本發(fā)明涉及一種鈦白粉生產(chǎn)工藝，尤其是一種硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
鈦白粉的生產(chǎn)主要分為氯化法與硫酸法，硫酸法生產(chǎn)鈦白粉是將鈦精礦與濃硫酸進(jìn)行酸解反應(yīng)生產(chǎn)硫酸亞鈦，經(jīng)水解生成偏鈦酸，再經(jīng)煅燒、粉碎即得到鈦白粉產(chǎn)品。其生產(chǎn)工藝可概括如下：
(1)酸解：用鈦精礦或酸溶性鈦渣與硫酸進(jìn)行酸解反應(yīng)，得到硫酸氧鈦溶液；
(2)水解硫酸氧鈦溶液得到粗偏鈦酸漿料；
(3)對(duì)粗偏鈦酸漿料進(jìn)行水洗、鹽處理，得預(yù)處理偏鈦酸；
(4)煅燒：預(yù)處理偏鈦酸送入轉(zhuǎn)窯煅燒產(chǎn)出tio2產(chǎn)品。
此法可生產(chǎn)銳鈦型和金紅石型鈦白粉。硫酸法的優(yōu)點(diǎn)是能以價(jià)低易得的鈦鐵礦與硫酸為原料，技術(shù)較成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單，防腐蝕材料易解決。
上述過程中的酸解工序的主要流程為：由硫酸裝置送來的95％(或91％)硫酸進(jìn)入本工序設(shè)置的硫酸貯槽經(jīng)計(jì)量加入到預(yù)混合槽，與來自原礦粉碎工段經(jīng)計(jì)量后的鈦精礦在預(yù)混合槽經(jīng)攪拌充分混合，混合均勻后經(jīng)分配器放入選定的酸解罐中。酸解反應(yīng)使鈦鐵礦中的大部分金屬氧化物與硫酸發(fā)生反應(yīng)，其中鈦以硫酸氧鈦的形式作為分解產(chǎn)物。酸解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量使酸解罐中的物料溫度迅速升高至180℃～200℃左右，溫度的升高加速了酸解反應(yīng)的進(jìn)行。酸解主反應(yīng)完成后熟化一定時(shí)間，通過儀表計(jì)量加水浸取，浸取一段時(shí)間加入還原鐵粉調(diào)整鈦液中的三價(jià)鈦離子含量。該工序可概括如下：
(1)酸解反應(yīng)：鈦精礦與濃硫酸混合發(fā)生酸解反應(yīng)得到固相物；
(2)浸?。合蚬滔辔镏屑铀?，得到浸取液；
(3)還原：往浸取液中加還原鐵粉，還原反應(yīng)過程中持續(xù)攪拌；
(4)除雜：沉降除去固態(tài)雜質(zhì)，得到硫酸氧鈦溶液。
該過程中還原鐵粉的消耗量很大，每生產(chǎn)1t鈦白粉，大約需要消耗80～100kg還原鐵粉。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為降低還原鐵粉的消耗量，從而降低硫酸法鈦白粉生產(chǎn)成本，減少鐵粉資源浪費(fèi)，本發(fā)明提供了一種降低還原鐵粉消耗的硫酸法鈦白粉酸解方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：降低還原鐵粉消耗的硫酸法鈦白粉酸解方法，包括以下步驟：
a、酸解反應(yīng)：鈦精礦與濃硫酸混合發(fā)生酸解反應(yīng)得到固相物；
b、浸?。合蚬滔辔镏屑铀。玫浇∫?；
c、還原：往浸取液中加還原鐵粉，還原反應(yīng)過程中持續(xù)攪拌；
d、除雜：除去固態(tài)雜質(zhì)，得到硫酸氧鈦溶液；
其特征在于：步驟c還原過程中采用的攪拌方法為向浸取液中通入非氧化性壓縮氣體進(jìn)行氣流攪拌。
為提高還原效率，目前業(yè)內(nèi)常在還原反應(yīng)過程中使用壓縮空氣進(jìn)行氣流攪拌，以常見的130m3酸解鍋為例，單批投入鈦精礦30噸計(jì)，壓縮空氣的平均流量在1200m3/h左右。
發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，使用壓縮空氣攪拌會(huì)導(dǎo)致還原鐵粉的消耗量增加，原因是壓縮空氣中含有較多的氧，在酸解操作的還原工序中，大量的空氣使得還原鐵粉的氧化效率降低，壓縮空氣中的氧氣不僅氧化體系中的二價(jià)鐵離子還氧化鐵粉還原得到的三價(jià)鈦離子，使得還原效率大大降低，鐵粉消耗增加，增加后工序結(jié)晶去除硫酸亞鐵的負(fù)荷，由于鐵粉消耗增加，直接導(dǎo)致后續(xù)需處理的七水硫酸亞鐵量增大，存在較大的工藝隱患。
鐵粉還原過程涉及的方程式如下：
fe+fe2(so4)3＝3feso4
壓縮空氣氧化過程涉及的方程式如下：
