六万吨年硫酸法金红石钛白粉项目_水洗---盐处理工序工程设计

攀枝花学院本科毕业设计（论文）六万吨/年硫酸法金红石钛白粉项目水洗盐处理工序工程设计学生姓名陈琪浪学生学号200710901004院（系）生物与化学工程学院年级专业07化学工程与工艺（2）班指导教师梅涛高级工程师助理指导教师邓俊助研二一一年六月摘要用硫酸法生产钛白粉工艺中，水洗盐处理工序主要是除去偏钛酸中的杂质，并加入少量的化学品进行改性，使产品具有良好的色相、光泽等各种特殊性能。本设计采用硫酸法生产金红石钛白粉，设计规模为6万吨/年。设计生产过程包括一洗、漂白、二洗、盐处理及废酸废水的处理，并设计出各工序的工艺流程图。在设计中，以每小时的产能为依据，对一洗、漂白、二洗、盐处理等工序进行物料衡算和热量衡算，为设备选型提供数据支持。在设计设备选型时，对主要设备进行计算和选型。通过物料衡算、热量衡算及设备选型和车间布置说明，得出最后的设计说明书、设备定型一览表和带控制点的工艺流程图。关键词硫酸法，钛白粉，水洗，漂白，盐处理ABSTRACTINTHESULFURICACIDTITANIUMDIOXIDEPRODUCTIONPROCESS,THEPURPOSEOFWASHINGANDSALTINGPROCESSISREMOVINGTHEIMPURITYINMETATITANICACID,THENADDINGASMALLAMOUNTOFCHEMICALSTOCHANGTHENATURE,FINALLYMAKINGTHEPRODUCEHADAGOODHUE,GLOSSANDOTHERSPECIALPROPERTIESTHISPAPERDESIGNSWITHRUTILETITANIUMDIOXIDESULFURICACIDPRODUCTIONPROCESSANDTHESCALEOFANNUALPRODUCTIONIS20,000TONSTHEPRODUCTIONPROCESSINCLUDESFIRSTWASH,BLEACH,SECONDWASH,SALT,ANDTHEPROCESSOFWASTETREATMENTTHEPAPERDESIGNSONTHESEPROCESSESANDILLUSTRATESTHEFLOWCHARTOFTHESEPROCESSBASEDONTHEHOURPRODUCTION,THEPAPERDESIGNSONFIRSTWASH,BLEACH,SECONDWASH,ANDSALTWITHMATERIALBALANCEANDENERGYBALANCETHEREFORE,ITPROVIDESTHEBASISFORTHEEQUIPMENTSELECTIONINTHEEQUIPMENTSHAPINGSTAGE,ITDESIGNSONMAJORINSTALLATIONFORCOMPUTATIONANDSHAPINGBASEONTHEEXPLANATIONOFMATERIALWEIGHT,THERMALWEIGHT,EQUIPMENTSHAPINGANDWORKSHOPARRANGEMENT,FINALLYITOBTAINEDTHEDESIGNINSTRUCTION,EQUIPMENTLISTANDFLOWCHARTWITHCONTROLLINGPOINTKEYWORDSSULFURICACID,TITANIUMDIOXIDE,WASHED,BLEACH,SALT目录摘要IABSTRACTII1绪论111概述1111课题背景1112设计的目的、意义2113国外现状和发展趋势2114国内的现状和发展趋势412设计依据和原则8121设计依据8122设计原则913设计基础资料9131气象条件9132地质条件914设计范围102建设项目概况1121建设项目概况11211建设项目名称、性质和地点11212建设规模、内容113工程设计1231工艺流程图1232水洗工段工艺设计12321水洗12322漂白15323漂洗17324水洗工段工艺流程1733盐处理工段工艺设计17331盐处理工艺目的17332金红石型钛白的盐处理18333工艺流程194物料及热量衡算2141过滤物料衡算21411依据21