萬噸硫酸法鈦白黑段設(shè)計(jì)方案

1、2 萬噸 /年硫酸法鈦白黑段設(shè)計(jì) 摘要 針對(duì)攀枝花鈦精礦原料的特性，本設(shè)計(jì)采用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉工藝，設(shè)計(jì) 規(guī)模為年產(chǎn)量 2 萬噸。生產(chǎn)過程包括原礦粉碎、酸解、沉降、泥漿壓濾、結(jié) 晶、圓盤過濾、控制過濾、濃縮以及三廢處理等工序并對(duì)這些工序工藝進(jìn)行了 設(shè)計(jì)，提出了各工序的工藝流程圖。在設(shè)計(jì)中，以每天產(chǎn)能為依據(jù)，對(duì)酸解、 沉降、結(jié)晶、濃縮等工序進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，為設(shè)備選型提供了依據(jù)。 在設(shè)備選型階段，對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行了計(jì)算和選型。通過物料衡算、熱量衡 算及設(shè)備選型和車間布置說明，最后得出了設(shè)計(jì)說明書、設(shè)備定型一覽表和帶 控制點(diǎn)的流程圖。 關(guān)鍵詞：鈦白粉，硫酸法，黑段工程設(shè)計(jì) ABSTRACT I

2、n view of the characteristics of limonite raw materials in Pan Zhihua, this paper designs with titanium white sulfuric acid production process and the scale of annual production is 20,000 tons. The production process includes undressed ore smashing, acidolysis, subsidence, filter pressing, crystalli

3、zation, disc filtration controlled filter, concentration,andthe process of waste treatment.The paper designs on these process - es and illustrates the flow chart of these process. Based on the daily production,the paper designs on acidolysis, subsidence,crystallization and concentration processes wi

4、th material balance and energy balance. Therefore, it provides the basis for the equipment selection. In the equipment shaping stage, it designs on major installation for computation andshaping. Base on the explanation of material weight, thermal weight, equipmentshaping and workshop arrangement, fi

5、nally it obtained the design in structi on, equip -ment list and flow chart with con troll ing point. Keywordstitanium dioxide, Sulfuric acid method, Process design of black section 1 / 432 / 43 目錄 摘要 . .1 ABSTRACT . n 1 緒論 4 1.1 概述 4 1.1.1 課題背景 4 1.1.2 設(shè)計(jì)的目的、意義 4 1.1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、水平、發(fā)展趨勢(shì) 5 1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)原則

6、 7 1.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 7 1.2.2 設(shè)計(jì)原則 8 1.3 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料 8 1.4 設(shè)計(jì)范圍 8 2 工程分析 9 2.1 建設(shè)工程簡(jiǎn)況 10 2.1.1 建設(shè)工程名稱、性質(zhì)和地點(diǎn) 10 2.1.2 建設(shè)規(guī)模、內(nèi)容 10 3 兩萬噸 /年鈦白粉生產(chǎn)黑段工藝設(shè)計(jì) 11 3.1 黑段工藝流程圖 11 3.2 酸解工段工藝設(shè)計(jì) 12 3.2.1 原礦粉碎單元 12 3.2.3 酸解單元 13 3.2.3沉降 /泥漿壓濾單元 15 3.3 結(jié)晶工段工藝設(shè)計(jì) 17 3.3 結(jié)晶工段工藝設(shè)計(jì) 17 1.1 結(jié)晶單元 17 1.2 圓盤過濾單元 19 1.3 控制過濾單元 20 1.4 濃縮單元 2

7、1 1) 物料及熱量衡算 23 1. 酸解工段物料及熱量衡算 23 1. 酸解物料衡算 23 1. 沉降及泥漿處理工序物料衡算 25 1. 酸解熱量衡算 26 1. 酸解物料平衡圖 27 1. 熱量平衡圖 27 4.2.結(jié)晶工段物料及熱量衡算 28 7.2.2 結(jié)晶工序物料衡算 28 7.2.3 圓盤過濾工序物料衡算 28 7.2.4 控制過濾工序物料衡算 293 / 43 7.2.5 濃縮工序物料衡算 29 7.2.6 結(jié)晶工序熱量衡算 30 7.2.7 濃縮工序熱量衡算 31 7.2.8 結(jié)晶工段物料平衡圖 32 7.2.9 結(jié)晶工段熱量平衡圖 32 2) 設(shè)備選型 33 2. 主要設(shè)備選

8、型原則 33 2. 主要設(shè)備選型計(jì)算 33 5.2.1鈦精礦的干燥粉碎和輸送工序主要設(shè)備的選型與計(jì)算 5.2.2酸解 -泥漿處理工序主要設(shè)備選型與計(jì)算 33 5.2.3 結(jié)晶工段主要設(shè)備選型與計(jì)算 35 2. 主要設(shè)備定性一覽表 37 3) 車間布置說明 38 6.1 酸解工段車間布置說明 38 1 鈦精礦的干燥粉碎及輸送單元設(shè)備布置說明 38 6.1.2酸解 -泥漿處理單元設(shè)備布置說明 38 6.2 結(jié)晶工段車間布置說明 39 4) 環(huán)境污染與治理 40 4. 污染物產(chǎn)生及排放 40 4. 黑段設(shè)計(jì)中采用的環(huán)保措施和綜合利用論述 40 7.2.1 廢氣治理措施 40 7 廢水治理措施 40

9、8 廢渣治理措施 41 9 噪聲治理措施 41 10 廢酸的綜合利用 41 參考文獻(xiàn) 42 致謝 4333 4 / 43 1 緒論 概述 1.1.1 課題背景 基于攀枝花市 “十一五 ”釩鈦產(chǎn)業(yè)規(guī)劃綱要，提出 攀枝花要根據(jù)世界釩 鈦技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨向，立足于釩鈦資源優(yōu)勢(shì)、研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó) 家產(chǎn)業(yè)政策，進(jìn)一步確立釩鈦產(chǎn)業(yè)為重要支柱產(chǎn)業(yè)和今后經(jīng)濟(jì)建設(shè)重點(diǎn)，通過 開發(fā)、應(yīng)用和引進(jìn)國(guó)內(nèi)外釩鈦領(lǐng)域的先進(jìn)科技成果 1；通過做大做強(qiáng)、積極參 與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)來不斷促進(jìn)釩鈦龍頭企業(yè)的升級(jí)；通過擴(kuò)大開放和加強(qiáng)國(guó)際合作， 培育多種所有制形式的企業(yè)群體，使攀枝花釩鈦經(jīng)濟(jì)總量達(dá)到更大規(guī)模。結(jié)合 攀枝花發(fā)展釩鈦產(chǎn)業(yè)

10、得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及較強(qiáng)的研究開發(fā)能力 和雄厚的釩鈦產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，大力推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè)，提高釩鈦產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新 能力，不斷增強(qiáng)釩鈦科技綜合實(shí)力、創(chuàng)新能力和成果轉(zhuǎn)化能力，為釩鈦產(chǎn)業(yè)發(fā) 展提供有力的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)釩鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新跨越 2。 1.1.2 設(shè)計(jì)的目的、意義 鈦白粉具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)，良好的光學(xué)、電性性質(zhì)以及優(yōu)異的顏 料性能，鈦白粉行業(yè)在整個(gè)化工領(lǐng)域里占舉足輕重的地位， 它作為一種大宗的 化工原料因此其用途十分廣泛，涂料、塑料、造紙、化纖、油墨、橡膠、電子 工業(yè)、化妝品、電焊條、搪瓷 5。陶瓷和冶金等都要用到鈦白粉。特別是顏料 鈦白粉，因其有其他白色顏料無可比擬的多種優(yōu)異

