專(zhuān)利名稱(chēng)：：硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于稀硫酸濃縮除雜的方法，特別是涉及硫酸法鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法。
背景技術(shù)：
：硫酸法生產(chǎn)鈦白粉，無(wú)論采用鈦精礦作為原料，還是采用高鈦渣為原料均要產(chǎn)生大量的稀硫酸，一噸硫酸法鈦白粉要產(chǎn)生5.0-7.0噸含17一25%左右濃度的稀硫酸。2006年我國(guó)硫酸法鈦白粉產(chǎn)量達(dá)近90萬(wàn)噸，副產(chǎn)稀硫酸約550萬(wàn)噸。發(fā)明人曾在"一種稀硫酸濃縮除雜生產(chǎn)方法"中國(guó)專(zhuān)利ZL02113704.中，采用熱空氣換熱蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)方法，成功的解決了鈦白粉副產(chǎn)稀硫酸因濃縮換熱器結(jié)垢所導(dǎo)致的生產(chǎn)困難問(wèn)題，以及多次分離帶來(lái)的生產(chǎn)工藝冗長(zhǎng)繁雜等問(wèn)題，并經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行著工業(yè)化生產(chǎn)。該方法的不足之處在于能耗相對(duì)較高，因使用大量熱空氣與噴霧霧化稀硫酸進(jìn)行熱交換蒸發(fā)其中的水分，造成排除尾氣量大，大量的顯熱被尾氣帶走，不利于節(jié)能減排。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)"鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢硫酸、廢氣的回收方法"(公開(kāi)號(hào)CN1608716A)，同樣與中國(guó)專(zhuān)利"硫酸法生產(chǎn)二氧化鈦時(shí)伴生的稀廢酸的處理方法"(公開(kāi)號(hào)CN1042527A)—樣，生產(chǎn)設(shè)備多、投資大，工藝復(fù)雜冗長(zhǎng)、操作費(fèi)用高，多次分離、能耗高。-前者(公開(kāi)號(hào)CN1608716A)采用三段濃縮兩次固液分離方法回收鈦白粉稀硫酸一段采用轉(zhuǎn)窯尾氣將稀硫酸濃縮到30%濃度，然后固液分離從爐氣帶來(lái)的鈦白粉；二段用圓塊式石墨換熱器(也謂之塊孔石墨換熱器)采用蒸汽加熱進(jìn)行兩級(jí)三效蒸發(fā)濃縮，稀硫酸濃度由30%濃縮到45%再濃縮到65%，再經(jīng)結(jié)晶釜處理固液分離硫酸亞鐵等硫酸鹽雜質(zhì)；三段經(jīng)固液分離后的65%的稀硫酸再將其蒸發(fā)濃縮到80%。該方法的缺點(diǎn)有四..一是在一段濃縮中使用轉(zhuǎn)窯尾氣只注重了熱的利用而忽略了尾氣中鈦白粉的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；通常硫酸法鈦白粉的生產(chǎn)在進(jìn)轉(zhuǎn)窯燒成之前，經(jīng)過(guò)了一系列冗長(zhǎng)的工藝加工凈化獲得非常純潔的二氧化鈦(偏鈦酸);此時(shí)再用含所有原礦雜質(zhì)的廢酸進(jìn)行吸收換熱，重新將從轉(zhuǎn)窯尾氣帶出的鈦白粉混合物污染而降低了其經(jīng)濟(jì)價(jià)值；若返回較前工序加工回收由于大量的酸中低價(jià)鐵在尾氣與溫度的作用下氧化成高價(jià)鐵吸附在鈦白粉上很難再除去，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量；二是從轉(zhuǎn)窯尾氣中帶出的鈦白粉粉塵，包含金紅石型、銳態(tài)型和偏鈦酸(氫氧化鈦)三種形式的二氧化鈦，它們?cè)谒嶂械娜芙饽芰σ来螢槠佀?