硫酸法鈦白分的生產(chǎn)--*結(jié)晶與結(jié)晶體分離

我司喜迎中國(guó)臺(tái)灣客戶到我司做無(wú)機(jī)鹽分離實(shí)驗(yàn)

迎接中國(guó)臺(tái)灣客戶到我司考察和做無(wú)機(jī)鹽分離試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)過程有序進(jìn)行，試驗(yàn)效果按客戶需求來(lái)完成分離。
在中國(guó)臺(tái)灣客戶到來(lái)前，我司已經(jīng)做好了所有的接待準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)過程中所需要的機(jī)器，一切準(zhǔn)備就緒，人員的安排也到位。
實(shí)驗(yàn)的過程中，一切安排流程來(lái)走，有條不紊的進(jìn)行著，過程中，我司人員與中國(guó)臺(tái)灣客戶不斷地交流工藝上的一些問題，同時(shí)中國(guó)臺(tái)灣客戶也向我司提出相關(guān)的設(shè)備問題和實(shí)驗(yàn)過程機(jī)器操作的問題，我司人員都一一耐心為客戶做解答。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，客戶對(duì)于此次實(shí)驗(yàn)過程很滿意，實(shí)驗(yàn)的效果完達(dá)到他們需求的效果，雙方洽談的過程都很愉快，中國(guó)臺(tái)灣客戶表露出很大的購(gòu)買意向。臥螺離心機(jī)技術(shù)咨詢

一、*溶解度與溫度的關(guān)系
*的溶解度隨著溫度的下降而下降很大（見表1）。

表1  不同溫度時(shí)*在鈦液中的溶解度

二、*的結(jié)晶析出
鈦鐵礦分與硫酸酸解后，經(jīng)浸取所得到的鈦液，其含鐵量是比較高的，但此時(shí)鈦液的溫度較高，因此*的溶解度也比較大，其實(shí)際溶解的量尚未達(dá)到其溶解度，這種溶液是不飽和的。如果鈦液的溫度下降，則*的溶解度也下降，當(dāng)溶解度下降至與實(shí)際溶解量相等時(shí)，溶液就變成飽和溶液。如果繼續(xù)降低溫度，溶解度也繼續(xù)下降，其溶解度便小于*的實(shí)際溶解量，此時(shí)就成了過飽和溶液。過飽和溶液是不穩(wěn)定的，只要有微量的固體或器皿表面粗糙，都會(huì)形成結(jié)晶中心，*所超過飽和的那一部分就結(jié)晶析出。
三、鐵鈦比及其控制
鈦液中總鐵含量和總Ti0₂含量之比稱為鐵鈦比。其公式如下：

鐵鈦比的高低，對(duì)水解產(chǎn)物的偏鈦酸的顆粒大小和結(jié)構(gòu)有一定的影響。因此在鈦白分生產(chǎn)中，特別是在涂料鈦白分生產(chǎn)時(shí)，鐵鈦比必須控制在一定的范圍內(nèi)。
四、除去*的原因
從鈦鐵礦經(jīng)過酸解，再經(jīng)過加水浸取和用鐵屑或鐵分還原，所得到的鈦液中，含有大量的*。將鈦液進(jìn)行冷凍結(jié)晶的目的主要是使*成為晶體析出，然后通過過濾，使大部分*從鈦液中分離出去。鈦液除去*的目的主要是以下幾方面。
①有利于后期水解以后所得到偏鈦酸的水洗。鈦液中含鐵量減少了，就能縮短偏鈦酸的水洗時(shí)間，從而提高水洗效率和提高產(chǎn)量。
②可以調(diào)整鐵鈦比，使*與Ti0₂的比例符合水解工藝的要求。
③除去*，可以同時(shí)帶走大量的結(jié)晶水，使鈦液的總鈦濃度提高，由120--140g/L,提高到150-180g/L，從而可減輕后期濃縮的負(fù)擔(dān)。
④回收的*是一種化工原料，可以使物質(zhì)得到充分利用，將其賣出去，所得的收人可以沖減主產(chǎn)品的成本。
⑤酸解后浸取和還原所得鈦液的*濃度較高，在存放和輸送時(shí)，稍為冷卻，即會(huì)有*結(jié)晶析出，這樣會(huì)影響貯槽的利用或堵塞泵體和管道。因此要及時(shí)除去*，使以后的存放和輸液不會(huì)造成麻煩。
五、*的性質(zhì)及其加熱變白、久存變黃的原因
從水溶液或稀硫酸溶液中結(jié)晶出來(lái)的*，是一種淺綠色的具有一定形狀的晶體，每1mol*含有7mol結(jié)晶水，分子式為FeSO₄·7H₂O,通常稱為綠礬。它的晶型屬單斜晶系，熔點(diǎn)64℃，相對(duì)密度為1. 899；在90℃會(huì)失去1mol結(jié)晶水，成為六水物FeS0₄·6H₂O;在300℃再脫去5mol結(jié)晶水，成為一水物FeS0₄·H₂O;在300℃以上逐步失去zui后1mol結(jié)晶水；在700℃以上*脫掉結(jié)晶水，并分解成二氧化硫、三氧化硫和氧化鐵紅。一水物和無(wú)水物的*均為白色分末，與水接觸又重新變?yōu)榫G色物。將其暴露于空氣時(shí)，其表層在游離酸的作用下，被空氣中的氧氣氧化為硫酸高鐵或堿式硫酸鐵。由于酸性很弱，硫酸高鐵易水解生成棕色的氫氧化亞鐵。其氧化水解反應(yīng)式如下：

