鈦白粉生產(chǎn)工藝的研究進展

鈦白粉生產(chǎn)工藝的研究進展

鈦白粉又名二氧化鈦（tio2），相對分子量為79.9。它是一個白色的粉末。具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、抗旱性和耐候性，以及良好的白度、色澤和耐蓋性。是最重要的白色涂料，也是鈦系最重要的產(chǎn)品，占總白色涂料的80%。世界上90%的鈦資源用于鈦白粉的生產(chǎn)。鈦白粉在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、國防、科技產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，是第三類公斤、納帕姆和磷酸。鈦白粉的工業(yè)生產(chǎn)主要有硫酸法和氯化法兩種工藝。硫酸法是以鈦精礦為原料,加入硫酸使鈦精礦中的TiO2分解成硫酸亞鈦(TiOSO4),過濾除去鈦液中的不溶礦物質(zhì),然后采用真空結(jié)晶除去鈦液中的七水硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O);鈦液經(jīng)水解變成偏鈦酸(TiO2·H2O),洗滌除去其它礦物質(zhì)產(chǎn)生的鹽類,經(jīng)煅燒除去水分并使其晶型轉(zhuǎn)化制得。氯化法一般以富鈦渣(含TiO290%)為原料,以石油焦為還原劑,高溫下用氯氣氯化,生成TiCl4,然后在高溫下氧化生成TiO2,進一步精制得到鈦白粉。氯化法與硫酸法優(yōu)缺點比較見表1。氯化法和硫酸法兩種工藝技術(shù)各有優(yōu)缺點,但從環(huán)境友好方面氯化法明顯要優(yōu)于硫酸法。目前國際上氯化法生產(chǎn)工藝已占主導(dǎo)地位,硫酸法生產(chǎn)工藝有進一步減少的趨勢。本文通過對國內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)情況研究,對氯化法鈦白粉進行生產(chǎn)工藝及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)分析。1工藝原理該項目主要反應(yīng)原理(化學(xué)反應(yīng)方程式)如下:2工藝氯化法鈦白粉生產(chǎn)可分為配料工段、氯化工段、精制工段、氧化工段、后處理工段等五個工段,工藝流程分述如下。2.1氯化爐收塵、卸料、掃碼來自原料提濃預(yù)處理高鈦渣與石油焦按一定配料比加入到螺旋輸送機,經(jīng)初混后送入流化器,風(fēng)送至氯化工段,經(jīng)收塵后卸入混合料倉,待沸騰氯化爐使用。該工段中高鈦渣和石油焦的粉碎、干燥過程均有粉塵逸出系統(tǒng),在有粉塵逸出的作業(yè)點采用局部排風(fēng)措施,原料破碎含塵廢氣(G1)經(jīng)“旋風(fēng)+布袋”收塵器回收粉塵后排入大氣。2.2釩渣、鎂、鐵、硅等氯化物雜質(zhì)的分離和凈化配好料的高鈦渣和石油焦連續(xù)加入氯化爐,與氧化工段返回氯氣和補充的新鮮氯氣在高溫下反應(yīng)生成含TiCl4的混合氣體。氯化最初反應(yīng)的熱量來自于碳電阻塊電加熱,反應(yīng)一旦開始后,氯化反應(yīng)將放出足夠的熱量,可停止外部加熱。向混合氣體中噴入精制返回的釩渣泥漿和粗四氯化鈦泥漿以回收TiCl4,并使熱氣流驟冷,在旋風(fēng)分離器中分離出釩渣、鎂、鐵、鈣等氯化物雜質(zhì)后,分離器頂部排出的含TiCl4氣體進入三級冷凝器冷凝,冷凝后液態(tài)粗TiCl4送至精制工段除釩。從三級冷凝器頂部出來的氯化不凝氣(G2)含有CO、CO2、HCl、未反應(yīng)的Cl2和微量的TiCl4等,送氯化尾氣處理系統(tǒng)處理。