CN115028207A - 一种硫酸法钛白废酸浓缩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硫酸法钛白废酸浓缩技术领域，公开了一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，本方法采用低温蒸发浓缩，浓缩过程控制物料温度不超过60℃，同时边浓缩边分离出硫酸亚铁，当废酸浓度低于38％时，分离得到七水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁可作为副产品外销；当废酸液浓缩至38％以上，分离得到的一水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁含有少量杂质，溶于废酸原液或作为副产品外销；本方法采取边浓缩，边分离固体，使体系里固体含量控制在较低的水平下，从而解决浓缩过程中流动性差的问题，同时解决结垢和堵管的问题。
Description
技术领域
本发明涉及钛白废酸浓缩技术领域，具体涉及一种硫酸法钛白废酸浓缩方法。
背景技术
钛白粉(titaniumdioxide)，是一种重要的无机化工颜料，主要成分为二氧化钛。钛白粉在涂料、油墨、造纸、塑料橡胶、化纤、陶瓷等工业中有重要用途。钛白粉的生产工艺有硫酸法和氯化法两种工艺路线，氯化法优点是流程短，生产能力易扩大，连续自动化程度高，能耗相对低，三废少；但其缺点是投资大，设备结构复杂，对材料要求高，要耐高温、耐腐蚀，装置难以维修，研究开发难度大。而硫酸法能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料，技术较成熟，设备简单，防腐蚀材料易解决；但硫酸法钛白粉生产过程中，每生产1吨钛白粉会产生4吨废硫酸，废硫酸中一般含硫酸为20-25％，含硫酸亚铁为9-13％，还含有少量的钙镁铝等硫酸盐。废硫酸如不进行回收再利用，会造成资源浪费，直接排放也对环境污染大。
为使这部份废硫酸能在生产上再利用，现有技术公开一种钛白粉生产过程中产生的废硫酸、废气的回收方法(公开号CN1608716A)，包括将钛白粉生产过程中产生的炉窑废气及废硫酸送入“钛白粉炉窑尾气提浓烯硫酸石墨塔”中混合、气液接触、浓缩、将酸与其中含有的钛白粉分离、将酸液中无机盐结晶、分离，并进一步将酸液送入碳化硅蒸发器中，并在负压状态下蒸发除去部分水分，使酸浓度达80～90％。但在浓缩过程中，浓缩到50％以上硫酸亚铁会析出，当浓缩至50％时，母液里一水硫酸亚铁含固率达到30％，使母液呈稠糊状，换热性能变差，生产效率低，并且会在管路上结垢堵塞，使废酸浓缩***瘫痪。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硫酸法钛白废酸浓缩方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，包括以下步骤：
1)启动真空泵，抽出真空浓缩设备内的不凝气体，使废酸达到沸腾状态，启动循环泵，将循环槽内废酸泵入真空浓缩设备，采用低温蒸发浓缩，浓缩过程控制物料温度不超过60℃；
2)当废酸浓度低于38％时，分离得到七水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁可作为副产品外销；当废酸液浓缩至38％以上，分离得到的一水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁含有少量杂质，溶于废酸原液或作为副产品外销；
当废酸液浓缩至38％以上，不能产生七水硫酸亚铁结晶，分离得到的一水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁含有少量杂质，其粒径很细，分离时所产出的一水硫酸亚铁滤饼含液量很高，将这部份一水硫酸亚铁滤饼送回到原废酸中溶解，在后续浓缩中再以七水硫酸亚铁结晶的形式析出；
当废酸液浓缩至50％以上，分离得到的是一水硫酸亚铁结晶，但此阶段所分离出的硫酸亚铁含有较多杂质，将这部份硫酸亚铁排入污水厂处理；
3)边浓缩，边分离结晶，保持体系中固体含量在较低水平，低于10％。