六、結(jié)晶的方法、蒸發(fā)結(jié)晶的原理及其適應(yīng)范圍
結(jié)晶可分為蒸發(fā)結(jié)晶、冷凍結(jié)晶和真空結(jié)晶等三種。蒸發(fā)結(jié)晶是通過加熱使溶液中的溶劑不斷蒸發(fā)，使溶液不斷濃縮zui后達(dá)到過飽和而析出晶體。這種方法適用于某些在不同溫度時(shí)溶解度變化很小的鹽類如食鹽，不適用于綠礬的結(jié)晶。后兩種方法才適用于綠礬結(jié)晶。
七、冷凍結(jié)晶的原理及方法
冷凍結(jié)晶的原理是通過熱交換，使溶液降低溫度，zui后達(dá)到過飽和而析出晶體。常用的方法有自然冷卻結(jié)晶和機(jī)械冷凍結(jié)晶。
1.自然冷卻結(jié)晶
這種結(jié)晶的方法比較原始和簡(jiǎn)單，就是將鈦液存放，利用鈦液溫度與室溫間的溫差，由其自然冷卻，使*結(jié)晶出來(lái)。由于降溫慢，又是靜止結(jié)晶，因而得到的是大塊的晶體。
自然冷卻結(jié)晶的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般可用陶瓷缸、塑料槽等，同時(shí)不需要消耗能源。缺點(diǎn)是需要大量冷卻設(shè)備，占地面積大；冷卻zui終溫度由氣溫而定，不能調(diào)節(jié)，結(jié)晶過程慢，夏季氣溫高，結(jié)晶更慢，得到的晶體更少；鐵鈦比值難以控制；晶體回收率低；操作強(qiáng)度大，不適宜工業(yè)化生產(chǎn)使用。
2.機(jī)械冷凍結(jié)晶
機(jī)械冷凍結(jié)晶是利用低溫冷凍液，通過熱交換器（冷凍盤管）與鈦液進(jìn)行熱交換，使鈦液迅速冷卻。因此冷凍槽內(nèi)安裝有盤管和轉(zhuǎn)速為50-70r/min的攪拌器。具體操作如下：先向冷凍結(jié)晶槽注入鈦液，為了節(jié)約能源，應(yīng)盡量使液面將盤管全部淹沒，開動(dòng)攪拌器，向盤管送人由氨壓縮機(jī)（冷凍機(jī)）制冷得到的氯化鈣或氯化鈉的低溫冷凍鹽水，常壓水解法可用自來(lái)水。開始時(shí)的鹽水溫度不宜過低，以免在盤管外迅速結(jié)晶出一層厚晶體硬殼，影響熱交換。然后隨著鈦液溫度的下降，逐步將鹽水溫度降低，直至達(dá)到所需冷凍的終了溫度。用加壓法生產(chǎn)顏料鈦白分時(shí)，要求Fe含量與Ti02含量比為0.20-0.25，則其冷凍終了溫度要控制在4-5℃；用常壓法水解要求鐵鈦比為0.28-0.33，以及生產(chǎn)搪瓷或電焊條用鈦白分，對(duì)鐵鈦比無(wú)嚴(yán)格要求，其冷凍終了溫度都可以控制在10一15℃。
此法的優(yōu)點(diǎn)是解決了自然冷卻結(jié)晶法的各種缺點(diǎn)。但是其缺點(diǎn)是設(shè)備較復(fù)雜，要消耗能源。國(guó)內(nèi)規(guī)模較小的鈦白分廠大部分采用這種結(jié)晶方法。
為了節(jié)約能源，一些廠家對(duì)冷凍結(jié)晶進(jìn)行了下列改進(jìn)。
①在冷凍盤管內(nèi)先通自來(lái)水，冷凍至一定溫度后，改用低溫冷凍鹽水。
②在冷凍結(jié)晶槽內(nèi)安裝雙排冷凍盤管，分別通自來(lái)水及冷凍鹽水，先通自來(lái)水，后通冷凍鹽水。
③讓鈦液經(jīng)過三級(jí)階梯式冷凍結(jié)晶槽，分三階冷凍。*槽位置zui高，用自來(lái)水冷卻，再流人第二槽，用已經(jīng)冷凍好并已濾去綠礬的冷鈦液，zui后流人用冷凍鹽水冷凍的第三槽。
八、真空結(jié)晶的操作及其優(yōu)缺點(diǎn)
