钛白废酸电极加热器的设计分析蓝日卫

朱名强 梁飘 苏献伟

摘  要：针对硫酸法钛白粉企业处理废酸和回收综合利用问题，业内人士一直在探索和研究，相关企业目前主要采用废酸浓缩法、废酸中和法等，其中，废酸浓缩法是最主要的方法，但废酸浓缩使用的设备昂贵，能量消耗和操作费用也高。同时，硫酸法钛白废酸综合利用的一些新方法也在研究和探索之中，如压膜蒸馏法，因为浓缩过程中析出硫酸盐、工艺不畅、处理能力低等问题，该方法的应用和推广具有很大的局限性。针对废酸不外排和回收综合利用的问题，文章提出了采用钛白废酸电极加热器加热钛白废酸的新工艺。采用钛白废酸电极加热器在硫酸法钛白粉企业进行应用，不仅能解决废酸不外排和综合再利用的问题，还能获得非常显著的经济效益和环境效益。

关键词：废酸处理;废酸回用;电极加热器;经济和环境效益

中图分类号：X788         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）33-0091-02

Abstract： In view of the problem of waste acid treatment and recovery and comprehensive utilization of titanium dioxide by sulfuric acid process， people in the industry have been exploring and studying the problem. At present， the relevant enterprises mainly adopt waste acid concentration method， waste acid neutralization method and so on. Waste acid concentration method is the most important method. However， the equipment used for waste acid concentration is expensive， and the energy consumption and operating cost are also high. At the same time， some new methods for comprehensive utilization of titanium dioxide waste acid by sulfuric acid process are also being studied and explored， such as pressure film distillation， because of the precipitation of sulfate in the concentration process， poor process， low treatment capacity and so on. The application and popularization of this method has great limitations. In order to solve the problem of non-discharge and comprehensive utilization of waste acid， a new process of heating waste acid with titanium dioxide waste acid electrode heater is proposed in this paper. The application of titanium dioxide waste acid electrode heater in sulfuric acid titanium dioxide enterprise can not only solve the problem of non-discharge and comprehensive reuse of waste acid， but also obtain very significant economic and environmental benefits. Keywords： waste acid treatment; waste acid reuse; electrode heater; economic and environmental benefits

1 硫酸法钛白粉企业废酸处理情况

硫酸法钛白粉企业生产，会产生很多废酸，如何将废酸处理和回收利用，是一直在研究的课题。如果废酸处理不好，将会增加生产成本，且對环境造成污染。不同的企业处理废酸的方法是不相同的，有些企业能将废酸再利用，取得较好的经济效益。

废酸浓缩法就是将废酸加热，使硫酸的浓度增加，再返回酸解工序。浓缩法可以采用浸没燃烧法和真空浓缩法。浸没燃烧法为早期的浓缩工艺，工艺过程为直接将产生的高温气体喷入废酸中，让废酸的水分蒸发，从而浓缩废酸，这种浓缩法浓缩后的硫酸浓度不是很高，并且对设备腐蚀严重，用此法把废硫酸浓缩至一定比例后出售或供生产磷肥使用。真空蒸发浓缩，近年来很多钛白粉企业运用该方法，根据其蒸发强度、浓缩级数，分别把20%左右的废硫酸浓缩至40%、50%、70%甚至90%以上，取得较好的效果。

废酸中和法是采用石灰石或石灰分两次中和废酸，废酸中和法的关键技术是要掌握石膏的结晶方法，否则对生成的石膏颗粒和氢氧化铁十分难过滤。该方法主要的问题是：产生的硫酸没有得到再次回收利用，并且消耗的试剂量很大。

如何综合利用废酸，方法是多种多样的。在工业上应用的有：制备人造金红石，采用石原法，石原公司曾将硫酸法钛白厂产生的大约90%的废酸用于生产人造金红石;制取硫酸锌，以钛白废酸和锌焙砂（主要成分为ZnO）为原料，在一定工艺条件下进行浸出反应，浸出液经净化后浓缩结晶得到ZnSO4产品;制取硫酸锰，采用全湿法制取硫酸锰;制备磷肥，将磷矿湿磨后与硫酸反应生成磷酸，磷酸再和氨气反应生成磷酸一铵或二铵复合肥;生产铁系颜料，利用废酸与废铁皮、铁屑反应，得到硫酸亚铁溶液，用此原料生产氧化铁黑、铁红等铁系颜料。