11、性能，以至于其面世后，很 快就取代了傳統(tǒng)的鉛白、鋅白、鋅鋇等白色顏料，成為白色顏料之王。由于白 色和淺色最好的遮蓋顏料和銷色顏料，因此被廣泛地應(yīng)用于需要著色或淺色的 涂料、紙張、塑料、油墨、橡膠等領(lǐng)域。 隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類科技的進(jìn)步，人們對(duì)鈦白粉的認(rèn)識(shí)越來越深， 鈦白粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V，所以鈦白粉有著極其寬廣的發(fā)展和應(yīng)用前景。 因此鈦白粉的生產(chǎn)備受各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重視，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展緊密相關(guān)， 經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，必然給鈦白粉工業(yè)帶來廣闊的發(fā)展空間 3。 研究鈦白粉的生產(chǎn)，并改進(jìn)技術(shù)方面的問題，是現(xiàn)今階段的比較首要的課 題，本課題是研究鈦白粉黑段設(shè)計(jì)，采用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉，主要工藝是從

12、原 礦經(jīng)過酸解、沉降、結(jié)晶、過濾、濃縮等一系列工藝過程，這在整個(gè)鈦白粉生 產(chǎn)中是比較重要的工序。 本設(shè)計(jì)的課題研究的是年產(chǎn)兩萬噸鈦白粉的生產(chǎn)，現(xiàn)今國(guó)內(nèi)鈦白粉廠都是 比較小的生產(chǎn)能力，一般都是幾千噸的設(shè)計(jì)能力，能達(dá)到上萬噸的能力的都比 較少，本課題設(shè)計(jì)的目的就是為了研究設(shè)計(jì)能力大的鈦白粉生產(chǎn)，這對(duì)于整個(gè) 鈦白粉市場(chǎng)來說都是具有重大的意思，有助于推動(dòng)國(guó)內(nèi)鈦白粉工業(yè)進(jìn)步，也進(jìn) 一步利用攀枝花特有的鈦資源，生產(chǎn)具有質(zhì)量和功能的新型鈦白粉。 1.1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、水平、發(fā)展趨勢(shì) 鑒于鈦白粉的用途廣泛，其生產(chǎn)和發(fā)展已受到世界各國(guó)的重視。近年來，高檔 鈦白粉受到青睞，而且產(chǎn)品逐漸向功能化和系列化方向發(fā)展，

13、尤其是超細(xì) TiO2 的開發(fā)，進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。目前市場(chǎng)銷售旺盛，具有廣闊的市場(chǎng)前 景。當(dāng)前世界5 / 43 鈦白粉工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)為： 全球形成超大規(guī)模企業(yè)的兼并收購(gòu)浪潮。 在工藝技術(shù)方面。由于氯化法技術(shù)先進(jìn)，對(duì)環(huán)境友好，故其技術(shù)發(fā)展趨 勢(shì)將是硫酸法向氯化法轉(zhuǎn)移。 產(chǎn)品銷售價(jià)格仍存有上漲。 國(guó)外鈦白粉金紅石型占 80%以上，進(jìn)入中國(guó)的大約 80%為金紅石型，其中氯 化法產(chǎn)品占 75%以上，我國(guó)鈦白粉進(jìn)口數(shù)量中，每年都占我國(guó)鈦白粉總銷量的 40%以上，幾乎壟斷了我國(guó)高檔和專用鈦白粉市場(chǎng) 。該法生產(chǎn)的鈦白粉質(zhì)量 好，白度好、遮蓋力高、易分散、耐候性良好等特性，通用性也強(qiáng)。 氯化法鈦白粉生產(chǎn)比

14、硫酸法生產(chǎn)具有生產(chǎn)流程短、工序少、占地面積小、采 用連續(xù)式之自動(dòng)化干法生產(chǎn)、生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、生產(chǎn)能力大、產(chǎn) 品質(zhì)量高、生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟(jì)效益好、閉路生產(chǎn)、氯氣循環(huán)使用、派出廢料 少、三廢污染少等諸多優(yōu)勢(shì)，以至于國(guó)外氯化法鈦白生產(chǎn)發(fā)展迅速。 國(guó)外鈦白粉廠設(shè)有應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，重視應(yīng)用技術(shù)研究，有針對(duì)性的開發(fā)適 銷對(duì)路的產(chǎn)品，國(guó)外提鈦白粉廠有的自己的后處理車間，有的還有自己的后處 理廠，建立后處理廠的作用是增強(qiáng)鈦白粉生產(chǎn)線的靈活性， 可以根據(jù)市場(chǎng)需要 將二氧化鈦初品處理成個(gè)性化的成品，以滿足不同用戶的需求 1。 國(guó)外鈦白粉廠的生產(chǎn)規(guī)模都比較大，都能形成規(guī)模效益。國(guó)外大企業(yè)鈦白 粉的特點(diǎn)：生

15、產(chǎn)高度集中；工廠規(guī)模大，生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟(jì)效益好。各大公司 都形成了從原料到成品的應(yīng)用完整體系，這樣有利于工藝改進(jìn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量 和推廣新產(chǎn)品；各大公司很重視技術(shù)改進(jìn)，各自擁有科研和實(shí)驗(yàn)室，從事工 藝、設(shè)備、和新產(chǎn)品的研制；各廠家高度壟斷和嚴(yán)密封鎖技術(shù)，只出售技術(shù)， 從未公開技術(shù)，在報(bào)刊資料中也無完整技術(shù)介紹；開發(fā)以云母包覆鈦系珠光顏 料、鈦白水漿和納 M 鈦白粉；高度分散性、高耐久性、高光澤、低成本是各大 公司追求的永恒目標(biāo)。 國(guó)外開發(fā)的鈦白粉新品種的特點(diǎn)是光散射能力、光澤、白度、分散性、耐久 性等性能的高度統(tǒng)一。要求具有低吸油量、優(yōu)異的分散性、高的光學(xué)性能和適 當(dāng)?shù)哪途眯浴＝窈笕蚨趸佋?/p>

16、質(zhì)量和品種上的發(fā)展趨勢(shì)，可概括為一下五 個(gè)方面： （1） 光亮度更高 雜質(zhì)含量更低）； （2） 底色更藍(lán) 粒徑要更小些）； （3） 粒度分布更狹窄； （4） 光澤度更高； （5） 耐候性更好； 鈦白粉的主要應(yīng)用領(lǐng)域是涂料、塑料和造紙行業(yè)，其次是油墨和化纖行業(yè)。 但這些領(lǐng)6 / 43 域所需要的多是金紅石型和有特殊要求的銳鈦型鈦白粉， 在此基礎(chǔ)上 雖然全行業(yè)生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大，產(chǎn)量持續(xù)增加，但這種擴(kuò)張主要是量的擴(kuò)張， 缺少質(zhì)的提高。行業(yè)整體素質(zhì)不高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，技術(shù)裝備落后，大量中 小型鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品以低端為主，高端產(chǎn)品至今仍主要依賴進(jìn)口 8 。面對(duì) 這一局面，全行業(yè)必須有清醒的認(rèn)識(shí)，積極

