硫酸法二氧化钛生产的常压水解.docx

硫酸法二氧化钛生产的常压水解日期:2011年 4月9 日 浏览[90]一、工艺概述硫酸法钛白生产过程中，水解是非常重要的工艺环节硫酸钛液在一定温度条件下，通过晶种作 用，水解生成水合二氧化钛和硫酸水解的工艺条件以及具体操作，将基本上决定最终产品原级粒子 的大小，确定成品钛白和性质，品种，而且对下工序的过滤和水洗也是非常紧密相关的另外，在保证质量的前提下，尽可能提高水解率，也是水解工艺必须考虑的问题目前，水解有两种基本类型，一是常压水解，一是加压水解国外都是常压水解，加压水解仅国 内采用常压水解按晶种的制备方法又分为自生晶种常压水解和外加晶种常压水解国内加压水解均 为外加晶种在水解过程中，晶种的组成和活性直接影响水解速度和水解率，晶种加量则影响水合二 氧化钛原级粒子的大小因此，晶种制备的重要性是可想而知的关于晶种制备，对锐钛型产品仅涉及水解晶种，对金红石型钛白又有金红石型水解晶种和煅烧晶 种两种方法过去国内在生产金红石型时采用金红石型水解晶种，而国外都为煅烧晶种在采用煅烧 晶种时，不论锐钛还是金红石型其水解晶种均是相同的鉴于笔者目的旨在解决锐钛型常压水解，而且对采用煅烧晶种的金红石型水解也是共同的。

因此， 对金红石型水解晶种就不在这里讨论二、外加晶种常压水解1．晶种制备（方法之一）锐钛型钛白水解晶种都是以钛液和氢氧化钠为原料来制备，但在具体中和操作和工艺条件上各个 厂家还是有一定差异，这里介绍一种较为普遍采用的方法a. 工艺计算 已知钛液的浓度，有效酸含量，碱液浓度计算制备一定体积的晶种所需钛液，碱液以及水的体积 V 钛=V 碱=[]X0.815X0.90V水=V晶-V钛-V碱式中： V 钛：钛液需要的体积（升）V 晶：要求制备晶种体积（升）V 碱：中和用碱液的体积（升）V 水：所用稀释水的体积（升）C 钛：钛液浓度（克/升 TiO2）C 晶：晶种浓度（克/ 升 TiO2）C 碱：碱液浓度（克/升 NaOH）[H+]钛：钛液有效酸浓度（克/升H2SO4）[H+]晶：晶种有效酸浓度（克/升H2SO4）0.815：酸碱中和常数0.9： 90%中和率b. 工艺操作（a） 将计算量的钛液加入晶种缸内，控制三价钛含量3〜5克/升（以TiO2计）b） 在搅拌状况下不断加入计算量的碱液，加碱速度先快后慢，碱液先浓后稀，保持温度在40°C以 下，不析出氢氧化铁沉淀为准c） 分析有效酸和总钛，达到要求时即在10分钟之内升温至60C，保温半小时后，骤冷至40C以 下。

d） 分析组成，停止搅拌，备用C.工艺指标晶种浓度：53〜55g/l晶种有效酸：14〜16g/l晶种F值：0.25〜0.30晶种外观：带乳光的兰色胶体溶液d.技术关键(a) 调整三价钛时，锌粉或铝粉的加量要根据钛液中三价钛含量的高低加以确定，并计量加入，不 得任意抓一把了事实际锌粉加量为计算量的 200%具体计算：2Ti+4+Zn=2Ti+3+ Zn+22X80： 65.4=(5-CTi+4)V钛：xX=式中：CTi+4—钛液中原有三价钛含量g/lV 钛—制备晶种用钛液体积x—锌粉的理论加入量(b) 中和过程中要逐步降低加碱速度和碱液浓度，中和后期应将计算好的加水量加入碱液计量缸中， 将余下碱稀释，用压缩空气搅拌均匀2. 晶种制备(方法之二)水解晶种制备方法之二，同第一种方法的重要差别，是将碱液先稀释，按计算水量稀释到一定体积， 然后加入钛液进行中和，操作和控制条件基本相同晶种指标：晶种浓度 28 〜 30g/l晶种F值 0.50〜0.52晶种有效酸 15.0〜15.5 g/l3. 水解过程a. 水解工艺条件钛液浓度 230〜240g/l(TiO2)晶种浓度28〜32g/l (TiO2)晶种加量0.8〜1% (水解钛液的总钛白分数)b. 水解具体操作(a) 将计算体积的钛液加入水解锅中，一般为水解锅容积的75〜80%。