在規(guī)模較大的鈦白分生產(chǎn)過程中，常采用真空結(jié)晶法除去*。該法是將澄清后的鈦液泵人底部帶有攪拌且具有良好密封性能的結(jié)晶罐內(nèi)，鈦液容積在35-45m³之間。用水環(huán)式真空泵對(duì)結(jié)晶罐內(nèi)抽真空，導(dǎo)致鈦液溫度下降。待鈦液開始出現(xiàn)固體晶核時(shí)（即溫度為36-37℃），再開啟蒸汽噴射器，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)結(jié)晶罐內(nèi)抽真空，同時(shí)加大冷卻水流量，將二次蒸汽和噴射蒸汽冷卻為冷凝水，不凝氣體由真空泵排出。*結(jié)晶階段，只開水環(huán)泵，一般需40-60min，第二結(jié)晶階段，加開噴射器，一般需2h即可達(dá)到所要求的結(jié)晶溫度（15-20℃）。然后慢慢關(guān)閉蒸汽噴射器，將水環(huán)泵閥門調(diào)至放空位置，使結(jié)晶罐內(nèi)恢復(fù)常壓狀態(tài)。將懸浮液從結(jié)晶罐底部閥門排出，經(jīng)離心機(jī)分離，除去七水*。其中用于噴射器的蒸汽壓力Ｐ_汽≥0.7MPa,噴射器的蒸汽流量一般為1. 5-1.8噸／h，循環(huán)冷卻水流量為60-250m³／h。
真空結(jié)晶的過程與機(jī)械冷凍結(jié)晶的過程是相同的，都是使鈦液冷凍至*達(dá)到過飽和而析出結(jié)晶體。但是真空結(jié)晶沒有熱交換過程，鈦液的熱量是由一小部分溶液的蒸發(fā)吸熱而得以除去。這是因?yàn)樵跍p壓（真空）下，鈦液的沸點(diǎn)下降而形成局部沸騰，使溶劑蒸發(fā)，由于氣化潛熱，需要吸收大量的熱，使鈦液迅速冷凍而結(jié)晶析出綠礬晶體。
與機(jī)械冷凍結(jié)晶相比，真空結(jié)晶具有下列優(yōu)點(diǎn)：
①蒸發(fā)與冷卻同時(shí)進(jìn)行，結(jié)晶效率高；
②設(shè)備選材簡(jiǎn)單，維修少，壽命長(zhǎng)；
③附屬設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大；
④溶液絕熱蒸發(fā)冷卻，不需要熱交換所需要的傳熱面積，設(shè)備投資費(fèi)用低；
⑤綜合能耗低，生產(chǎn)費(fèi)用低；
⑥設(shè)備占地面積小，總體平均造價(jià)低；
⑦結(jié)晶后鈦液濃度高，結(jié)晶終了溫度高，可減輕后面濃縮的工作量。
缺點(diǎn)：
①操作控制較復(fù)雜；
②耗用蒸汽和冷卻水多；
③所得的綠礬晶體粒徑較小，在選用離心機(jī)分離時(shí)，要考慮到這一因素。
九、用氯化鈣或氯化鈉作冷凍介質(zhì)的原因
冷凍介質(zhì)的作用，是將冷凍機(jī)制得的“冷”，不斷地傳遞到結(jié)晶槽內(nèi)的鈦液中。由于水在0℃時(shí)即結(jié)成冰，不能再循環(huán)，而氯化鈣和氯化鈉的溶液冰點(diǎn)較低。其應(yīng)用濃度應(yīng)由需要的鹽水的溫度而定，要求鹽水的溫度越低，則鹽水越濃。例如要求鹽水的zui低溫度為-10℃，則氯化鈣溶液的濃度應(yīng)不低于14. 7％；如用氯化鈉，則其濃度應(yīng)不低于14％。
十、*晶體的分離及分離后的沖洗
*晶體是通過過濾與鈦液分離的。由于*晶體的空隙間尚帶有一些殘留的鈦液，如不沖洗回收，使鈦液損失影響回收率，同時(shí)降低了*的質(zhì)量，因此應(yīng)該用水沖洗加以回收。