17、跟進(jìn)世界先進(jìn)生產(chǎn)工藝，緊扣市場(chǎng) 脈搏，各生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合行動(dòng)做大做強(qiáng)整個(gè)行業(yè)的實(shí)力。并確定適合中國(guó)鈦白粉 行業(yè)發(fā)展環(huán)境的全行業(yè)戰(zhàn)略，才能與境外強(qiáng)敵相抗衡，求得生存和發(fā)展的空 間。 我國(guó)鈦白粉廠點(diǎn)多，規(guī)模小，生產(chǎn)能力低，且鈦白粉生產(chǎn)技術(shù)落后，產(chǎn)品 質(zhì)量差，檔次低， 滿足不了國(guó)內(nèi)用戶對(duì)高檔鈦白粉的要求， 再次是生產(chǎn)廠家分 布區(qū)域廣， 布局分散，生產(chǎn)集約性差，管理水平低，還有資源浪費(fèi)大，環(huán)境污 染嚴(yán)重，原材料和能耗高，生產(chǎn)成本高，經(jīng)濟(jì)效益低，資金實(shí)力有限。這些都 是我國(guó)鈦白粉工業(yè)的致命弱點(diǎn)，因此也就缺乏具有參與全方位市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的實(shí) 力。 近年來，我國(guó)鈦白粉工業(yè)增長(zhǎng)速度驚人，僅次于美國(guó)成為全球第二大鈦白 粉

18、生產(chǎn)國(guó)，業(yè)內(nèi)專家指出，我國(guó)鈦白粉應(yīng)當(dāng)抓住當(dāng)前產(chǎn)銷兩旺的好時(shí)機(jī)做大 做強(qiáng)，但前提是必須解決行業(yè)內(nèi)存的一些問題。 我國(guó)從 1954 年開始鈦白粉研究，至今只有 50 年歷史，這期間通過業(yè)內(nèi)大 力研究與開發(fā)，鈦白粉的生產(chǎn)，無論在生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)方法、生 產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量，還是在應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和環(huán)境污染的治理方面都有了突 飛猛進(jìn)的發(fā)展。 在生產(chǎn)技術(shù)上，我國(guó)主要以硫酸法生產(chǎn)為主；大部分鈦白生產(chǎn)廠家在工藝 技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備、自動(dòng)控制、 “三廢 ”治理等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有相 當(dāng)?shù)牟罹?；在生產(chǎn)規(guī)模上，我國(guó)鈦白粉生產(chǎn)裝置規(guī)模偏小，點(diǎn)多分散，造成 了能耗和生產(chǎn)成本較高，也導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；在原料方

19、面，國(guó)內(nèi)基本上 使用的是鈦精礦；在產(chǎn)品質(zhì)量上，國(guó)內(nèi)硫酸法鈦白粉以銳鈦型產(chǎn)品為主，大 部分未經(jīng)過表面處理，專用產(chǎn)品極少 6。7 / 43 今年來，近年來中國(guó)鈦白粉產(chǎn)量平均每年增長(zhǎng) 30 %以上，但是在國(guó)際市 場(chǎng)上還沒有競(jìng)爭(zhēng)力，也不能滿足國(guó)內(nèi)需求，進(jìn)口鈦白粉占我國(guó)鈦白粉產(chǎn)量的 50%左右。其主要原因是產(chǎn)品質(zhì)量檔次低、企業(yè)規(guī)模小、工藝設(shè)備落后、技 術(shù)開發(fā)能力薄弱、沒有成規(guī)模的原材料基地 9 。此外，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不規(guī)范，環(huán) 境保護(hù)問題比較嚴(yán)峻。 但是國(guó)內(nèi)鈦白粉行業(yè)內(nèi)低水平、低技術(shù)含量產(chǎn)品比重過大，小規(guī)模企業(yè)過 多，導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)產(chǎn)能的擴(kuò)張沒有得到有效的市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。這已成為我國(guó)鈦白粉工業(yè) 發(fā)展的嚴(yán)峻問題。為此，首先

20、有增加品種，提高質(zhì)量檔次，其次還要關(guān)注并開 發(fā)新的鈦白粉生產(chǎn)方法 16。 我國(guó)鈦白粉工業(yè)經(jīng)歷 40 年的發(fā)展，如今整體規(guī)模和生產(chǎn)水平都有了相當(dāng)?shù)?基礎(chǔ)。鈦白粉行業(yè)存在的問題是多方面的， 但是核心問題是企業(yè)缺乏具有競(jìng)爭(zhēng) 力的規(guī)模和科技水平 11。因此，新時(shí)期鈦白粉行業(yè)應(yīng)向這兩個(gè)主方向發(fā)展。 我國(guó)鈦白粉生產(chǎn)已迅速向規(guī)?；l(fā)展，今后在通過聯(lián)合、收購(gòu)、兼并等 整合重組方式將其演變成大型化集團(tuán)，這樣，原材料、裝備、生產(chǎn)、品種、品 質(zhì)和開發(fā)新品種等整體生產(chǎn)便得到進(jìn)一步提高，便具有參與全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的可 能?？傊?，我國(guó)鈦白粉行業(yè)前途還是光明的 10。 1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)原則 1.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 1）攀

21、枝花學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書。 2）各資料文獻(xiàn)上查得的基本資料和數(shù)據(jù)。 3）相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 20。 大氣污染物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 GB8978-1996工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo) 準(zhǔn)。 水體污染物排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 GB8978-96污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) 工業(yè)噪聲執(zhí)行GB12348-90工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn) 輸送流體用無縫鋼管 GB/T8163-1999 工業(yè)企業(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 GB50235-1997 工業(yè)金屬管道工程質(zhì)量檢驗(yàn)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) GB50184-1993 化工優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼 可鍛鑄鐵件 化工管道設(shè)計(jì)規(guī)范 玻璃鋼管和管件 化工用硬聚氯乙烯

22、 PVC-U ） 管材 化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸系列 GB699-88 GB700-88 GB1591-88 GB9440-88 HG20695-1987 HG/T21633-1991 GB/T4219-1996 HG20553-93VU) 8 / 43 金屬管道工程及驗(yàn)收規(guī)范 GB20225-1995 不銹鋼無縫鋼管 GB/T14976-1994 襯塑鋼管和管件 襯 PVC 或聚乙烯） HG20538-1992 碳鋼緊襯聚烯烴 vPO/CS）防腐蝕系列 Q/WSF01-1996 過程檢測(cè)和控制流程圖例符號(hào)和文字代號(hào) GB2625-81 自動(dòng)化儀表選型規(guī)定 HG20507-92 供配電系統(tǒng)

23、設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50052-95 1.2.2 設(shè)計(jì)原則 1 ）積極貫徹執(zhí)行國(guó)家基本建設(shè)的方針政策 , 嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家和工程所在省、 市頒布的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)定，使設(shè)計(jì)做到切合實(shí)際，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理， 安全適用； 2）重視優(yōu)化設(shè)計(jì)方案工作，提高設(shè)計(jì)水平和降低工程投資額； 3）治理工藝要落實(shí)可靠，排出物必須符合國(guó)家及地方的 “三廢 ”排放標(biāo)準(zhǔn)， 并盡可能做到綜合利用； 4）節(jié)能與降耗并重，做好工藝余熱的回收和水的重復(fù)利用，提高水的循環(huán) 利用率。 1.3 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料 氣象條件 1 ）氣溫 年平均氣溫 22.2 C；極端最高溫度 398C ;極端最低溫度 23C。 2）氣壓 年平均氣壓 868kPa；年