b) 在30〜40分钟内将钛液加热至沸腾c) 加入计算量的晶种，加晶种时尽量要求快一些d) 在108〜110°C条件下保温，一般105，沸腾2〜2.5小时，此时间内注意体积有无变化，适当 地补加一定水，以保持体积稳定e) 加入沸水，加入量按将钛含量降至170g/l左右为准，再在105C左右保温1小时f) 水解结束后，将水解浆料放入偏钛酸冷却槽冷却如果水解和冷却在同一设备内进行时，则进 行水和蒸汔的切换进行冷却C.两点说明(a) 水解加热既可采用直接蒸汽加热，也可采用间接蒸汽加热，国内通常是间接蒸汽加热 加入晶种后大约经过20分钟左右，溶液由黑色变为暗灰色，这段时间称之为诱导期，最好停止加热 和搅拌一段时间，主要为了改善水洗性能，但一般厂家目前尚未这操作b) 加入沸水稀释至160〜170g/l，主要目的是提高水解率，自然也对加快水解速度有利4. 外加晶种常压水解的设计考虑a. 工艺计算(a)计算依据钛液浓度 230g/l晶种加量 1%加热蒸汽 6kg/cm2 (表压)水解周期水解按6小时水解+冷却按总时间12小时水解后总收率〜85%年操作日 300 天生产能力 3000 吨/年钛液比重 1.6b. 计算b—1,物料计算每日需钛液 m3V=此处未计晶种加入水解浆液体积 m3V1=51.15x0.23/0.17=69.7m3b—2，热量计算钛液从40°C加热到沸腾热量Q1=1X1600X0.7X(108-40)=76160 千卡/m3 钛液此计算主要目的为考虑设备及管道计算服务，固之对水解吸热和热损失暂不考虑。

b—3,设备计算设备拟定 30m3 水解锅作计算基础， 30m3 水解锅，考虑盘管，搅拌等，实际容积为 26m3浆液体积V1=26x0.75=19.5m3按 20m3 考虑浓钛液 m3V2=20x170/230=14.78m3晶种加入 m3V3=14.78x230x0.01/30=1.133m3实际加入1.13m3即可补加水体积 m3V4=20-14.78-1.13=4.09m3实际加入按4.1m3考虑设备能力水解,冷却,以及同水洗配合的贮放等因素,操作周期按12小时考虑G=20X0.17X X0.85=5.78m3/日设备台数3000吨产量2台30m3水解锅即可设备传热面积F=热量Q,考虑热损失10%K,按 1000=°CF= m2 （即 22m2）30m3水解锅，设计传热面积为30m2如果升温按30分钟考虑，F=21.7X2/1.5=28.9m3，亦能满足b—4,蒸汽及管道按 30 分钟加热至沸腾Q=76160X 14.78X1.1X60/30=2476419 千卡/小时蒸汽量效率90%，冷凝热493.8千卡/公斤G30= 公斤/小时如果按40分钟G40=4.179 吨/小时管径蒸汽重度约3.6公斤/m3V=5572/3.6=1548m3/小、时管内流速按 20 米/秒F= 0.0215m2管径DD= =0.166米选择①180X5或194X7热轧无缝钢管均可。

按 40 分钟D= =0.143米选择①159X5无缝钢管从上述管径计算看来都偏大，在理解升温至沸腾时间30〜40分钟时，可以认为是从70C开始，这样 对蒸汽的供给和总管的要求上则会切合实际一些Q=1 X 1600X0.7X（108-70） X 14.78X 1.1 X60/30=1383881 千卡/小时.缸G=1383881/0.9X493.8=3114KG〃、、时D= =0.124米选择①133X5无缝钢管①132X4紫铜管（缸内分配管）冷凝水排放管按照排水量，选择Dg50疏水器2个比较可靠三、自生晶种常压水解简介1 ．晶种制备a. 在水解缸中加入95 C的热水b. 钛液在预热槽内加热至90〜100C，钛液浓度230〜240g/l （国外为250g/l）钛液F值1.8〜2.0c. 在搅拌状况下，20分钟内将计算比例钛液加入水解负荷内晶种量 1%晶种用钛液同水的体积比：95〜70：50〜30d. 钛液加到水中的最初1分钟左右，出现轻微白色混浊，继续加入钛液，混浊消失，此时将温度计升 至约 103Ce. 大约10分钟左右，混浊重新出现，当悬浮液出现乳光而又不发生沉淀时，此时胶体TiO2达到最大 值，活性也最大时，即刻在短时间内尽快加入已预热好的90〜100C钛液。

2．水解a. 晶种制备好后，即刻尽快加入已预热至90〜100°C的计量待水解钛液b. 升温至108C左右，保温2.5小时c. 加入90〜100C水，升温至105C，保温1小时d. 冷却至40C左右，去水洗吸片说明：晶种制备时加热可以采用直接蒸汽加热四、关于水解锅参考图的九点修改意见 水解锅参考图系用于自生晶种常压水解，考虑晶种制作时的加热为直接蒸汽加热，以及钛液已以 预热，同外加晶种情况有所差异，因之应作以下修改1．取消直接蒸汽加热管线系统2．加大缸内蒸汽分配总管3．最好改作平底带一定坡度，便于放净（或底锥角改为150°）4．布置时落地布置，用离心泵输送至水洗吸片槽或偏钛酸贮槽。