当废酸浓度达到50％-65％时，停止浓缩，将剩余废酸液转移至浓废酸槽备用，再注入下一批待浓缩的废酸原液，再次浓缩。
作为优选，真空浓缩设备包括蒸汽真空浓缩模块、热泵真空浓缩模块及MVR真空浓缩模块，三组模块单独使用，或同一模块多组串联使用，或双组模块串联使用，或三组模块串联使用。
作为优选，蒸汽真空浓缩模块包括闪蒸器、冷凝器与加热器，闪蒸器使废酸沸腾产生蒸汽，冷凝器连接外部冷却水，通过外部冷却水对冷凝器进行蒸汽冷凝；加热器连接外部热源，通过外部热源对加热器内的废酸加热。
作为优选，热泵真空浓缩模块包括闪蒸器、冷凝器、加热器及热泵，热泵的冷端提供冷源给冷凝器用于冷凝蒸汽，热泵热端提供热量给加热器用于加热废酸。
作为优选，MVR真空浓缩模块包括闪蒸器、MVR蒸发器与压缩机，MVR蒸发器的壳程为冷凝器，MVR蒸发器的管程为加热器，压缩机将废酸沸腾时产生的蒸气进行压缩，使饱和蒸汽升温并输送至壳程，被壳程内冷源冷凝成液态水，且冷凝产生的潜热使废酸温度上升，持续产生蒸汽。
作为优选，分离硫酸亚铁结晶所使用的分离设备包括旋流分级器和分离机及与分离机相连的循环泵，旋流分级器配合旋流器循环泵，使带结晶的浓缩液循环分级浓缩；分离循环泵将高浓度结晶液输入分离机进行分离结晶，分离所产生的滤液返回循环。
作为优选，浓缩产生的冷凝水通过冷凝旋流器输送至冷凝水槽储存。
作为优选，结晶槽与循环槽设有溢流管，当结晶槽内废酸超过溢流管时，通过溢流管输入至循环槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的浓缩方法采取边浓缩，边分离固体，保持体系中固体含量在较低水平，一般以低于10％为宜，从而解决浓缩过程中流动性问题，同时解决结垢和堵管的问题；
且本方法可以做成续批式生产装置，即同一浓缩单元，可以将废酸直接浓缩至50％以上，分阶段分离出七水硫酸亚铁和一水硫酸亚铁；也可以做成连续生产装置，即第一浓缩单元只浓缩浓度低于38％，所分离出的是七水硫酸亚铁，第二浓缩单元再从第一浓缩单元所产出废酸继续浓缩至38％以上，所分离出来的是一水硫酸亚铁，一水硫酸亚铁收集或返回到原废酸溶解；第三浓缩单元再从第二浓缩单元所产出的废酸浓缩至50％以上，分离机所得到的是含一个结晶水的一水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁含有较多杂质，这部份硫酸亚铁排入污水厂处理。
附图说明
图1为本实施例1中硫酸法钛白废酸浓缩方法的结构示意图。
图2为本实施例2中硫酸法钛白废酸浓缩方法的结构示意图。
图3为本实施例3中硫酸法钛白废酸浓缩方法的结构示意图。
附图中：1-结晶槽、2-循环槽、3-循环泵、4-真空泵、5-旋流器、6-旋流器循环泵、7-分离循环泵、8-分离机、9-溢流管、10-冷凝旋流器、11-冷凝水槽、12-闪蒸器、13-冷凝器、14-加热器、15-热泵、16-MVR蒸发器、17-压缩机。
具体实施方式
实施例1：本发明一较佳实施例提供一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其包括以下步骤：
1)将废酸原液分别注入结晶槽1与循环槽2，结晶槽1与循环槽2设有溢流管9，当结晶槽1内废酸超过溢流管9时，通过溢流管9输入至循环槽2；
2)启动真空泵4，抽出真空浓缩设备内的不凝气体，使废酸达到沸腾状态；本例中真空浓缩设备为蒸汽真空浓缩模块，启动循环泵3将循环槽2内废酸泵入闪蒸器12内，废酸在闪蒸器12内产生蒸汽，冷凝器13连接外部冷却水，通过外部冷却水对冷凝器进行蒸汽冷凝；加热器14连接外部热源，通过外部热源对加热器内的废酸加热，采用低温蒸发浓缩，浓缩过程控制物料温度不超过60℃；
3)启动旋流器循环泵6，使浓缩过程中产生的结晶从旋流器5的底流回到结晶槽1，液体从旋流器5的顶部送至循环槽2再次浓缩，使带结晶的浓缩液循环分级浓缩；分离循环泵7将结晶槽1内的高浓度结晶液输入分离机8进行分离结晶，分离所产生的滤液返回循环槽2，分离结晶；