24、最高氣壓 89.58kPa；年最低氣壓 86.59kPa 3）濕度 年平均相對(duì)濕度 60.0 %；年最小相對(duì)濕度 6.0 %。 4）日照 年日照時(shí)數(shù) 2512 小時(shí)；日照百分率 57%；全年晴天日數(shù) 108 天； 1.4 設(shè)計(jì)范圍 根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)計(jì) 2 萬噸 /年硫酸法鈦白粉裝置、輔助生產(chǎn)裝置和公用工程 基礎(chǔ)。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括： 酸解工段9 / 43 1)酸解工序設(shè)計(jì) 2)酸解物料衡算和熱量衡算 3)風(fēng)掃磨系統(tǒng)、酸解鍋及酸解尾氣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 結(jié)晶工段 結(jié)晶工段工序設(shè)計(jì) 結(jié)晶工段物料衡算、熱量衡算 連續(xù)沉降池、結(jié)晶器、真空?qǐng)A盤過濾機(jī)以及薄膜濃縮蒸發(fā)器的設(shè)計(jì) 10 / 43 2 工程分析 2.1

25、建設(shè)工程簡(jiǎn)況 2.1.1 建設(shè)工程名稱、性質(zhì)和地點(diǎn) 工程名稱：2 萬噸/年硫酸法鈦白工程 工程性質(zhì)：新建 工程地點(diǎn)：攀枝花市安寧工業(yè)園區(qū) 2.1.2 建設(shè)規(guī)模、內(nèi)容 產(chǎn)品方案：工程建設(shè)規(guī)模為 2 萬 t/a 硫酸法金紅石型顏料鈦白 原材料的主要技術(shù)規(guī)格 47.0 34.27 5.85 6.12 3.0 1.34 0.75 0.65 化學(xué)成份 S Cu P V 2O5 Ni Co Cr As 含量% 0.19 0.0052 0.0049 0.095 0.0087 0.0013 0.005 0.0077 2）濃硫酸 1 硫酸 H 2SO4) 含量 98.0 2 灰份 0.03 3 鐵含量 0.00

26、01 5 鉛Pb）含量 0.01 6 透明度 50mm 7 色度 2.0mL 建設(shè)內(nèi)容：新建年產(chǎn) 2 萬 t/a 鈦白粉黑段裝置及配套公用工程、輔助設(shè)施11 / 43 3 兩萬噸/年鈦白粉生產(chǎn)黑段工藝設(shè)計(jì) 3.1 黑段工藝流程圖 廢氣經(jīng)處理后排放 配酸、浸取 磨粉 濃硫酸、水 * 沉降劑J 沉降 泥漿壓濾 真空結(jié)晶 泥漿打漿 圖 1 ：黑段工藝流程圖 12 / 43 3.2 酸解工段工藝設(shè)計(jì) 321 原礦粉碎工序 1）工藝目的 經(jīng)過精選的鈦精礦，粒度不規(guī)范且比較粗，為了與硫酸反應(yīng)能順利進(jìn)行并 反應(yīng)完全，提高酸解率，在使用前必須先把它磨細(xì)，以增加反應(yīng)接觸面。粒度 越細(xì)反應(yīng)速度越快，反應(yīng)越完全。

27、; 要求鈦鐵礦中鈦成份酸溶性要好，即鈦鐵礦中金紅石含量要低。一般要求 金紅石含量要低于 3%; 要求鈦鐵礦中的亞鐵與高鐵含量符合 TiO2% + FeO% + FezOs% 94%高 鐵含量應(yīng)低于 13%; 必須控制鈦鐵礦中危害性雜質(zhì)的含量，如 Cr、Co、AI2O3、SiO2的含量及 膠體性質(zhì)對(duì)酸解產(chǎn)物的質(zhì)量和鈦液中殘?jiān)某两敌Ч袠O大影響。 礦粉粒度要求 要求細(xì)，一般來說，與酸解反應(yīng)所用的硫酸濃度和酸解反應(yīng)器的大小有 關(guān)，硫酸濃度低，則礦粉應(yīng)該細(xì)一些，否則反應(yīng)便不夠完全；酸解反應(yīng)器大， 相對(duì)來說礦粉可粗一些。 120m3以上的大型酸解鍋生產(chǎn)工藝要求細(xì)度為 325 目，篩余 1525%。 粒

28、度分布應(yīng)該窄而均勻，使酸解反應(yīng)在每一顆粒上差不多同時(shí)開始反應(yīng) 和同時(shí)完畢。如果粗細(xì)懸殊，則粗顆粒來不及完全反應(yīng)而總反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，會(huì) 增加未反應(yīng)殘?jiān)?xì)顆粒則過早反應(yīng)完畢，就會(huì)降低鈦液的穩(wěn)定性，并增加 發(fā)生早期水解的可能性。 3）粉碎設(shè)備 粉碎設(shè)備一般采用雷蒙磨和風(fēng)掃磨，本流程粉碎設(shè)備采用風(fēng)掃磨，它屬于 一種臥式球磨機(jī)。有一橫臥圓筒，筒中放置研磨介質(zhì)，通常都是球形的，故稱 球磨機(jī)。球的直徑大小不等。研磨時(shí)加入礦粉，開動(dòng)磨機(jī)使圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)，球與球 之間的摩擦使其間的礦粉被研細(xì)，粉碎后的物料由空氣流攜出到分級(jí)機(jī)進(jìn)行分 級(jí)，達(dá)到工藝要求粒徑的細(xì)礦粉被送入酸解工序，粗顆粒返回磨機(jī)，繼續(xù)粉碎 1 。 4）本

29、工藝流程簡(jiǎn)述 原料鈦鐵礦粉由皮帶輸送機(jī)送入磨前貯斗，經(jīng)星型給料器后由圓盤給料機(jī)13 / 43 加入風(fēng)掃磨中進(jìn)行粉碎。磨細(xì)礦粉從風(fēng)掃磨里被空氣流帶入粗粉分離器，在此 處將粗粒從磨細(xì)的礦粉中分離出來，并返回到風(fēng)掃磨再研磨。符合要求細(xì)度的 礦粉靠空氣流送入旋風(fēng)分離器并進(jìn)行分離，含塵氣體由風(fēng)機(jī)抽吸，抽出的含塵 氣體經(jīng)脈沖除塵器分離后，礦粉由螺旋送入成品料倉(cāng)儲(chǔ)備而氣體則分成三個(gè)支 流： 一部份去磨頭做補(bǔ)充風(fēng)量。 一部分去磨尾做輸送礦粉的動(dòng)力；另一部分由 風(fēng)機(jī)排入大氣。 鈦精礦 皮運(yùn)機(jī) 圖 2:原礦粉碎工序工藝流程圖 323 酸解工序 1）工藝目的 酸解工藝目的是鈦精礦在 93%的濃硫酸作用下進(jìn)行酸解生產(chǎn)

30、硫酸氧鈦和硫 酸鈦，然后用廢酸和小度水浸取得到酸解鈦液，在鐵粉的作用下把三價(jià)鐵還原成二 價(jià)鐵 2 + 3H2O 千卡 3 +3H2O+33.8 千卡 3 + Fe FeSO 3+ FeSQ+ H2O2 + H2O iOSO4 + H2SO4V6) 上述反應(yīng)是能夠發(fā)生且可進(jìn)行得比較完全。但化學(xué)反應(yīng)是只有活化分子才 能參加反應(yīng)，要達(dá)到鈦鐵礦的活化能，就必須使其分子活化。由于硫酸稀釋時(shí) 釋放出大量的熱能，所以就先利用硫酸的稀釋熱來引發(fā)反應(yīng)，然后再利用其自 身反應(yīng)所放出的反應(yīng)熱來完成鈦鐵礦的分解反應(yīng)17。 3)本工藝流程簡(jiǎn)述 來自硫酸計(jì)量槽中一定數(shù)量的硫酸，與來自稱量槽中經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量的鈦鐵礦 粉在預(yù)混合