412计算21413物料平衡表2242水洗物料衡算23421依据23422计算23423水洗物料平衡2543漂白物料衡算25431已知数据25432计算25433物料平衡2744漂白的热量衡算28441已知数据28442计算28443热量平衡2945水洗叶滤机计算30451已知数据30452计算3046叶滤机的真空泵计算（以水洗为例）31461已知依据31462计算3147盐处理物料衡算31471已知依据31472计算31473物料平衡表335设备选型3451主要设备选型原则3452水洗主要设备选型和计算34521水洗上片池34522水洗洗片池34523水洗浆料泵34524打浆槽34525叶滤机34526水洗供水泵35527行车36528真空泵36529分离器365210液封池3653漂白及盐处理主要设备选型36531漂白锅36532漂白浆料泵36533漂白H2SO4贮槽37534盐处理罐3754主要设备一览表376车间布置4061水洗车间布置说明4062漂白盐处理车间布置说明407环境污染与治理4171污染物产生及排放4172废水废酸治理措施418防腐43参考文献44结论46致谢471绪论11概述111课题背景中国的钛资源现居世界之首，占世界已可采储量的64左右。储量约占世界钛储量的48，共有142个钛矿床，分布于全国20多个省区。而攀西地区的资源位全国第一，位于四川省西南部，包括攀枝花和凉山州的20余个县市。攀西地区是一个巨大的钛聚宝盆，其中钛资源探明储量为世界的1/4，其中伴生着钒、钛、钴、镓等十几种稀有、贵重金属。已探明钒钛磁铁矿约98109T，二氧化钛储量873108T。其钛储量占全国钛资源储量的905，占世界的35，钒居全国第一位。原矿平均品位TIO2含量为51。1978年至今我国钛工业与整个国民经济的发展一同健康成长。前15年，方毅同志亲自挂帅，推动攀枝花、包头、金川三大资源综合利用。攀枝花综合利用中解决钛资源的利用方针方法是重中之重。因为攀枝花钒钛磁铁矿的开采利用，是做为攀枝花钢铁厂的原料铁矿石来生产的，每年开采上千万吨。精矿之后的尾矿，是选钛精矿的好原料。用现行选矿方法，每年可回收5080万吨钛精矿，利用这些钛精矿，可供生产上万吨海绵钛和20多万吨的钛白。如果不加利用，不但浪费资源，造成金沙江的污染，更将降低攀钢在市场中的竞争力2。党的十七大提出转变经济增长方式、大力发展新材料战略，省委提出“一枢纽、三中心、四基地”的发展思路，中国矿业联合会正式授予我市“中国钒钛之都”称号，标志着攀枝花跻身中国“矿业名牌城市”行列，对于钒钛之都建设具有里程碑意义。近些年来，攀枝花市明确了“打造中国钒钛之都、建设特色经济强市”的战略目标，进入了以钒钛产业带动钢铁等其他产业的新时期，明确了“十一五”钒钛高技术产业发展目标，规划了钢铁、钒钛资源开发循环产业链和相关的副产物利用产业链，明确支持、鼓励发展钒钛产品、工艺和技术。积极搭建融资担保平台，在“中小企业成长工程”、“百亿工程”、“小巨人”项目计划中，注重引导资金、项目向钒钛产业倾斜。制定了钒钛资源开发产业化项目奖励办法，鼓励加快钒钛资源综合开发利用，提升综合利用的技术水平和产业层次3。扶持钒钛产业技术创新项目，出台了促进高新技术产业发展和钒钛资源开发技术创新项目奖励办法，努力营造高层次的技术创新环境。2011年全球钛白粉市场增长主要来自亚洲，尤其是中国，随着我国发展战略的提升，大飞机等项目的上马，以及经济社会发展水平的提高，钛白粉、钛材等传统钛产品消费市场将不断拓展，需求量将快速增加，我国钒钛产业的发展前景十分广阔。112设计的目的、意义二氧化钛俗称钛白4，因为它不但物理化学性质十分稳定，而且还具有优良的化学、电学特性和卓越的颜料性能。它的一些其他特性，也使它在现代工业、农业、国防科学技术方面得到了越来越广泛的应5。TIO2是一种性能最优异的白色颜料，迄今，可以说凡是着白色或浅色的工业制品中都缺少不了TIO2，有些非着色性的产品中也含有TIO2，TIO2几乎应用于各种工业部门。但是，从世界范围来说，TIO2颜料的最主要应用领域是涂料、塑料、纸张，这三个领域所消费的TIO2占全球TIO2总消费量的比例分别为5860、1820和1314，其余领域的消费量只占810。