4)当废酸浓度低于38％时，分离得到七水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁可作为副产品外销；当废酸液浓缩至38％以上，分离得到的一水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁含有少量杂质，溶于废酸原液；当废酸液浓缩至50％以上，分离得到的是一水硫酸亚铁结晶，但此阶段所分离出的硫酸亚铁含有较多杂质，将这部份硫酸亚铁排入污水厂处理；
5)边浓缩，边分离结晶，保持体系中固体含量在较低水平，低于10％；
根据需要收集七水硫酸亚铁结晶和一水硫酸亚铁结晶，若不需要一水硫酸亚铁结晶，则将一水硫酸亚铁结晶送回到原废酸中溶解，在后续浓缩中再以七水硫酸亚铁结晶的形式析出；
浓缩产生的冷凝水通过冷凝旋流器10输送至冷凝水槽11储存；
6)废酸浓度达到50％时，停止浓缩，将剩余废酸液转移至浓废酸槽备用，再注入下一批待浓缩的废酸原液，重复上述步骤。
实施例2：本发明一较佳实施例提供一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其包括以下步骤：
1)将废酸原液分别注入结晶槽1与循环槽2，结晶槽1与循环槽2设有溢流管9，当结晶槽1内废酸超过溢流管9时，通过溢流管9输入至循环槽2；
2)启动循环泵3将循环槽2内废酸泵入闪蒸器12内，同时启动真空泵4，抽出真空浓缩设备内的不凝气体，使废酸达到沸腾状态，本例中真空浓缩设备为热泵真空浓缩模块，废酸持续在闪蒸器12内产生蒸汽，热泵15的冷端提供冷源给冷凝器13用于冷凝蒸汽，热泵热15端提供热量给加热器14用于加热废酸；采用低温蒸发浓缩，浓缩过程控制物料温度不超过60℃；
3)启动旋流器循环泵6，使浓缩过程中产生的结晶从旋流器5的底流回到结晶槽1，液体从旋流器5的顶部送至循环槽2再次浓缩，使带结晶的浓缩液循环分级浓缩；分离循环泵7将结晶槽1内的高浓度结晶液输入分离机8进行分离结晶，分离所产生的滤液返回循环槽2，分离结晶；
4)当废酸浓度低于38％时，分离得到七水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁可作为副产品外销；当废酸液浓缩至38％以上，分离得到的一水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁含有少量杂质，溶于废酸原液；当废酸液浓缩至50％以上，分离得到的是一水硫酸亚铁结晶，但此阶段所分离出的硫酸亚铁含有较多杂质，将这部份硫酸亚铁排入污水厂处理；
5)边浓缩，边分离结晶，保持体系中固体含量在较低水平，低于10％；
根据需要收集七水硫酸亚铁结晶和一水硫酸亚铁结晶，若不需要一水硫酸亚铁结晶，则将一水硫酸亚铁结晶送回到原废酸中溶解，在后续浓缩中再以七水硫酸亚铁结晶的形式析出；
浓缩产生的冷凝水通过冷凝旋流器10输送至冷凝水槽11储存；
6)废酸浓度达到60％时，停止浓缩，将剩余废酸液转移至浓废酸槽备用，再注入下一批待浓缩的废酸原液，重复上述步骤。
实施例3：本发明一较佳实施例提供一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其包括以下步骤：
1)将废酸原液分别注入结晶槽1与循环槽2，结晶槽1与循环槽2设有溢流管9，当结晶槽1内废酸超过溢流管9时，通过溢流管9输入至循环槽2；
2)启动循环泵3将循环槽2内废酸泵入闪蒸器12内，同时启动真空泵4，抽出真空浓缩设备内的不凝气体，使废酸达到沸腾状态；本例中真空浓缩设备为MVR真空浓缩模块，MVR蒸发器16的壳程为冷凝器，MVR蒸发器16的管程为加热器；废酸持续在闪蒸器12内产生蒸汽，压缩机17将废酸沸腾时产生的蒸气进行压缩，使饱和蒸汽升温并输送至MVR蒸发器16的壳程，高温蒸汽被MVR蒸发器16的壳程内被壳程内冷源冷凝成液态水，且冷凝产生的潜热使废酸温度上升，以使废酸持续在闪蒸器12内产生蒸汽；采用低温蒸发浓缩，浓缩过程控制物料温度不超过60℃；
3)启动旋流器循环泵6，使浓缩过程中产生的结晶从旋流器5的底流回到结晶槽1，液体从旋流器5的顶部送至循环槽2再次浓缩，使带结晶的浓缩液循环分级浓缩；分离循环泵7将结晶槽1内的高浓度结晶液输入分离机8进行分离结晶，分离所产生的滤液返回循环槽2，分离结晶；