31、槽內(nèi)通過機(jī)械攪拌，混合均勻后放入酸解反應(yīng)罐中，據(jù)工藝情況可 采用以下兩種方法啟動(dòng)酸解反應(yīng)： 工藝水啟動(dòng)：在酸解罐中加入來自水計(jì)量槽經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量的一定數(shù)量的 水，酸被稀釋放出的熱量使混合物的溫度升高，到一定溫度時(shí)開始發(fā)生酸解反 應(yīng)。 20%左右廢酸啟動(dòng)：在酸解反應(yīng)罐中加入廢酸計(jì)量槽中經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量的一定 數(shù)量的廢酸，此時(shí)酸稀釋放出的熱量足以發(fā)生酸解反應(yīng)。 上述兩種情況下均可發(fā)生酸解反應(yīng)，反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體經(jīng)酸解噴淋煙囪排 入大氣，所用噴淋水經(jīng)循環(huán)水池用泵送入噴淋煙囪，噴淋后的水回流至循環(huán)水 池。其循環(huán)水池的水達(dá)到一定酸度后送入廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，補(bǔ)充水由水 站供應(yīng)或工藝廢水進(jìn)行補(bǔ)充。經(jīng) 15 分鐘左右

32、的酸解反應(yīng)后，產(chǎn)物進(jìn)行 1.52 小 時(shí)的熟化，然后加一定量的水進(jìn)行浸取操作，加水時(shí)間為 2 小時(shí)。在加水 1 小 時(shí)后，使用鐵粉進(jìn)行三價(jià)鈦鐵離子還原， 2 小時(shí)內(nèi)加水至要求的料位，補(bǔ)充鐵 屑由吊籃經(jīng)電動(dòng)葫蘆浸入溶液中，爾后進(jìn)行 68 小時(shí)的還原反應(yīng)。還原期間， 調(diào)節(jié)壓縮空氣量控制料液溫度不得超過 70 T，還原結(jié)束后取樣送化驗(yàn)室，制備15 / 43 好的鈦液送入后工序沉降槽 16 / 43 圖 3：酸解工序工藝流程圖 3.2.3 沉降/泥漿壓濾工序 1）工藝目的 沉降是借助于重力作用，除去鈦液中不溶性雜質(zhì)和膠體顆粒，將鈦液初步 凈化，通過沉降除去雜質(zhì)，可提高副產(chǎn)品硫酸亞鐵的質(zhì)量并加快它的過濾

33、速 度，同時(shí)膠體顆粒如不除去， 在以后的水解時(shí)便成為一種無一定組成和數(shù)量的 晶核， 會(huì)影響水解過程、水解產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)、水洗的難易程度及最終產(chǎn)品 質(zhì)量。 2）基本原理 沉降是利用重力作用使體系中的懸浮固體顆粒沉降下來。為了加速沉降過 濾，同時(shí)加入帶相反電荷或大量極性基團(tuán)的溶膠與固體顆粒、膠體等產(chǎn)生共沉 淀，以除去鈦液中不溶性雜質(zhì)和膠體雜質(zhì)。沉降的一般方法按操作分類，沉降 的方法可分為間歇法和連續(xù)法兩類。 間歇法是將鈦液在壓縮空氣的攪拌下，加入一定量的沉降劑，待其分散均 勻后，將鈦液靜置，使固相物自然沉降，經(jīng)過一定時(shí)間后測(cè)定澄清效果，達(dá)到 工藝要求后，根據(jù)不同的工藝路線，或吸取上層清液到廂式壓

34、濾機(jī)進(jìn)行熱過濾 后再送至后工序，或吸取上層清液直接送往結(jié)晶工序；殘?jiān)鼊t進(jìn)行洗滌處理回 收。 連續(xù)法是將配制好的沉降劑與鈦液，按一定比例的流量送入混合罐內(nèi)混 勻，然后按連續(xù)沉降器生產(chǎn)能力所要求的流量，連續(xù)不斷地注入沉降器，在 0.10.2 轉(zhuǎn)/分的機(jī)械攪拌下，沉降絮團(tuán)在重力、向心力的作用下濃集于沉降器底 部，定時(shí)或連續(xù)排放回 礦粉來自礦粉料倉(cāng) 工藝水 20%酸 17 / 43 收處理，上層清液則在液壓差作用下從溢流口連續(xù)流 出，送下一工序。 間歇法工藝適應(yīng)性強(qiáng)，但占地面積大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)能力低；連續(xù)法 生產(chǎn)能力大，但受沉降效果制約。本工藝中既可以使用連續(xù)沉降法也可以使用 間歇沉降法進(jìn)行沉降。

35、 3）工藝描述 浸取、還原后的鈦液從酸解反應(yīng)罐中送至沉降槽中，其間加入定量的絮凝 劑。在澄清過程中，硅、未酸解的鈦鐵礦及膠體沉降至沉降池底部。根據(jù)沉降 效果，澄清后的上層清鈦液或直接送往結(jié)晶工序，或由鈦液泵先打入壓濾機(jī)進(jìn) 行熱過濾，再濾液用清鈦液泵打入結(jié)晶崗位的供料槽中，而將濾渣送入泥漿槽 中。沉降槽中沉降下來的泥漿，由泥漿泵間歇地打入泥漿槽，再由泥漿泵打入 廂式壓濾機(jī)中過濾，濾液送回沉降槽繼續(xù)沉降，濾餅進(jìn)入濾渣場(chǎng) 18。 18 / 43 工藝水 圖四：沉降/泥漿壓濾工序工藝流程圖 3.3 結(jié)晶工段工藝設(shè)計(jì) 331 結(jié)晶工序 1）工藝目的 經(jīng)過沉降及熱過濾除去了絕大多數(shù)不溶性殘?jiān)蟮拟佉褐腥院?/p>

36、有大量可溶 性的硫酸鹽一一硫酸亞鐵，通過結(jié)晶使其以 FeSO4 7H20 俗稱綠磯）的形式從 溶液中析出來，有以下幾個(gè)目的： 有利于偏鈦酸的水洗。 調(diào)節(jié)鈦液的鐵鈦比。所謂鐵鈦比是指鈦液中的總鐵含量與總鈦含量之 比，即鐵鈦比=Fe/TiO2。鐵鈦比的高低對(duì)水解產(chǎn)物偏鈦酸的粒徑大小和結(jié)構(gòu)有 一定的影響，所以工業(yè)生產(chǎn)中就通過控制結(jié)晶時(shí)析出的硫酸亞鐵的數(shù)量將鈦液 的鐵鈦比控制在 0.260.32 的范圍內(nèi)。 c 提高鈦液的總鈦濃度。 有利于生產(chǎn)過程。由于酸解浸取液的硫酸亞鐵濃度一般較高，其在存放 或輸送過程中稍經(jīng)冷卻就會(huì)有硫酸亞鐵的晶體析出而影響工藝生產(chǎn)如導(dǎo)致管道 及泵的堵塞等。因此，通過結(jié)晶除去部分

