连续酸解在硫酸法钛白生产中的应用

黄丽丽

（广西蓝星大华化工有限责任公司，广西 百色 533000）

目前，钛白粉日益成为一种无可替代的无机化工颜料。伴随着钛白粉在生活中的广泛应用，其生产总量逐渐成为衡量社会经济水平的一项重要的参考标准。

钛白粉生产工艺分为硫酸法和氯化法两种。由于硫酸法工艺成熟，设备相对简单，以及对原材料的要求不高等特点，国内不少厂家都是使用硫酸法生产。但硫酸法钛白粉产生的废水、废酸及废气是现阶段钛白粉生产厂家最为头痛的问题。废水、废酸多数厂家采用酸碱中和生产硫酸钙 (石膏)，转给周边的下游厂家或直接填埋，但废气是一个致命的问题。很多厂家通过加碱增大喷淋吸收降低废气中硫化物的排放，但给工厂又增加碱、水及电的能耗，同时给废水处理增加负担。据报道，我国很多地方的环保局，对企业废气排放已经采取在线监测系统。因此，解决酸解反应产生的废气，是现阶段许多钛白粉生产厂家的生存之路。

硫酸法钛白粉生产，间歇酸解与连续酸解的反应原理相同。都是通过钛铁矿与硫酸混合，利用硫酸的稀释热升温后触发主反应，钛铁矿与硫酸反应生成钛与铁的可溶性硫酸盐，加水浸取溶解后，生成钛与铁的硫酸盐的水溶液 (硫酸钛、硫酸氧钛、硫酸亚铁及硫酸铁)。酸解过程排出的废气中含有水蒸气、二氧化硫、硫化氢及粉尘等。

主要化学方程式：

其它反应方程式为：

1 间歇酸解与连续酸解工艺对比

1） 间歇酸解。

按照计量好的硫酸（质量分数：93%或98%）与矿粉 (细度合格)先后放入预混合槽内混合，并搅拌均匀后，送到开启空压搅拌好的酸解锅内，再加入一定量的启动废酸 (废酸质量分数约20%或工艺水） 约5～10min后酸解主反应。主反应结束后形成的固相物在酸解锅内熟化1.5～2h后，加工艺水浸取，再用铁粉还原矿中的高价铁，待物料中出现少量的三价钛证明还原操作结束，同时整个酸解的反应过程结束，等待放料。

间歇酸解简单的工艺流程见图1。

图1 间歇酸解简单的工艺流程图

2） 连续酸解。

将硫酸（质量分数98%）、矿粉（细度相对间歇酸解细2%～3%） 及启动废酸（或工艺水）流量在DCS或PCL设定好。先将部分的硫酸放入预混槽，再放矿并搅拌均匀。当物料比重达到工艺要求后，溢流至主反应器，启动废酸加入主反应器。物料在主反应器内，通过充分搅拌升温到一定的温度，发生主反应。物料通过螺旋输送到溶解性，在溶解槽充分溶解后，流入还原槽，再将设定好的铁粉均匀地加入还原槽内，取样分析槽内物料三价钛符合工艺后等待放料至沉降池。

连续酸解简单的工艺流程见图2。

图2 连续酸解简单的工艺流程图

2 连续酸解比间歇酸解的优越性

1）废气可以达标排放

①间歇酸解。以20kt/a的生产线为例，酸解锅V=142m3将20～30t钛铁矿与32-48t的浓硫酸混合后，加启动废酸 (或工艺水)后主反应，主反应集中在5～10min进行，物料在酸解锅内形成固相物，通过加水浸取、还原后，将锅内物料排空，再准备下一次投料。间歇酸解以矿粉量计，反应速率达到4～6t/min，导致反应时烟气量非常大。据跟踪监测统计，20～30t矿量与32～48t的浓硫酸混合发生主反应时，主烟囱高36m，产生烟气排放浓度均值为：烟气流速 25.5m/s、标杆烟气流量 240000m3/h、二氧化硫2.44×103mg/m3、硫酸雾 6.3×103mg/m3、颗粒物 4.19×103mg/m3。而《大气污染物排放标准》GB(16297-1996)二级标准：硫酸雾：45mg/m3、二氧化硫550mg/m3，颗粒物150mg/m3。这远远超过排放的标准。

②连续酸解。连续酸解采取钛铁矿与浓硫酸在预混槽混合均匀后，按一定速率的加入量将物料放入在主反应器中，做到少量、均匀、稳定流量在主反应器内发生主反应，完成反应后物料从主反应器两端排出。以20kt/a的生产线为例，矿的反应速度只有0.086t/min，因此主反应产生的烟量就非常少。据跟踪监测统计，产生烟气排放浓度均值为：二氧化硫125 mg/m3、硫酸雾8.5 mg/m3、颗粒物 0 mg/m3。这烟气直接排放不存在任何问题。

2） 废酸回用率高。

同样以20kt/a的生产线为例，间歇酸解以20～30t矿，反应酸85%-86%时，启动废酸约5m3，则年回用20%的废酸约9100m3；使用连续酸解，矿4.5t/h、启动废酸1.5m3/h为计，则年回用启动废酸约为15200m3。这样同产量的生产线，连续酸解一年相对多回用6100 m3，回用率提高67.03%。

3） 酸解率高。

据统计，间歇酸解含有预混合槽的酸解率约为：94%～96%，据报道连续酸解的初期酸解率只有93.5%[1]，而经过多年的实现及更新，现山东、广东及四川等企业交流总结发现，现多数企业连续酸解的酸解率远远超过97%。

4）自动化程度高。

连续酸解从矿粉、浓硫酸、启动废酸及工艺水等计量，全程都是自动化操作，员工远离现场操作，从员工的安全及健康程度上都有明显的提高。

3 总结

从酸解主反应的原理、两种酸解工艺的相关数据对比发现，同时在环保排放压力的情况下，连续酸解是目前最有效地解决目前国内硫酸法钛白粉工艺在酸解主反应时带来的大气污染问题的工艺，可消除剧烈主反应过程带来的安全隐患，为员工提供安全可靠的工作环境，精确、稳定的控制反应过程的工艺参数，能进一步提高硫酸氧钛溶液的质量。