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行业动态

简析硫酸法钛白粉生产中的固液分离

  钛白粉是目前最佳的无可替代的白色无机化工颜料,应用面涉及各工业领域和人们日常生活,成为市场价值仅次于合成氨和磷化工的第三大无机化工产品。钛白粉工业的发展与整个国民经济发展有着密切的关系,其消耗量的多寡,可以用来衡量一个国家国民经济发展水平和生活水平的高低,被称为经济发展的“晴雨表”,因此钛白粉工业的发展备受工业发达国家的重视。钛白粉具有高折射率,理想的粒度分布,良好的遮盖力和着色力,是一种性能优异的白色颜料,广泛应用于涂料、橡胶、塑料、造纸、印刷油墨、日用化工、电子工业、微机电和环保工业。
  钛白粉生产工艺可以分为硫酸法和氯化法,其中氯化法钛白粉质量好、杂质含量低、产品成本低,而硫酸法生产工艺出现比较早,工艺技术成熟,任具有一定的竞争优势。我国目前受国外技术的封锁,氯化法钛白粉生产技术还有待进一步提高,所以我国目前除2家引进外,基本都是硫酸法生产。
  钛白粉的生产,不同于一般的普通无机化工产品的生产,除了化学组成与含量外,它是一个材料学意义上的产品;不仅要有光学上的颜色、遮盖力或消色力,更要有材料学上的粒度分布、形貌、耐侯性、抗光催化、分散性等等。硫酸法钛白粉的生产工艺流程冗长,采用的化工单元操作多,尤其是固液分离次数很多。在生产效率、成本和产品质量上,固液分离都起着十分重要的作用。
  笔者对硫酸法钛白粉生产整个流程(从钛精矿入厂到钛白粉出厂)这个过程中的固液分离分成三种:一是,重力沉降固液分离;二是,过滤固液分离;三是离心固液分离。
  1硫酸法钛白粉生产中的重力沉降固液分离
  重力沉降是利用固体和液体的密度差,颗粒受自身重力作用沉降,使悬浮液分为澄清液和浓浆,最终达到固液分离目的。在沉降过程中,不仅较粗粒级容易沉降,而且微细物料也可以通过凝聚或絮凝也能达到很好的沉降效果。
  目前硫酸法钛白粉生产中主要用到的重力沉降设备有,在去除酸解钛液中的不溶性杂质时一般都是先用沉降槽,这种设备处理量大,并且无运转设备,维护简单,缺点是占地面积大,劳动强度大;稠厚器:在回收废酸、废水或者洗涤水中的物料时,由于偏钛酸或者二氧化钛十分细小,经沉降后的溶液仍有少量的偏钛酸或者二氧化钛悬浮在溶液中,靠简单的沉降处理效率低下(如斜板沉降),为提高固体产品收率,现普遍采用发泡聚苯烯微球吸附过滤的稠厚设备,该设备在钛白粉生产中的主要目的是提高钛的回收率,目前越来越被生产厂家重视,因为该设备的正常运行兼具了环保和公司效益双重功效;在废水处理中还会用到浓密池和沉淀池等等。在利用这些设备时,一般都会为了提高效率,选用不同的絮凝剂加快沉降的速度,从而提高生产效率和效益。
  2硫酸法钛白粉生产中的过滤固液分离
  过滤固液分离是用多孔性介质(如滤布)截留固液悬浮物中的固体颗粒,实现固液分离。硫酸法钛白粉生产中主要用到了加压过滤和减压过滤。
  2.1加压过滤
  黑钛液的净化,前面说到在加入絮凝剂下的重力沉降,但这种方法无法完全去除钛液中的杂质颗粒,如果这些杂质颗粒不去除,将对后面工序产生影响,最终会影响产品的质量,所以在沉降后使用板框过滤去除杂质一般称为热过滤;还有在钛液的后续处理过程中,有可能带入新的杂质,所以在浓缩之前再进行一次过滤,这次过滤叫控制过滤。在国外黑钛液的净化有的只使用有机的絮凝剂和一次控制过滤,就能满足生产的要求;也有的在经过热过滤和控制过滤之后,在水解之前再进行一次过滤的报道,目前国内普遍使用的是两道过滤,即热过滤和控制过滤。