37、硫酸亞鐵是十分必要的。 2）結(jié)晶原理 結(jié)晶方法分兩種，即冷凍結(jié)晶和真空結(jié)晶。本工藝采用真空結(jié)晶方法進(jìn)行結(jié) 晶真空。結(jié)晶是鈦液在真空狀態(tài)下由于沸點(diǎn)降低而沸騰，部分溶劑被蒸發(fā)，鈦 液濃度提高；由于汽化時(shí)從鈦液中吸收了大量的熱能，致使鈦液溫度迅速降 低，其中可溶性的硫酸亞鐵達(dá)到過飽和從溶液中結(jié)晶析出的過程。整個(gè)結(jié)晶系 統(tǒng)由真空結(jié)晶器、蒸汽噴射泵、冷凝器和真空泵組成。 該法雖然操作控制比較復(fù)雜，耗能 蒸汽和冷卻水）也較大，但與冷凍結(jié)晶 法相比，仍具有以下優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)晶器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大； 蒸發(fā)與冷卻同時(shí)進(jìn)行，冷凍、結(jié)晶效率高； c 無需熱交換所需的傳熱面積，硫酸亞鐵結(jié)壁現(xiàn)象較少； d.結(jié)晶后鈦液濃度

38、，可減輕后續(xù)濃縮工序的負(fù)擔(dān)；1 I 廂式壓濾機(jī) 泥漿去污水處理 - 設(shè)備選材簡(jiǎn)單，維修工作少，使用壽命長(zhǎng)?？梢杂锰孪鹉z、搪環(huán)氧樹 脂、搪玻璃鋼等設(shè)備； 附屬設(shè)備簡(jiǎn)單； 設(shè)備投資費(fèi)用低，按同樣的生產(chǎn)能力計(jì)算，投資費(fèi)用約為機(jī)械結(jié)晶能夠 的 60%; 生產(chǎn)費(fèi)用低，生產(chǎn)費(fèi)用約為機(jī)械結(jié)晶的 60%； 結(jié)晶后鈦液濃度高，由于真空結(jié)晶時(shí)水分的蒸發(fā)量可達(dá)投料量的 5-10%， 因此兼有濃縮作用，可以減輕后面濃縮工序的負(fù)荷； 結(jié)晶終了溫度高。由于鈦液在結(jié)晶時(shí)被濃縮，因此如果要保持同樣的鐵鈦 比，它的終了溫度可以比機(jī)械冷凍時(shí)的高。 3）本工藝流程簡(jiǎn)述 經(jīng)廂式壓濾機(jī)過濾后的熱鈦液被泵入結(jié)晶進(jìn)料槽，靠液位差和系統(tǒng)真空

39、進(jìn) 入真空結(jié)晶器內(nèi)，在真空狀態(tài)下沸騰蒸發(fā)并不斷冷卻，致使硫酸亞鐵達(dá)到過飽 和而以FeSO4 7H20俗稱綠磯）結(jié)晶形式從鈦液中析出17。當(dāng)結(jié)晶料漿達(dá)到工 藝要求的溫度 一般在 1418C ）時(shí)，將其放入結(jié)晶料漿貯槽，并通過料漿泵輸 往下工序。蒸發(fā)過程中形成的二次蒸汽由一級(jí)蒸汽噴射泵引入一級(jí)氣壓式冷凝 器，在此與循環(huán)上水換熱后被冷凝下來，冷凝水經(jīng)液封槽去循環(huán)水站；未被冷 凝下來的水蒸汽以及不凝性氣體被二級(jí)蒸汽噴射泵引入二級(jí)氣壓式冷凝器，與 循環(huán)上水混合冷凝后，冷凝水經(jīng)液封槽去循環(huán)水站，不凝性氣體則由水環(huán)式真 空泵抽出排空。 循環(huán)上水 20 / 43 圖 5:結(jié)晶工序工藝流程圖 332 圓盤過濾工

40、序 1）工藝目的 目的：采用一定的工藝和設(shè)備把結(jié)晶料漿里的鈦液與硫酸亞鐵結(jié)晶分離。 采用真空分離法進(jìn)行分離. 2）工藝說明 真空分離是利用真空泵產(chǎn)生的真空，分離液態(tài)非均相混合物的一種方法。 根據(jù)所采用分離設(shè)備的不同，真空分離又分為真空吸濾和真空?qǐng)A盤過濾。真空 吸濾器又稱亞鐵抽濾池或亞鐵分離池，一般呈長(zhǎng)方形，分上下兩層，上層敞口 常壓，下層為負(fù)壓，中間用格柵分開并鋪以濾布。待分離的物料從上部加入， 下層抽真空，濾液通過濾布流入下室，硫酸亞鐵晶體保留在上部。該設(shè)備選材 廣、制造方便、投資省、維修量少、間歇操作人工卸料，但設(shè)備占地面積大、 勞動(dòng)強(qiáng)度高、真空能耗大、物料和真空分布不均、耗用洗滌水多。

41、為了提高收率，須對(duì)綠磯進(jìn)行沖洗。為了盡量減少亞鐵的重新溶解，又要 將綠磯晶體間的殘留的鈦液沖洗干凈，可以把沖洗分兩次進(jìn)行，第一次沖洗就 用上批晶體第二次沖洗用過的水，其洗液可在不影響鈦液指標(biāo)的情況下并入過 濾的鈦液內(nèi)，或用于酸解固體之浸取用；第二次沖洗用自來水，其洗液保留作 下批晶體第一次沖洗之用。所以自來水最好用低溫的水 10。 真空?qǐng)A盤轉(zhuǎn)臺(tái)過濾機(jī)是一種連續(xù)真空過濾設(shè)備，圓盤上分為四個(gè)區(qū)：過濾 區(qū)、洗滌區(qū)、疏松區(qū)和卸料區(qū)。在圓形過濾盤下，分為若干個(gè)真空濾室，可以 邊過濾、邊洗滌、邊抽干、邊卸料。濾布再生方便，洗滌水用量較少。但設(shè)備 占地面積大、水平安裝精度要求高、各真空室中的分配頭連接復(fù)雜、

42、材質(zhì)要求 高。 本工藝流程簡(jiǎn)述 結(jié)晶料漿由泵送到轉(zhuǎn)臺(tái)過濾機(jī)的過濾區(qū)，在真空抽吸下，濾液經(jīng)氣液分離 器進(jìn)行分離后通過液封管流入濾液貯槽。濾液由濾液泵送至控制過濾工序。截 留在濾布上的 FeSQ7H2O 晶體依次經(jīng)過一洗、二洗并用壓空吹疏松后，由卸 料螺旋刮入卸料斗，至綠磯庫(kù)。一洗濾液經(jīng)氣液分離后，濾液作為小度水泵送 至酸解工序作浸取液。二洗濾液經(jīng)氣液分離后，泵回真空轉(zhuǎn)臺(tái)過濾機(jī)作一洗洗21 / 43 水。二洗洗水則用的是較干凈的工藝水。經(jīng)氣液分離器的不凝性氣體則由水環(huán) 式真空泵抽出排空。 結(jié)晶料漿 圖 6:圓盤過濾工序工藝流程圖 333 控制過濾工序 。鈦液控制過 濾的目的，就是除去這些雜質(zhì)，使鈦