4feso4+o2+2h2so4＝2fe2(so4)3+2h2o
2ti2(so4)3+o2+2h2so4＝2ti(so4)2+2h2o
因此本發(fā)明中發(fā)明人采用非氧化性壓縮氣體進(jìn)行酸解還原工序的攪拌，實(shí)驗(yàn)證明可有效的避免二價(jià)鐵，三價(jià)鈦的氧化問題，使得還原效率大幅提高，有效降低單噸產(chǎn)品還原鐵粉消耗，減少了廢副硫酸亞鐵的處理量。
本發(fā)明中所述的非氧化性壓縮氣體指的是：在浸取液和還原鐵粉的還原反應(yīng)過程中作為攪拌氣流通入反應(yīng)體系中而不能氧化體系中的二價(jià)鐵離子和三價(jià)鈦離子的壓縮氣體。例如壓縮惰性氣體(即稀有氣體)、壓縮氮?dú)狻嚎s二氧化碳、壓縮氫氣等。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述非氧化性壓縮氣體為壓縮惰性氣體、壓縮氮?dú)?、壓縮二氧化碳、壓縮氫氣中的一種或任意幾種的混合。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述非氧化性壓縮氣體的壓強(qiáng)為0.2～1.0mpa。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，攪拌過程中，所述非氧化性壓縮氣體的流量為100～1500m3/h。
本發(fā)明的有益效果是：1)提出現(xiàn)有酸解工序中存在的問題：使用壓縮空氣進(jìn)行氣流攪拌導(dǎo)致還原鐵粉消耗增加，副產(chǎn)物硫酸亞鐵增加；2)提出了問題的解決方案：使用“非氧化性壓縮氣體”進(jìn)行氣流攪拌，有效的避免二價(jià)鐵，三價(jià)鈦在攪拌過程中發(fā)生氧化，使得還原效率大幅提高，有效降低單噸產(chǎn)品還原鐵粉消耗，減少了廢副硫酸亞鐵的處理量。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一：
按照以下方法對(duì)鈦精礦進(jìn)行酸解，制備硫酸氧鈦溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目篩篩余為20％的鈦精礦粉，用濃度為95％的硫酸溶液按1.7的酸礦比與所述鈦精礦粉混合，加入適當(dāng)水引發(fā)(起始反應(yīng)酸濃84.0％)，升溫至150℃引發(fā)酸解反應(yīng)，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保溫下熟化4h，然后于75℃條件下按照每噸礦約2.5噸新鮮水加入酸解鍋浸取熟化后的物料，浸取時(shí)間1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入壓縮氮?dú)?壓強(qiáng)0.20mpa，流量500m3/h)的氣流攪拌作用下，緩慢往浸取液中加入計(jì)量的還原鐵粉，還原反應(yīng)過程中持續(xù)攪拌，控制還原鐵粉的加入量使得反應(yīng)結(jié)束后的料漿中三價(jià)鈦含量在0.5～1.0g/l(本實(shí)施例中測(cè)得為0.60g/l)，記錄單噸鈦精礦的鐵粉消耗量，結(jié)果見表1。
(4)還原反應(yīng)結(jié)束后將還原料漿放入沉降槽并添加絮凝劑進(jìn)行沉降，所得上層清液即為硫酸氧鈦溶液。
實(shí)施例二：
按照以下方法對(duì)鈦精礦進(jìn)行酸解，制備硫酸氧鈦溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目篩篩余為20％的鈦精礦粉，用濃度為95％的硫酸溶液按1.7的酸礦比與所述鈦精礦粉混合，加入適當(dāng)水引發(fā)(起始反應(yīng)酸濃84.0％)，升溫至150℃引發(fā)酸解反應(yīng)，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保溫下熟化4h，然后于75℃條件下按照每噸礦約2.5噸新鮮水加入酸解鍋浸取熟化后的物料，浸取時(shí)間1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入壓縮氫氣(壓強(qiáng)1.0mpa，流量500m3/h)的氣流攪拌作用下，緩慢往浸取液中加入計(jì)量的還原鐵粉，還原反應(yīng)過程中持續(xù)攪拌，控制還原鐵粉的加入量使得反應(yīng)結(jié)束后的料漿中三價(jià)鈦含量在0.5～1.0g/l(本實(shí)施例中測(cè)得為0.62g/l)，記錄單噸鈦精礦的鐵粉消耗量，結(jié)果見表1。