硫酸法钛白废酸综合利用的其他一些新方法也在研究和探索之中。找到一种能量消耗低、方法简单、能让废酸不外排和再利用的技术，是硫酸法钛白粉企业一直在努力的。本课题针对废酸不外排和再利用的问题，提出了采用钛白废酸电极加热器加热钛白废酸的新工艺。该工艺流程是用耐腐蚀稀酸泵将含酸浓度为20%左右的钛白废酸压入钛白废酸电极加热器，达到最高液位后，停止进液，然后开启电源，当废酸加热到100℃时，停止供电，将热废酸排出加热器。

综上所述，在硫酸法钛白粉生产过程中，会产生较多废酸，采用什么技术将废酸重复利用和综合利用并且尽可能少污染环境，是行业内一直都在研究解决的难题。当前，浓缩法主要采用列管式石墨加热器来加热钛白废酸，但在操作中存在几个问题：（1）能量消耗大，运行过程中不太稳定;（2）设备投资很大且对材质的要求很高;（3）操作过程复杂且设备维修困难。针对废酸不外排和综合利用的问题，本文提出了采用钛白废酸电极加热器加热钛白废酸的新工艺，电极加热器是化工工业领域废酸加热操作过程设备。采用钛白废酸电极加热器在硫酸法钛白粉企业进行应用，不仅能解决废酸不外排和综合再利用的问题，还将获得非常可观的经济效益和环境效益。

2 钛白废酸电极加热器结构

如图1所示，是一种新型钛白废酸电极加热器，由排酸阀（1）、进酸阀（2）、隔板（3）、电源箱盖（4）、电极板（5）、电极固定槽（6）、液温和液位控制器（7）、壳体（8）组成。采用的电极板（5）由导电的耐腐蚀材料制成。采用的壳体（8）、排酸阀（1）、进酸阀（2）过酸部件均由耐腐蚀材料制成。

在壳体左侧下方安装排酸阀和进酸阀，用进、排酸管道将排酸阀和进酸阀与壳体连接，使废酸能交替进出壳体;在壳体内安装多组电极板，每块电极板固定在电极固定槽内，确保相邻两块电极板间的距离;在壳体上方设置一块隔板，阻止废酸溅出壳体;在壳体右侧上方设置液温和液位控制器，当加注废酸进入壳体时，确保壳体内废酸的液位高度在安全线下，当废酸加热到100℃时，停止供电;在壳体上方设置电源箱盖，保证用电的安全。本加热器具有加热效率高、不易堵塞、结构简单、操作容易、投资少的优点。

3 钛白废酸电极加热器功能和使用说明

用耐腐蚀稀酸泵将含酸浓度为20%左右的钛白废酸通过进酸阀压入钛白废酸电极加热器的壳体，泵送废酸以定时方式控制进酸量，万一定时方式失效，液位超过电极板上溢流孔，废酸液位超过安全线以上时，通过液温和液位控制器的控制，就会立即断开耐腐蚀稀酸泵的电源，停止泵送废酸;当泵送废酸达到最高液位后，则停止进液，然后开启加热电源，电极板通电，利用液体介质自身的高电阻特性，将电能直接转换成热能，使废酸自身发热，其热效率可达100%。当废酸加热到100℃时，通过液温和液位控制器的控制，停止供电，开启排酸阀，将热废酸排出加热器;钛白废酸电极加热器采用隔板密封壳体上溢的废酸，采用电极固定槽固定电极板，采用电源箱盖保证电极板接线的绝缘及安全。

4 钛白废酸电极加热器的优点

（1）加热过程能耗低：采用电极加热方式加热废酸，电极板通电，利用液体介质自身的高电阻特性，将电能直接转换成热能，使废酸自身发热，其热效率可达100%。

（2）结构简单、有效：钛白废酸电极加热器结构简单、有效，加热过程中无盐类析出，不会结垢、堵塞，为废酸再利用打下基础。

（3）产生的经济效益显著：该设备投资少、回收及综合利用大量的废酸，将产生显著的经济效益。

（4）产生明显的环境效益：该电极加热器加热过程不会产生任何新的有害物质，符合“减量化、资源化”原则，不会对环境产生污染物，具有明显环境效益。

5 结束语

本文设计了耐腐蚀、高效率以及对钛白废酸的加热工艺适应性强的钛白废酸电极加热器，工艺流程是用耐腐蚀稀酸泵将含酸浓度为20%左右的钛白废酸压入钛白废酸电极加热器，达到最高液位后，停止进液，然后开启电源，电极板通电，利用液体介质自身的高电阻特性，将电能直接轉换成热能，使废酸自身发热，其热效率可达100%。当废酸加热到100℃时，停止供电，将热废酸排出加热器。采用电极加热方式加热废酸，为硫酸法钛白废酸回收利用打下了基础，是节约能源、降低成本和减少环境污染的有效措施。该技术能在硫酸法钛白粉行业推广，将获得显著的经济效益和环境效益。

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