43、液進(jìn)一步凈化，保證水解鈦液的質(zhì)量。 2）工藝描述 將助濾劑與少許濾液在助濾劑制備槽中配制成漿后，用泵循環(huán)打入廂式壓 濾機(jī)，在濾布上形成一層均勻的助濾層。當(dāng)循環(huán)液變清時(shí)，停止循環(huán)，再把待 過濾的鈦液泵入廂式壓濾機(jī)進(jìn)行循環(huán)過濾，一旦濾液的澄清度符合工藝要求， 就停止循環(huán)而進(jìn)行連續(xù)過濾17。濾出的精鈦液流入精鈦液貯槽，精鈦液再由泵 送至濃縮工序。截留在濾布上的濾餅先用工藝水進(jìn)行洗滌，洗水送去真空轉(zhuǎn)臺(tái) 過濾機(jī)的一洗液貯槽；洗滌后的濾餅用壓縮空氣吹干后從廂式壓濾機(jī)上卸下， 并用小車運(yùn)去渣場(chǎng)。 圖 7:控制過濾工序工藝流程圖 3.3.4 濃縮工序 1）工藝目的 鈦液濃度直接影響水解速率的快慢，而水解速度又

44、與水解產(chǎn)物的粒徑分布 密切相關(guān)，因此鈦液濃度的高低將最終影響產(chǎn)品的顏料性能。為此需將精鈦液 進(jìn)行濃縮以將鈦液的濃度控制在一定的范圍內(nèi)，以使鈦液在水解時(shí)可獲得一定 粒徑及粒徑分布的偏鈦酸粒子。對(duì)于不同的水解工藝，鈦液濃度不同。采用外 加晶種水解工藝時(shí)，鈦液的濃度一般控制在 200g/L 左右，而采用自生晶種法水23 / 43 解工藝時(shí)，則一般要求控制在 230260g/L。 濃縮工藝描述 從精濾工序精鈦液貯槽來的精鈦液經(jīng)預(yù)熱器并與二次蒸汽換熱后進(jìn)入高位 槽，按一定的流速進(jìn)入薄膜蒸發(fā)器后進(jìn)行鈦液的濃縮，濃縮達(dá)到工藝要求濃度 時(shí)鈦液經(jīng)液封槽流入濃鈦液貯槽。合格濃鈦液送到水解工序鈦液預(yù)熱槽備用， 不合

45、格鈦液回到鈦液貯槽。從薄膜蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的二次蒸汽，經(jīng)預(yù)熱器用鈦 液間接冷凝，含鈦冷凝液去結(jié)晶工序再利用，未被冷凝的蒸汽和不凝性氣體在 混合冷凝器中用水噴淋冷凝后，冷凝液送入液封槽，不凝性氣體被水環(huán)真空泵 抽出排空。 蒸汽 24 / 43 旋風(fēng)分離器 4 物料及熱量衡算 4.1 酸解工段物料及熱量衡算 4.1.1 酸解物料衡算 計(jì)算依據(jù)：因本設(shè)計(jì)為年產(chǎn) 2 萬噸，年工作日定為 330 天 攀枝花鈦精礦的化學(xué)組分如下： 化學(xué)成份 TiO2 FeO Fe2O3 MgO SiO2 Al 2O3 CaO MnO 含量% 47.0 34.27 5.85 6.12 3.0 1.34 0.75 0.65 化

46、學(xué)成份 S Cu P V 2O5 Ni Co Cr As 含量% 0.19 0.0052 0.0049 0.095 0.0087 0.0013 0.005 0.0077 由攀枝花天倫化工提供的各工序收率數(shù)據(jù) ，原礦粉碎收率為 99.5 %，酸解-沉 降-泥漿處理收率為 95.6%，扳框壓濾為 99.5%，真空結(jié)晶-圓盤過濾收率為 98.5% , 濃縮收率為 99.5%，水解收率為 95.5%，水洗-漂白-漂洗收率 97.5%，鹽處理-煅 燒收率 98.2%，成品粉碎收率 99%，可計(jì)算得到總收率為 84%。 年產(chǎn) 2 萬噸鈦白粉年投礦量=2000047%吒 4% =50658.56t 每天投礦

47、量=51894.14-330=153.11t/天 按酸礦比為 1.58,則每天所需 93%硫酸質(zhì)量：153.11 158 -3% =260.80t/天 酸解工序所需硫酸、水以及鐵粉加量及酸解鈦液組成 （1 93%酸和廢酸體積 V1 V1=酸礦比 礦量）/（濃硫酸濃度漱硫酸比重 查密度表得 93%的硫酸密度為 1.8227, 酸解總投礦 153.11t/天，密度 1.7858，濃硫酸的濃度為 93%,密度 1.8227,廢酸濃度為 20% 220g/L）,反應(yīng)濃度為 84.5%，密度 1.7858。 V濃酸+V廢酸=（酸礦比 投礦量/反應(yīng)酸濃度X反應(yīng)酸密度） 循環(huán)水 去水解 圖 8:濃縮工序工藝

48、流程圖 25 / 43 則加入的總酸量為=1.58） X84.5%X1.7858） =160.314 m3/天 所需的 93% 酸 V 濃酸=.58 .22-160.3139） 93%弋.22 .8227-1） =140.088 m3/天 廢酸加量 V廢酸=總酸量-V濃酸=160.3139-140.0876=20.226 mi/天 2）引發(fā)水體積 V2 加水引發(fā)主反應(yīng)所需的水的體積設(shè)為 V2=礦量）/反應(yīng)酸濃度- 礦量）/濃硫酸濃度 反應(yīng)酸濃度按工藝控制定為 84.5% 代入數(shù)據(jù)得 V2=.58/84.5% - （153.11 18/93% =26.17m3/天 3）礦粉體積 V礦粉 查得礦粉

49、與濃硫酸混合后密度為：2.2 g/cm3 V 混合=153.11+260.80）吃.2 =188.14m3/天 /總鈦濃度-V混合-V2 酸解鈦液總鈦濃度為 130g/L, V3=/0.13 -188.14-26.17 =339.24 需需/ /天 5）酸解鈦液總體積 V 每天生產(chǎn)酸解鈦液的總體積設(shè)為 V V=47% /0.13=553.55m3/天 3 +3H2O+33.8 千卡 Fe2（SO43 + Fe - SQ 1mol Fe2O3要消耗 1mol 的 Fe 粉，鈦精礦中 Fe2O3含量為 5.85% 加還原鐵粉還原 Fe2O3的質(zhì)量為=153.11 5.85% 60X56=3.135

50、t/天 4+ 3+ 2+ 2Ti +Fe +Fe Ti3+要求要達(dá)到 3g/L,還原成 2mol 三價(jià)鈦需要 1molFe 粉 鐵粉還原四價(jià)鈦的質(zhì)量為 =3/48 0.5 爲(wèi) 53.55 56/1000=0.969t/天 所以加入鐵粉的總量=3.135+0.969=4.104t 天 99.5% 95.6% 47% =68.45t/天 折換成硫酸氧鈦的含量=-243.869t/天 34.27% =52.471t/天 FeO 的摩爾數(shù)為=53.89/72=0.7288 106 mol 鈦精礦中 Fe2O3含量 5.85%，貝U Fe2O3量=153.11 .85% =8.957t/天 FQO3摩爾

51、數(shù)為=9.19/160=0.056 W6 mol FeO+ H2SO4_FeSC4+H2O Fe粉 Fe2O3 （SO43 粉 2FeSQ FeSC4 總摩爾數(shù)=0.7288 06 mol+2 X）.056 06 mol=0.8408 06 mol 則酸解鈦液中 FeSQ 的質(zhì)量為=0.8408 106 mol X152g/mol=127.802t/天 553.55 m3=134.568t/天 與鈦結(jié)合的酸 553.55 m3=88.225t/天 游離酸=有效酸-與鈦結(jié)合酸=134.568-88.225=46.343t 天 （10酸解鈦液中三價(jià)鈦的量 酸解鈦液三價(jià)鈦濃度經(jīng)驗(yàn)公式：Ti3+=0.

