硫酸法钛白废酸处理与浓缩工艺

黄丽丽

摘 要：在硫酸法生产钛白粉的过程中将产生较多的废酸，需进行废酸的合理化处理及资源利用。文章在对于钛白废酸来源以及钛白废酸处理现状深入分析的基础上，对钛白废酸浓缩利用工艺进行深入研究，包括废酸真空浓缩工艺、废酸预浓缩结合蒸汽蒸发浓缩工艺、喷雾浓缩工艺等，以推动钛白硫酸工艺绿色、可持续发展。

关键词：硫酸法；钛白；废酸；浓缩工艺

1 钛白废酸概述

1.1 钛白废酸来源

硫酸法生产钛白粉的工艺流程图如下图1 所示，涵盖了酸解、净化、浓缩、水解、漂洗、盐处理、煅烧及粉碎等工艺。

从生产工艺流程图中发现，硫酸在钛白的制备过程中仅起到中间介质的作用，不进入最终产品，仅参与化学反应，因此，在实际的硫酸法制备钛白粉的过程中，酸解及净化、水解过程将排放大量废酸，其中，酸解过程每生产1吨约排放8吨浓度约20%左右的废酸，在净化水解偏钛酸的过程中，每生产1吨钛白粉约排放80吨浓度为2～3%的废酸。废酸的成分主要为游离态硫酸以及硫酸盐等，对废酸的处理：对浓度约20%左右的废酸通常进行处理再利用，而对于浓度为2%的废酸通常经中和处理达标后方可排放。

1.2 钛白废酸处理现状

1.2.1 中和工艺

包括石灰中和工艺、氨中和工艺、矿石中和工艺以及碱性废水中和工艺等，其中，我公司采用石灰石和石粉相结合，先用石粉将废酸及废酸的混合物中和至pH值为2.5～4.0，再用15%左右的石灰乳继续中和，同时用空压搅拌氧化其废液中的二价铁，氧化的同时控制液体的pH达到6～9，在中和好的水移至沉降池之前加入适量的沉降剂助沉，将中和好的水再通过板框压滤机压滤，最终水达到排放的标准后直接排放。该工艺具有操作简便，系统简单，成本较低的优势，然而其操作费用高，废液排放前需检测其水质是否达标，同时中和的钛石膏量多，生产每吨钛白粉有12吨的产生含水量50%钛石膏，造成二次污染；氨中和工艺利用含氨废水进行废酸的中和处理，可用于生产肥料。该工艺流程较为繁杂，且处理过程中产生的含氨废水不易处理，同时要求生产的条件受限；矿石中和工艺即利用橄榄石中和废液，得到SiO2固体和MgSO4溶液，其中SiO2固体可安全堆存或进一步处理，而MgSO4溶液经沉淀除去重金属离子后可安全排放，但该工艺前期投资较大；碱性废水中和工艺利用工厂排放的碱液废水进行废酸液的中和处理，至达标排放，可对于两类工业废水进行综合处理，并进一步降低治理成本，但该工艺受厂区条件及环境等客观条件的制约。

1.2.2 浸出矿物工艺

主要包括制备人造金红石工艺、制备硫酸铜工艺、制备磷肥工艺、制备活性白土工艺等，其中，制备人造金红石工艺可利用废酸制备金红石，工艺简单，经济效益较高，符合工业生产实际，但该工艺生产流程较长，而高镁钙钛精矿难以用硫酸浸出；制备硫酸铜工艺适于低品位铜矿和废铜的浸出。具有操作简单、经济效益高的优点，但实施范围受限；制备磷肥工艺需配套一条磷酸生产线，制作工艺简单但此工艺的应用范围有限；制备活性白土工艺流程简单，易于實现工业化，但废酸消耗量较少。

1.2.3 废酸再生工艺

主要包括WSA工艺以及焙烧法工艺等两方面，WSA工艺由托普索公司研发而成，即湿法硫酸工艺，其中硫回收率及氧化物脱除率均较高在90%以上，可回收大量热量，但该工艺较为复杂，运行成本较高；焙烧法工艺利用Fe3O4与废酸混合后，通过气体燃料的加热作用，逐渐脱水，使得硫酸亚铁分解，硫铁矿被氧化，但该工艺运行成本较高。

1.2.4 萃取法工艺

萃取法工艺主要利用臭氧将废酸中的亚铁离子氧化为三价铁离子，然后利用甲基丁基酮作萃取剂，萃取比选用萃取剂与钛白废酸体积之比为1：1，研究表面，该工艺是采用酸盐分离的方法，分离效果好，酸回收率高，具有较好的自动化控制性能，其主要的缺点在于回收酸的成本较高。

1.2.5 溶解度原理法

由于在不同浓度的硫酸中，硫酸盐的溶解度也不尽相同，利用该理论，可通过盐析和共沉降作用对于废酸中其他盐类进行排除，再经过蒸发浓缩作用，有利于废酸浓缩工艺的平稳运行，因此该方案具有良好发展前景。

2 钛白废酸浓缩利用工艺

2.1 废酸真空浓缩工艺

废酸真空浓缩技术现已发展成为一种比较成熟的废酸浓缩利用工艺，废酸的真空浓缩工艺其流程图如下图2所示：

废酸溶液与转窑煅烧来的350～400℃的尾气进行质量和热量交换，尾气经净化及电除雾直接真空排放。此时废酸溶液浓度升至28%，然后再经过多效蒸发浓缩，后冷却、熟化结晶，再通过压滤去除废酸中的硫酸亚铁，从而得到纯质浓度高的硫酸溶液。此浓缩工艺可取得理想的处理效果，同时具有运行成本的优势，也被国内企业所采用，其弊端在于尚未完全解决石墨加热器堵塞的问题。

2.2 废酸预浓缩结合蒸汽蒸发浓缩工艺

废酸预浓缩结合蒸汽蒸发浓缩可实现高效化废酸浓缩利用，首先利用废热对于废酸进行预浓缩，再利用水蒸气真空蒸发，对于废酸进行进一步浓缩，然后利用高温煅烧尾气对于废酸进行再次浓缩，此时其硫酸浓度可达82%，浓缩经济效益较高，但也存在管道堵塞的问题。

2.3 喷雾浓缩工艺

将钛白废酸通过泵的作用输送至喷雾浓缩装置，然后在装置内部发生雾化作用，由于雾化液滴粒径较小，在与热空气接触后发生热量及质量的传递作用，水分被蒸发，因此会析出硫酸盐，得到的悬浊液通过离心分离机实现固液分离。该工艺热量利用率较高，浓缩成本低，因此可推广应用。

参考文献

[1]陈朝华.钛白粉生产及应用技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]李亮.国内外钛白废酸综合治理及回收利用研究现状[J].湿法冶金，2010，29（3）：150-158.

（作者单位：广西蓝星大华化工有限责任公司）