沉淀钛液，关闭进料阀，开启冷凝器和喷射器，并按预先设定好的程序自动调整喷射器蒸汽阀，蒸汽压力≤20KPa，所述的喷射器蒸汽阀设置在与喷射器连接的蒸汽管道上，在34～38℃保温15～30min后，降温至终点温度12-15℃；

6)当钛液温度达设定温度时，依次关喷射器蒸汽阀；

7)关闭水环真空泵及冷凝器冷却上水；

8)打开排空阀，降压到30kPa左右时，开启真空结晶罐放料阀，放料至结晶钛液贮槽，放料结束后，停搅拌器，得到结晶浆料。

对本发明提供的实施例中分别进行指标检测考察，通过实施例1和实施例2方法及对照例的结晶工艺，对能耗和结晶粒子考察，其结果如表1所示：

表1

根据中试数据，以浙江某厂为例进行真空结晶工艺，两种工艺能耗对比如下表：

根据该厂10万吨/年钛白产量测算，仅节约蒸汽每年就达15万吨，按蒸汽售价200元/吨计价，则每年可节约成本就达3000万元。(蒸汽售价现均在200元/吨以上)。每年节电大约在150万度。

目前国内硫酸法钛白产量在300万吨/年以上，按300万吨/年计，其效益应在10万元/年。

本发明中实施例硫酸亚铁连续结晶中硫酸亚铁粒子粒径可进行控制，根据需要进行结晶，且本工艺方法比真空结晶工艺得到的粒径更有利于下一步工序进行。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺，其特征在于：将钛液送至列管式换热器内；钛液经过在列管式换热器内预冷到38-45℃；之后钛液通过输送管道进入高位槽并连续计量进入刮壁式空心板片冷却连续结晶机；钛液在刮壁式空心板片冷却连续结晶机中经过螺旋不断推动，并通过空心板片内冷却介质冷却，连续降温至12-14℃，含硫酸亚铁结晶的钛液经出口持续流入下一工序，实现硫酸亚铁连续结晶；

工艺生产中，通过调控刮壁式空心板片冷却连续结晶机螺旋转速控制硫酸亚铁结晶粒子大小，其中螺旋转速为10-30rpm。

2.根据权利要求1所述的硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺，其特征在于：其中列管式换热器循环冷却水温度控制在25-35℃。

3.根据权利要求1所述的硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺，其特征在于：其中刮壁式空心板片冷却连续结晶机冷却介质温度控制在零下10-20℃。

4.根据权利要求1所述的硫酸法钛白生产中硫酸亚铁连续结晶工艺，其特征在于：其中刮壁式空心板片冷却连续结晶机通过制冷机进行输入输出冷冻循环水，冷冻循环水温度在零下5-40℃。

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