氫氧化鈦)、銳態(tài)型、金紅石型，也就是說(shuō)除去未水解完留在酸中硫酸氧鈦外，從轉(zhuǎn)窯尾氣帶出的粉塵中的部分偏鈦酸在高酸比條件下重新溶解回酸中，不僅造成酸的粘度增大，而給后序蒸發(fā)濃縮帶來(lái)更大的麻煩；三是在二段濃縮中采用的圓塊式石墨換熱器的這種結(jié)構(gòu)形式不利于含有結(jié)垢物質(zhì)和大量固相析出物的硫酸法鈦白粉稀硫酸的蒸發(fā)濃縮換熱；其主要缺點(diǎn)在于十字流形式的加熱酸和換熱蒸汽面結(jié)構(gòu)之間形成的較高的傳熱壁厚，造成熱的傳熱途徑較長(zhǎng)、熱轉(zhuǎn)換的熱阻大、熱損失大；也因自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度所限被加熱稀硫酸的流道開(kāi)孔相對(duì)較小、阻力大，造成硫酸通過(guò)熱交換暴時(shí)熱損較多和同等硫酸量通過(guò)時(shí)功率消耗較高；還有在這種鈦白粉稀硫酸易結(jié)垢和清理相對(duì)頻繁時(shí)維護(hù)費(fèi)用更高，機(jī)械清理時(shí)不得不采用專(zhuān)有工具人工一個(gè)孔一個(gè)孔的清理，即耗費(fèi)耗時(shí)；四是在三段濃縮中采用碳化硅蒸發(fā)器將經(jīng)冷卻、結(jié)晶、固液分離后的70%的濃縮酸進(jìn)一步加熱濃縮到80%，不僅設(shè)備投資大、工藝的降溫升溫能耗大，而且不必要的增加了工藝流程，使其操作更加復(fù)雜化。而后者(公開(kāi)號(hào)CN1042527A)采用兩段濃縮三次固液分離除去酸中的雜質(zhì)。第一段同樣采用鈦白粉煅燒窯尾氣將20-24%的稀硫酸預(yù)濃縮至26-29%，第一次固液分離在此析出的殘?jiān)賹⒎蛛x得到的濾液冷卻降溫以析出七水硫酸亞鐵，進(jìn)行二次固液分離，分離出固相物七水硫酸亞鐵，得到含30-35%的稀硫酸；然后，再將得到的含30-35%稀硫酸用真空蒸發(fā)濃縮方法進(jìn)行第二段濃縮至60-71%的硫酸濃度；最后，將酸中的繼沉淀物進(jìn)行第三次固液分離，得到70%左右的硫酸。該工藝同前述工藝一樣設(shè)備多、工藝流程長(zhǎng)；冷卻結(jié)晶析出七水硫酸鐵，表面看起來(lái)節(jié)能，經(jīng)過(guò)冷卻、分離、加熱兩段濃縮三次分離的冗長(zhǎng)流程，設(shè)備投資與直接蒸發(fā)濃縮能耗不是減少了而是大幅度的增加，工序多、操作費(fèi)用也多。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供既沒(méi)有三段蒸發(fā)濃縮兩次固液分離和兩段濃縮三次固液分離工藝造成的設(shè)備多、工藝流程長(zhǎng)、能耗高的問(wèn)題；也沒(méi)有為避免結(jié)垢采用熱空氣換熱帶來(lái)的低溫?zé)峥諝怙@熱損失的能耗相對(duì)較高的問(wèn)題；更沒(méi)有流程長(zhǎng)、多次固液分離所增加的設(shè)備多、投資大的問(wèn)題；從而以達(dá)到簡(jiǎn)化工藝、縮短流程、減少設(shè)備、降低投資、節(jié)能降耗、增加經(jīng)濟(jì)效益等目的的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，采用濃縮后的成品酸與稀硫酸混配后作為濃縮進(jìn)料酸，送入石墨列管換熱器構(gòu)成的蒸汽濃縮系統(tǒng)進(jìn)行多效蒸發(fā)濃縮；經(jīng)多效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)濃縮后的硫酸物料，部分返回混配酸槽作混配酸使用，余下的進(jìn)入串聯(lián)式的逆流冷卻熟化養(yǎng)晶槽；在逆流冷卻熟化養(yǎng)晶槽中，濃縮硫酸時(shí)析出的一水硫酸亞鐵結(jié)晶長(zhǎng)大，濃縮硫酸的溫度降低；經(jīng)過(guò)熟化養(yǎng)晶冷卻的硫酸物料，送入固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離；濾液即為得到的濃縮硫酸產(chǎn)品，可返回硫酸法鈦白生產(chǎn)用做硫酸原料，也可作其它用途；濾餅即為副產(chǎn)品主要含有一水硫酸亞鐵和少量的硫酸，可作為硫鐵礦制硫酸原料和其它用途。