52、0221 總鈦濃度 根據(jù)工藝要求，酸解鈦液中總鈦濃度為 130g/L Ti3+濃度=0.0221 130=2.873 g/L Ti3+含量=2.873 553.55=1.59天 酸解鈦液物料組成 組分 TiO2 H2SO4 FeSO4 Ti3+ 含量（t 68.45 46.343 127.802 1.59 4.1.2 沉降及泥漿處理工序物料衡算 沉降過程中需要加絮凝劑對(duì)酸解后的鈦液進(jìn)行凈化 ， 所需絮凝劑溶液濃度為 0.1%，則需要對(duì)絮凝劑進(jìn)行配置. 27 / 43 每 20Kg 絮凝劑需要加 3m3水溶解，然后再加 17 個(gè) m3稀釋水稀釋，然后得到濃 度為 0.1%的絮凝劑溶液。 每配制

53、1m3濃度為 0.1%絮凝劑溶液，需要加入絮凝劑 1kg 配置好的絮凝劑加量為：24L/m3鈦液 每 1m3鈦液需要 24L 絮凝劑溶液，則需要 0.024Kg 絮凝劑 每天酸解鈦液得到總體積 V 可計(jì)算得出，每天消耗絮凝劑的量 =0.024刃刃=0.024X553.55 m3=13.285kg/天 4.1.3 酸解熱量衡算 酸解過程的主要熱化學(xué)反應(yīng)方程式如下： TiO2+ 2H2SO4 (SO42 + 2H2O+Q 1) TiO2 + H2SO4 iOSO4 +H2O+5.84 千卡 3 +3H2O+33.8 千卡 3) FeO+ H2SO4 SC4+H2O+29 千卡3+ FeSC4+ H

54、2O5) 1)礦粉和硫酸預(yù)混合后放熱量 按工藝要求礦粉水份含量0.5% +18=42530.56mol 93%硫酸的摩爾量 n2=260.80 X0 為為8=2.661 X0 mol 6 n0= n1+ n2=42530.56x2.661 X10 ) =0.016mol 溶解熱 Hf=v-17860n。)xno+1.789) 則總的溶解熱 H1=2.661X106X-17860 0.016) +0.016+1.789) =-4.213 108 卡 X =-4.213 108X4.183X1.763 10kJ/天 106) =0.5464mol 溶解熱 Hf=0.5464) +0.5464+1.

55、789) =-1.112 1010 卡 X =-1.112 1010X4.183=-4.653 107 kJ/天 28 / 43 2 + 2H2O+Q 1) TiO2 + H2SO4 -tOSO4 +H2O+5.84 千卡 -5.84) X1000= -1.118 1&卡29 / 43 =-1.118 1010 X X4.183= -4.678 1&kJ/天 3 +3H2O+33.8 千卡 3） FeO+ H2SO4 SO4+H2O+29 千卡 4） 由物料衡算中得出每天投入得鈦精礦 153.11t 中含有 Fe2O3的總量 Fe2O3 的總量=153.11 5.85% =8.

56、957t/天 Fe?O3 的總摩爾量=9.19/160=0.056 106 mol 每摩爾的 Fe2O3與濃硫酸反應(yīng)放熱量為 33.8 千卡 則 0.0574 為 06 mol 鈦精礦與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為： Q三氧化二鐵 =0.056 X06 mol X-33.8 千卡）=-1.893 1%9卡 =-1.893 109 卡4.183= -7.919 107kJ 106 mol 氧化鐵與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為： Q 氧化鐵=0.7484 106 mol 5=27.52 m /天 沉降后鈦液去結(jié)晶的體積=550.78-27.52=523.26 m3/天 進(jìn)入結(jié)晶器的鈦液體積為 523.26/天

57、，設(shè)計(jì)中沉降鈦液總鈦濃度工藝指標(biāo)控制 在 130g/L 左右。 則進(jìn)入結(jié)晶器的鈦液總鈦總質(zhì)量=525.26 1301000=68.284t/天 （1） 結(jié)晶后鈦液體積 按工藝設(shè)計(jì)要求結(jié)晶工序收率定為 99.5%， 則結(jié)晶后鈦液總鈦總質(zhì)量=68.284 99.5 % =67.943t/天 天倫化工結(jié)晶后鈦液總鈦濃度控制指標(biāo)為 170g/L 則可以計(jì)算出結(jié)晶后鈦液體積 V 結(jié)晶=67.943T701000=399.665 m3/天 （2） 結(jié)晶蒸發(fā)的水 結(jié)晶前鈦液的體積為 523.26 m3/天，結(jié)晶后鈦液的體積為 399.665 m3/天 則可以計(jì)算出結(jié)晶鈦液減少的體積=523.26-399.6

58、65=123.995 需需/ /天 鈦液減少的體積即為結(jié)晶蒸發(fā)的水的體積 所以結(jié)晶蒸發(fā)水的體積為 123.995 m3/天 33 水的密度為 1X0kg/m 可以計(jì)算出結(jié)晶蒸發(fā)水的質(zhì)量=123.995 1 103kg/m3=123.995t/天 （3） 結(jié)晶消耗的蒸汽 按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)晶工序每蒸發(fā) 1kg 水需要消耗蒸汽 1.45kg 結(jié)晶蒸發(fā)的水質(zhì)量為123.995天 所以可以由此計(jì)算出消耗的蒸汽的質(zhì)量 消耗的蒸汽質(zhì)量=123.995 1.45=179.79t 天 4.2.2 圓盤過濾工序物料衡算 1 ）圓盤過濾后鈦液體積 結(jié)晶后鈦液進(jìn)入圓盤過濾，進(jìn)入圓盤過濾的鈦液體積為 399.665 m3

59、/天 按工藝要求控制圓盤過濾工序收率為 99 % 則圓盤過濾后鈦液總鈦總質(zhì)量 鈦液總質(zhì)量=67.943 ）99% =67.264t/天 按工藝指標(biāo)圓盤過濾后鈦液總鈦濃度控31 / 43 制在 160g/L 可以計(jì)算出圓盤過濾后鈦液體積 圓盤過濾鈦液體積 V圓盤=67.264 勻 60X1000=420.4 m3/天 /56=0.70 圓盤過濾后鈦液中硫酸亞鐵總質(zhì)量 =420.4 X.16 X.7=47.085t/天 酸解物料衡算中已算出酸解鈦液中 FeSO4的總質(zhì)量 則析出的綠磯中含 FeSC4的質(zhì)量=127.802-47.085=80.717t 天 FeSO4的摩爾質(zhì)量為 152g/mol

60、這部分 FeSCh 的摩爾數(shù)=80.717152=0.531 X06mol FeSCh 7H2O 的摩爾質(zhì)量為 278 g/mol 析出的 FeSC4 7H2O=0.531 X06X278=147.628t/天 4.2.3 控制過濾工序物料衡算 1 ）控制過濾后鈦液體積 圓盤過濾后鈦液進(jìn)入控制過濾，進(jìn)入控制過濾的鈦液體積為 420.4m3/天 按工藝要求控制圓盤過濾工序收率為 99.5% 則控制過濾后鈦液總鈦總質(zhì)量 鈦液總質(zhì)量=67.264 X9.5% =66.928t/天 按照工藝指標(biāo)控制過濾總鈦濃度控制在 160 g/L 則控制過濾后鈦液體積 V控制過濾=66.928t160X1000=418.3 m3/天 2