(4)還原反應(yīng)結(jié)束后將還原料漿放入沉降槽并添加絮凝劑進(jìn)行沉降，所得上層清液即為硫酸氧鈦溶液。
實(shí)施例三：
按照以下方法對(duì)鈦精礦進(jìn)行酸解，制備硫酸氧鈦溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目篩篩余為20％的鈦精礦粉，用濃度為95％的硫酸溶液按1.7的酸礦比與所述鈦精礦粉混合，加入適當(dāng)水引發(fā)(起始反應(yīng)酸濃84.0％)，升溫至150℃引發(fā)酸解反應(yīng)，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保溫下熟化4h，然后于75℃條件下按照每噸礦約2.5噸新鮮水加入酸解鍋浸取熟化后的物料，浸取時(shí)間1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入壓縮氦氣(壓強(qiáng)0.50mpa，流量1500m3/h)的氣流攪拌作用下，緩慢往浸取液中加入計(jì)量的還原鐵粉，還原反應(yīng)過程中持續(xù)攪拌，控制還原鐵粉的加入量使得反應(yīng)結(jié)束后的料漿中三價(jià)鈦含量在0.5～1.0g/l(本實(shí)施例中測(cè)得為0.62g/l)，記錄單噸鈦精礦的鐵粉消耗量，結(jié)果見表1。
(4)還原反應(yīng)結(jié)束后將還原料漿放入沉降槽并添加絮凝劑進(jìn)行沉降，所得上層清液即為硫酸氧鈦溶液。
實(shí)施例四：
按照以下方法對(duì)鈦精礦進(jìn)行酸解，制備硫酸氧鈦溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目篩篩余為20％的鈦精礦粉，用濃度為95％的硫酸溶液按1.7的酸礦比與所述鈦精礦粉混合，加入適當(dāng)水引發(fā)(起始反應(yīng)酸濃84.0％)，升溫至150℃引發(fā)酸解反應(yīng)，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保溫下熟化4h，然后于75℃條件下按照每噸礦約2.5噸新鮮水加入酸解鍋浸取熟化后的物料，浸取時(shí)間1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入壓縮混合氣體(壓強(qiáng)0.70mpa，流量800m3/h，混合氣體成分：氮?dú)庹?0％，氫氣占30％，氦氣占30％)的氣流攪拌作用下，緩慢往浸取液中加入計(jì)量的還原鐵粉，還原反應(yīng)過程中持續(xù)攪拌，控制還原鐵粉的加入量使得反應(yīng)結(jié)束后的料漿中三價(jià)鈦含量在0.5～1.0g/l(本實(shí)施例中測(cè)得為0.60g/l)，記錄單噸鈦精礦的鐵粉消耗量，結(jié)果見表1。
(4)還原反應(yīng)結(jié)束后將還原料漿放入沉降槽并添加絮凝劑進(jìn)行沉降，所得上層清液即為硫酸氧鈦溶液。
對(duì)比例五：
按照以下方法對(duì)鈦精礦進(jìn)行酸解，制備硫酸氧鈦溶液：
(1)取干燥并粉碎至325目篩篩余為20％的鈦精礦粉，用濃度為95％的硫酸溶液按1.7的酸礦比與所述鈦精礦粉混合，加入適當(dāng)水引發(fā)(起始反應(yīng)酸濃84.0％)，升溫至150℃引發(fā)酸解反應(yīng)，直至混合物固化，得固相物。
(2)所得固相物在180℃下保溫下熟化4h，然后于75℃條件下按照每噸礦約2.5噸新鮮水加入酸解鍋浸取熟化后的物料，浸取時(shí)間1h，得到浸取液。
(3)在往浸取液中通入壓縮空氣(壓強(qiáng)0.20mpa，流量500m3/h)的氣流攪拌作用下，緩慢往浸取液中加入計(jì)量的還原鐵粉，還原反應(yīng)過程中持續(xù)攪拌，控制還原鐵粉的加入量使得反應(yīng)結(jié)束后的料漿中三價(jià)鈦含量在0.5～1.0g/l(本實(shí)施例中測(cè)得為0.60g/l)，記錄單噸鈦精礦的鐵粉消耗量，結(jié)果見表1。
(4)還原反應(yīng)結(jié)束后將還原料漿放入沉降槽并添加絮凝劑進(jìn)行沉降，所得上層清液即為硫酸氧鈦溶液。
表1：各實(shí)施例單噸鈦精礦的鐵粉消耗量統(tǒng)計(jì)表