本發(fā)明的具體生產(chǎn)工藝是a、將硫酸法鈦白粉稀硫酸送入混配酸槽與稀酸濃縮裝置濃縮后的返回酸混配成2535%濃度的進(jìn)料酸；b、經(jīng)過(guò)混配后的進(jìn)料酸送入石墨列管換熱器構(gòu)成的蒸汽濃縮系統(tǒng)進(jìn)行多效蒸發(fā)濃縮；c、由蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)濃縮后的硫酸物料，部分返回前面的混配酸工序作為配酸進(jìn)料，其余部分進(jìn)入逆流冷卻熟化養(yǎng)晶器中進(jìn)行物料冷卻養(yǎng)曰曰曰？d、從冷卻熟化養(yǎng)晶器出來(lái)的物料，送入固液分離機(jī)中進(jìn)行固液分離；e、固液分離的液體，即為濃縮硫酸，送鈦白粉生產(chǎn)酸解系統(tǒng)用做原料硫酸使用；f、固液分離的固體，即為含少量硫酸的一水硫酸亞鐵，送硫鐵礦說(shuō)生產(chǎn)硫酸工廠用做生產(chǎn)硫酸的原料；上述的石墨列管換熱器的列管直徑為025—038;優(yōu)選O36—0)'8;上述的冷卻熟化養(yǎng)晶槽進(jìn)口溫度為105-—12(TC，優(yōu)選115—120。C;出口溫度為30—7(TC，優(yōu)選45—55'C;停留時(shí)間為2—6小時(shí)，優(yōu)選為3—4小時(shí)；上述的固液分離機(jī)為隔膜壓濾機(jī)或密壓機(jī)或管式壓濾機(jī)，濾餅用壓縮空氣吹干；上述的固液分離得到的濾餅用0.10.6MPa的壓縮空氣逐漸增加壓縮空氣量。本發(fā)明解的技術(shù)方案帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)由于采用蒸汽一段濃縮一次固液分離工藝回收鈦白粉稀硫酸，較之兩段濃縮三次固液分離或三段濃縮二次固液分離工藝大大地縮短了工藝流程、減少了設(shè)備投資、節(jié)約了生產(chǎn)費(fèi)用；沒(méi)有使用轉(zhuǎn)窯尾氣在一段濃縮工藝中造成的鈦白粉質(zhì)量問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)價(jià)值降低的問(wèn)題，也沒(méi)有空氣換熱工藝中大量低溫空氣帶走過(guò)多的顯熱問(wèn)題，更沒(méi)有多次分離固體帶來(lái)的濃縮物料多次降溫升溫的能量消耗問(wèn)題；由于采用濃縮返酸與進(jìn)料稀酸混配，提高了濃縮進(jìn)料酸的濃度，消除了廢硫酸中殘留的微量的易結(jié)垢物質(zhì)硫酸鈣鹽的過(guò)飽和度，降低了在換熱器壁上的結(jié)垢速率，加上使用大孔徑的石墨列管換熱器，濃縮物料流過(guò)阻力低、傳熱效率高、熱損失小，對(duì)管壁上形成的松散垢層易清理再生。因此，本發(fā)明不但可實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)周期的良好運(yùn)行，而且具有工藝流程簡(jiǎn)單、投資省、生產(chǎn)費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著等優(yōu)點(diǎn)、屬節(jié)能減排新工藝。圖l:為本發(fā)明工藝流程示意圖1、混配酸槽；2、多效濃縮蒸發(fā)器；3、多效石墨列管換熱器；4、真空室；5、冷卻熟化養(yǎng)晶槽；6、固液分離機(jī)；7、濃縮酸貯槽。