  水解料浆、碱溶物料浆、漂白料浆和包膜处理料浆的过滤与洗涤,是利用水合二氧化钛、正钛酸钠,二氧化钛的不溶性和杂质离子的可溶性,用水洗的方式将杂质离子除去,从而达到净化的目的,目前用的设备有真空摩尔过滤机(叶滤机),箱式隔膜压滤机,管式过滤机(还在试运行阶段),每种方法都有优缺点,而且仁者见仁智者见智。但对于洗涤来讲,其核心是能够达到最佳的洗涤效果和最低的水耗,因此,物料的稳定控制和滤布的选择是影响设备最终性能的决定因素。
  黑泥中钛液的回收、窑前偏钛酸脱水和红石膏脱水一般采用的有真空摩尔过滤机、真空转鼓过滤机、箱式隔膜压滤机,目前,黑泥中钛液的回收、窑前偏钛酸脱水普遍认同了使用箱式隔膜压滤机进行脱水,这种方式脱水率高,在黑泥中钛液回收率高,并且可以提高黑泥的固含量,为黑泥的综合利用创造条件。在窑前偏钛酸酸脱水中,降低含水量,从而提高转窑的生产能力,降低生产成本,据统计使用箱式隔膜压滤机脱水与用真空转鼓过滤机脱水相比,降低生产成本在100元/吨钛白粉。在红石膏脱水中,我公司开发出了使用高压压滤机使石膏含水率小于20%的设备,为该石膏用于水泥用石膏奠定了基础,而且成本比较低。
  2.2减压过滤
  七水硫酸亚铁的分离的设备有抽虑池、离心机、真空圆盘过滤机,目前行业中主要使用的是真空圆盘过滤机,为了提高钛的回收率和降低七水硫酸亚铁的游离水,目前采用了真空圆盘过滤机和离心机组合,即结晶好的钛液先经过真空圆盘过滤机过滤洗涤,再将亚铁经离心机回收钛液和脱水。亚铁的含量可以提高到90%,残钛可以降低到小于0.1%。为亚铁的综合利用及下游处理提供了良好的开端,以及对钛的回收率提高效果也很明显,一般可以提高钛的回收率0.8%。所以经济效益是非常明显的。
  水解料浆、碱溶物料浆、漂白料浆和包膜处理料浆的过滤与洗涤也可以使用减压过滤设备进行,一般都是采用真空摩尔过滤机(叶滤机),而且在国内使用的厂家比较多。在包膜处理料浆的过滤洗涤中,为了降低成本,一般都用的是箱式隔膜压滤机,因为下个工序是干燥,所以物料中的水含量越低越好。
  3离心固液分离
  离心固液分离是利用装置所提供的惯性离心力的作用来实现固液分离的过程。
  钛白粉生产过程中主要有前面提到的七水硫酸亚铁的离心分离和二氧化钛浆料分离用的水力旋流器。水力旋流器是一种连续作业的分级设备,利用离心力来加速颗粒的沉降速度。在钛白粉生产中,砂磨机、振动筛和水力旋流器构成钛白粉湿磨分级闭路流程。可以实现小于20微米的钛白粉进入包膜工序。
  4总结
  硫酸法钛白粉生产中钛液的净化,偏钛酸、正钛酸钠、包膜料浆的过滤和洗涤,窑前脱水和石膏脱水,以及钛液、偏钛酸、二氧化钛的回收等等,都运用到了固液分离技术,这个技术运用的好坏将直接影响钛白粉产品的质量、钛的回收率和钛白粉生产所产生的废副产品的综合利用,最终将影响公司的整体效益。所以我们一定要掌握钛白粉生产中的固液分离技术。

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