4)当废酸浓度低于38％时，分离得到七水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁可作为副产品外销；当废酸液浓缩至38％以上，分离得到的一水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁含有少量杂质，溶于废酸原液；当废酸液浓缩至50％以上，分离得到的是一水硫酸亚铁结晶，但此阶段所分离出的硫酸亚铁含有较多杂质，将这部份硫酸亚铁排入污水厂处理；
5)边浓缩，边分离结晶，保持体系中固体含量在较低水平，低于10％；
根据需要收集七水硫酸亚铁结晶和一水硫酸亚铁结晶，若不需要一水硫酸亚铁结晶，则将一水硫酸亚铁结晶送回到原废酸中溶解，在后续浓缩中再以七水硫酸亚铁结晶的形式析出；
浓缩产生的冷凝水通过冷凝旋流器10输送至冷凝水槽11储存；
6)废酸浓度达到65％时，停止浓缩，将剩余废酸液转移至浓废酸槽备用，再注入下一批待浓缩的废酸原液，重复上述步骤。
同时真空浓缩设备包括实施例1-3中的蒸汽真空浓缩模块、热泵真空浓缩模块及MVR真空浓缩模块，三组模块单独使用，或同一模块多组串联使用，或双组模块串联使用，或三组模块串联使用，实施例1-3利用不同的装置，采用本方法，均属本专利范围。
Claims (7)
1.一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)启动真空泵，抽出真空浓缩设备内的不凝气体，使废酸达到沸腾状态，启动循环泵，将循环槽内废酸泵入真空浓缩设备，采用低温蒸发浓缩，浓缩过程控制物料温度不超过60℃；
2)当废酸浓度低于38％时，分离得到七水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁可作为副产品外销；当废酸液浓缩至38％以上，分离得到的一水硫酸亚铁结晶，此阶段所分离出的硫酸亚铁含有少量杂质，溶于废酸原液或作为副产品外销；
3)边浓缩，边分离结晶，保持体系中固体含量在较低水平，低于10％。
2.根据权利要求1所述的一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其特征在于，真空浓缩设备包括蒸汽真空浓缩模块、热泵真空浓缩模块及MVR真空浓缩模块，三组模块单独使用，或同一模块多组串联使用，或双组模块串联使用，或三组模块串联使用。
3.根据权利要求2所述的一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其特征在于，蒸汽真空浓缩模块包括闪蒸器、冷凝器与加热器，闪蒸器使废酸沸腾产生蒸汽，冷凝器连接外部冷却水，通过外部冷却水对冷凝器进行蒸汽冷凝；加热器连接外部热源，通过外部热源对加热器内的废酸加热。
4.根据权利要求2所述的一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其特征在于，热泵真空浓缩模块包括闪蒸器、冷凝器、加热器及热泵，热泵的冷端提供冷源给冷凝器用于冷凝蒸汽，热泵热端提供热量给加热器用于加热废酸。
5.根据权利要求2所述的一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其特征在于，MVR真空浓缩模块包括闪蒸器、MVR蒸发器与压缩机，MVR蒸发器的壳程为冷凝器，MVR蒸发器的管程为加热器，压缩机将废酸沸腾时产生的蒸气进行压缩，使饱和蒸汽升温并输送至壳程，被壳程内冷源冷凝成液态水，且冷凝产生的潜热使废酸温度上升，持续产生蒸汽。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其特征在于，分离硫酸亚铁结晶所使用的分离设备包括旋流分级器和分离机及与分离机相连的循环泵，旋流分级器配合旋流器循环泵，使带结晶的浓缩液循环分级浓缩；分离循环泵将高浓度结晶液输入分离机进行分离结晶，分离所产生的滤液返回循环。
7.根据权利要求1所述的一种硫酸法钛白废酸浓缩方法，其特征在于，废酸浓度达到50％-65％时，停止浓缩，将剩余废酸液转移至浓废酸槽备用。
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