具體實(shí)施例下面結(jié)合工藝流程圖并以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例l:、鈦白稀硫酸的組成如下液體密度1380(kg/cm3)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>每小時(shí)22.2噸23.5%鈦白稀硫酸與每小時(shí)4.3噸60%濃縮后的硫酸進(jìn)入酸混配槽1中，混配好的每小時(shí)26.5噸29.4%濃度的稀硫酸由硫酸泵送入多效石墨列管換熱器3和多效濃縮蒸發(fā)器2進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，物料經(jīng)多效蒸發(fā)濃縮后得到每小時(shí)13.0噸60%濃度的硫酸濃縮物料，其中4.3噸返回前面酸混配槽混酸，8.7噸進(jìn)入冷卻熟化養(yǎng)晶槽5中進(jìn)行降溫熟化養(yǎng)晶，進(jìn)口溫度為11(TC，出口溫度為5(TC，停留時(shí)間3小時(shí)。然后送到隔膜壓濾機(jī)壓濾，分離出6.2噸68%濃度硫酸，進(jìn)入濃縮酸貯槽7送回鈦白酸解工段，其余的分離出來(lái)的2.5噸渣送硫酸廠生產(chǎn)硫酸。實(shí)施例2:鈦白稀硫酸的組成如下稀硫酸密度1320(kg/cm3)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>每小時(shí)20.6噸22.26°/。鈦白粉稀硫酸與每小時(shí)6.0噸70%濃縮后的硫酸進(jìn)入酸混配槽1中，混配好的每小時(shí)26.6噸33.0%濃度的稀硫酸由硫酸泵送入多效石墨列管換熱器3和多效濃縮蒸發(fā)器2進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，物料經(jīng)濃縮后得到每小時(shí)12.6噸70%濃度的硫酸濃縮物料，其中6.0噸返回前面酸混配槽混酸，6.6噸進(jìn)入冷卻熟化養(yǎng)晶槽5中進(jìn)行降溫熟化養(yǎng)晶，進(jìn)口溫度為115t:，出口溫度為45。C，停留時(shí)間4小時(shí)。然后送到隔膜壓濾機(jī)壓濾，分離出3.9噸80.2%濃度硫酸，進(jìn)入濃縮酸貯槽7送回鈦白酸解工段，其余的分離出來(lái)的2.3噸渣送硫酸廠生產(chǎn)硫酸。實(shí)施例3:鈦白稀硫酸的組成如下稀硫酸密度1320(kg/cm3)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>每小時(shí)15.53噸22.26%鈦白粉稀硫酸與每小時(shí)3.0噸70%濃縮后的硫酸進(jìn)入酸混配槽1中，混配好的每小時(shí)18.53噸30.0%濃度的稀硫酸由硫酸泵送入多效石墨列管換熱器3和多效濃縮蒸發(fā)器2進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，物料經(jīng)濃縮后得到每小時(shí)8.96噸62%濃度的硫酸濃縮物料，進(jìn)入冷卻熟化養(yǎng)晶槽5中進(jìn)行降溫熟化養(yǎng)晶，進(jìn)口溫度為120°C，出口溫度為55°C，停留時(shí)間3小時(shí)。然后送到隔膜壓濾機(jī)壓濾其中分離出6.46噸70.2%濃度硫酸，3.0噸返回前面酸混配槽混酸，3.46噸送回鈦白酸解工段，其余的分離出來(lái)的2.5噸渣送硫酸廠生產(chǎn)硫酸。權(quán)利要求1、硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法，其特征在于它包括a、將硫酸法鈦白粉稀硫酸送入混配酸槽，與由稀硫酸濃縮裝置濃縮后的返回酸混配成25～35％濃度的進(jìn)料酸；b、經(jīng)過(guò)混配后的進(jìn)料酸送入石墨列管換熱器構(gòu)成的蒸汽濃縮系統(tǒng)進(jìn)行多效蒸發(fā)濃縮；c、由蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)濃縮后的硫酸物料，部分返回前面的混配酸工序作為配酸進(jìn)料；其余部分進(jìn)入逆流冷卻熟化養(yǎng)晶槽中進(jìn)行物料冷卻熟化養(yǎng)晶；d、從冷卻熟化養(yǎng)晶槽出來(lái)的物料，送入固液分離機(jī)中進(jìn)行固液分離；e、固液分離的液體，即為濃縮硫酸；分離的固體，即為含少量硫酸的一水硫酸亞鐵。