該工段產(chǎn)生的固體廢物有氯化爐底排出氯化爐渣(S1)和旋風(fēng)分離器排出的氯化收塵渣(S2),主要含有釩、鈣、鎂、鐵、硅等氯化物、微量的TiCl4、未反應(yīng)的礦粉和炭粉等物質(zhì)。氯化收塵渣送至渣池,加入石灰水沖洗,收塵渣中剩余的TiCl4遇水分解出HCl氣體,灰渣系統(tǒng)尾氣經(jīng)收集后的(G5)進入廢氣處理系統(tǒng)處理。2.3回用ticl4粗TiCl4和礦物油按一定配比連續(xù)送入除釩反應(yīng)器,控制一定的壓力和溫度,使礦物油和粗TiCl4中的VOCl3反應(yīng)生成不溶性VOCl2,同時使TiCl4大量蒸發(fā)成蒸汽進入裝有填料的精餾塔,塔頂排出的TiCl4氣體經(jīng)冷凝后得到精TiCl4。不凝氣送廢氣處理工序處理,釩渣泥漿返回氯化工段回收TiCl4。精餾塔頂不凝氣(G3)含有微量的CO、CO2、HCl、氯氣和四氯化鈦等,送尾氣處理工段處理。除釩反應(yīng)過程產(chǎn)生的釩渣泥漿由反應(yīng)器中抽出,與氯化泥漿一起送至氯化工段回收TiCl4。2.4脫氯氧化預(yù)處理從精制工段來的精TiCl4用泵連續(xù)加入TiCl4預(yù)熱器中,用燃料油進行間接加熱,預(yù)熱后的TiCl4氣體進入AlCl3發(fā)生器,同時氯氣與鋁粉通過精確計量加入到AlCl3發(fā)生器,鋁粉與氯氣反應(yīng)生成AlCl3并利用反應(yīng)熱進一步預(yù)熱四氯化鈦,然后TiCl4和AlCl3混合物進入氧化反應(yīng)器。氧氣經(jīng)氧氣預(yù)熱器用燃料油間接加熱后導(dǎo)入燃燒室,加入燃料甲苯燃燒進一步提高氧氣溫度。熱氧流進入氧化反應(yīng)器與熱TiCl4流迅即混合,反應(yīng)生成TiO2和氯氣。反應(yīng)生成的TiO2懸浮在含氯尾氣中,經(jīng)套管快速冷卻后,進入布袋過濾器收集TiO2。在氧化反應(yīng)器冷卻段噴入NaCl晶體防止冷卻時TiO2粘壁。含氯尾氣全部返回氯化工段。收集下來的TiO2送至打漿槽,用脫鹽水打漿、脫氯,后送至后處理工段。該工段漿料脫氯過程有脫氯廢氣(G4)產(chǎn)生,送氯化尾氣處理系統(tǒng)。預(yù)熱器采用低硫燃料油進行加熱,產(chǎn)生的TiCl4預(yù)熱器廢氣(G6)和氧氣預(yù)熱器廢氣(G7)主要污染物為SO2。2.5表面處理和干燥后處理工段包括分散濕磨、表面處理、過濾洗滌、干燥、微粉碎及成品包裝等工序。由氧化工段來的TiO2料漿進入料漿罐,加入一定量的分散劑(偏鋁酸鈉、TME、過氧化氫、氯化鈣等)攪拌分散,然后送入砂磨機研磨,經(jīng)分級后除去粗粒子,合格的TiO2料漿通過泵送至表面處理罐。在表面處理罐中,加入各種表面處理助劑(硅酸鈉、硫酸鋁、離子膜堿等),在不同條件下,可以得到不同品種的鈦白粉。表面處理完成后,用泵送至過濾機進行洗滌,洗滌合格后的濾餅卸料至干燥機,TiO2濾餅中水份不斷蒸發(fā),產(chǎn)品得以干燥。干燥后的TiO2送至汽粉前料倉,通過螺旋給料機連續(xù)送入汽流粉碎機中,以過熱蒸汽為工質(zhì),對TiO2粒子進行超微粉碎,粉碎后的TiO2連同蒸汽一并進入袋濾器,收集下來的TiO2經(jīng)螺旋冷卻器冷卻,TiO2進入成品料倉,經(jīng)包裝機包裝好的成品經(jīng)疊縮機、整型機后,送往成品庫碼垛待售。后處理工段中粉碎以及干燥過程均有廢氣產(chǎn)生,干燥廢氣(G8)和汽粉機尾氣(G9)中的主要污染物為TiO2粉塵。后處理工段洗滌、過濾過程產(chǎn)生洗滌過濾廢水(W3),該廢水中主要污染物為SS和鹽類,可回用于生產(chǎn)。氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝污染及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)詳見圖1。3