*晶體本身能溶于水，因此在用水沖洗時(shí)，不可避免地會(huì)造成部分晶體的重新溶解。為了盡量減少這種重新溶解又要將晶體盡量沖洗干凈，可以把沖洗分兩次進(jìn)行，*次沖洗就用上批晶體第二次沖洗過的水，其洗液可在不影響鈦液指標(biāo)的情況下，并人過濾的鈦液內(nèi)，或用于酸解固相物的浸??；第二次沖洗用自來(lái)水，其洗液保留于下批晶體的*次沖洗之用，所用自來(lái)水用冰水，以減少晶體的重新溶解。
十一、真空吸濾槽的構(gòu)造及其吸濾操作
真空吸濾槽為長(zhǎng)方形槽，槽身和槽底用硬聚氯乙烯板制成，并用角鋼在外邊加固。底呈臥底圓筒形，槽內(nèi)中部有一層假底，假底為多孔塑料板，板上鋪以濾布，一般為耐酸的毛氈或滌綸絨布。濾布上再鋪一層多孔的稍薄的壓層塑料板。操作時(shí)，在槽的下半部抽真空，漿料放在上半部，鈦液透過濾布流入下部，而*晶體則留在濾布上面。待吸濾的鈦液抽吸干以后，用高壓水槍將上批第二次沖洗綠礬的水進(jìn)行沖洗，吸濾干以后再用自來(lái)水沖洗。再次吸濾，干了以后，即用人工將槽內(nèi)的*晶體清除出來(lái)。這種過濾方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于制造，易于操作，投資不大，比較實(shí)用。但其勞動(dòng)強(qiáng)度較大。目前規(guī)模較小的鈦白分廠大都采用這種過濾方法。
十二、離心機(jī)的構(gòu)造及其過濾原理
離心機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力，使固液分離的一種過濾機(jī)。
含有綠礬晶體的鈦液，在全速下加人轉(zhuǎn)鼓。鼓內(nèi)覆以耐酸濾布袋，當(dāng)加料量達(dá)到裝料限度后，立即停止加料。在轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，料液在離心力的作用下，鈦液通過濾布，排出轉(zhuǎn)鼓，形成濾液，經(jīng)下部出口處流出。綠礬晶體則留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，待甩干后，用少量水沖洗，再甩干后即可停機(jī)，用人工從上部卸料。
這種離心機(jī)過濾速度快，生產(chǎn)效率高，但仍需人工卸料，仍有一定的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于綠礬晶體顆粒較大，也可以采用臥式自動(dòng)卸料離心機(jī)過濾，采用程序控制，自動(dòng)進(jìn)料、沖洗、甩干和卸料，可大大地減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。
某廠引進(jìn)轉(zhuǎn)筒2050mm*1000mm臥式離心機(jī)，單臺(tái)處理能力可滿足1萬(wàn)噸／年鈦白分的生產(chǎn)要求。另外某廠引進(jìn)圓盤過濾機(jī)分離綠礬。
十三、冷凍結(jié)晶工序的質(zhì)量指標(biāo)控制
①鹽水溫度高溫冷凍鹽水10-20℃，低溫冷凍鹽水＜-10℃。
②冷凍鈦液溫度加壓水解法顏料級(jí)4-5℃，保持20min;常壓水解法顏料級(jí)和非顏料級(jí)10-15℃保持至達(dá)標(biāo)為止。
③*含量FeS0₄·7H₂0含量≥90％；殘鈦含量≤0. 2％。
④冷凍后鈦液的質(zhì)量指標(biāo)見表2。

表2  冷凍后鈦液的質(zhì)量指標(biāo)