2、按權(quán)利要求1所述的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法，其特征在于所述的濃縮后的返回酸可以是未經(jīng)固液分離后的濃縮硫酸或經(jīng)固液分離后的濃縮硫酸。3、按權(quán)利要求1所述的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法，其特征在于所述的蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的石墨列管換熱器的列管直徑為①25-①38。4、按權(quán)利要求1或3所述的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法，其特征在于所述的蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的石墨列管換熱器的列管直徑為①36-①38。5、按權(quán)利要求1所述的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法，其特征在于所述的冷卻熟化養(yǎng)晶槽物料進(jìn)口溫度105-120°C，出口溫度30—7(TC;停留時(shí)間2-6小時(shí)。6、按權(quán)利要求1或5所述的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法，其特征在于所述的冷卻熟化養(yǎng)晶槽物料進(jìn)口溫度115-120°C，出口溫度45—55°C;停留時(shí)間3-4小時(shí)。7、按權(quán)利要求1所述的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法，其特征在于所述的固液分離機(jī)為隔膜壓濾機(jī)、密壓機(jī)、管式壓濾機(jī)；濾餅用壓縮空氣吹干。8、按權(quán)利要求1或7所述的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法，其特征在于所述的濾餅用0.1—0.6MPa的壓縮空氣吹餅，吹餅時(shí)分階段逐步增加壓縮空氣量。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過(guò)程中稀硫酸的濃縮除雜方法，它包括先將稀硫酸送入混配酸槽，待該稀硫酸濃縮成濃硫酸后，部分返回混配酸槽，混配成25-35％濃度的進(jìn)料酸，送入蒸汽濃縮系統(tǒng)進(jìn)行多效蒸發(fā)濃縮，濃縮后的硫酸物料，部分返回混配酸槽，余下的部分進(jìn)入串聯(lián)式的逆流冷卻熟化養(yǎng)晶槽，在逆流冷卻熟化養(yǎng)晶槽中，經(jīng)過(guò)熟化養(yǎng)晶冷卻的硫酸物料，送入固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離，濾液即為濃硫酸產(chǎn)品。因此，本發(fā)明不但可實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)周期的良好運(yùn)行，而且具有工藝流程簡(jiǎn)單、投資省、生產(chǎn)費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著等特點(diǎn)，屬節(jié)能減排新方法。文檔編號(hào)C01B17/00GK101214931SQ20081004514公開(kāi)日2008年7月9日申請(qǐng)日期2008年1月9日優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日發(fā)明者江秀英,龔家竹申請(qǐng)人:龔家竹