经过四十多年的努力和发展，我国钛白粉产业已经处于全球的制造和消费中心，将进入由大变强的发展时期。随着我国经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，我国将消费更多的钛白粉，因此大力发展钛白粉工业是客观上的需要。2010年2月，攀枝花成为全国首家以钒钛资源综合利用为主的新型工业化产业示范基地。从2010年起至2012年，攀枝花将以项目建设为核心，大力推动钒钛磁铁矿采选、特色钢铁、钒深加工、钛深加工、废弃物利用五大产业链建设和相关项目群实施，不断延伸钒钛产业链，提高钒钛资源综合利用水平6。本工程的建设，将形成6万吨/年的高档金红石型钛白粉的产量，这对有效缓解国内市场高档钛白供应的紧张状况，替代进口产品，节省国家外汇都将起到积极的作用。同时对巩固攀枝花钛工业基地的地位，推动国内钛白工业的技术进步，提高我国钛白工业在国际同行中的地位和市场竞争能力也将具有十分重要的意义。113国外现状和发展趋势（1）国外现状世界钛白工业与1916年诞生于美国和挪威，使用的是硫酸法工艺。氯化法工艺诞生于20世界50年代后期，1956年起分别进行不同规模的工业化实验，最终在1958年投入正式生产。如今，钛白生产已是工艺成熟，产品品种齐全，应用面涉及各工业领域和人们的日常生活，市场价值超过80亿美元/年（除中国外），仅次于合成氨和磷化工的第三种无机化工产品。2006年，除中国大陆以外，世界钛白粉生产商共有20余家，年生产总能力超过4700KT/A未包括中国内陆的产量，共有生产厂约60座。钛白粉的生产与技术被一些大公司高度垄断，6大公司的钛白粉产量约占世界总产量的65，除日本外，世界前5名钛白粉生产商全部是美国公司7。杜邦DUPONT共有5座生产厂，分布于美国、墨西哥和台湾地区，总产能为1080KT/A。杜邦公司位于美国的DELISLE钛白粉厂因受飓风破坏而停产的300KT/A提前2个多月恢复生产，更显示了该公司的活力。美联MILLENNIUM化学品公司。2004年底被LYONDELL公司全部收购，成为北美第三大上市化学公司的一员，目前共有8座生产厂，位于美国、英国、澳大利亚、法国和巴西，总产能720KT/A。科美基KERRMCGEE公司。因效益欠佳不得不让其以钛白粉为主业的化工产业在股市上市，出售3亿美元普通股，脱离母公司，更名为TRONOX，目前共有4个氯化法厂LEVERLUSEN145KT/A，LANGERBLLLGGE74KT/A，VARENNES73KT/A，LAKECHARLES725KT/A和4个硫酸法厂NORDENLLAM60KT/A，11REDRIKSTACL30KT/A，LEVERLUSEN28KT/A，VARENNES17KT/A，分布于美国、荷兰、德国、比利时、澳大利亚和沙特阿拉伯，总产能500KT/A，公司打算在23年内将其产能提高到550KT/A。亨兹曼。目前6个在西欧，分布于英国、法国、意大利、西班牙，1个在南非，1个在马来西亚，另外还包括在美国LAKECHARLES一个年产145KT厂中占有50的股份，随着在英国GREATHAM第3个生产线的安装，总产能已达600KT/A，这个厂采用亨兹曼公司所独有的ICON氯化法工艺。国家铅业。其下属的生产钛白的了公司是德国的克朗康诺斯，共有55座其中1座为合资生产厂，总产能430KT/A，分别位于加拿大、比利时、德国、挪威和美国。第6位钛白生产商是日本的石原公司，有4座生产厂，位于日本、新加坡和台湾，总产能220KT/A。目前国外基本是以氯化法生产。氯化法的主要过程有钛精矿的富集，富钛料的氯化制备TICL4，TICL4的精制，TICL4氧化制得初级TIO2，初级钛白粉的后处理。国外氯化法生产发展迅速，从1980年的29上升到2011年的85。总体来说，国外钛白粉企业有一下特点生产高度集中，少数跨国公司垄断了大部分生产力，控制着原料的供应市场和产品的销售市场；工厂规模大，生产成本低，经济效益好；各大公司形成了从原料到产品应用的完整体系，这样利于工艺改进、提高产品质量和推广新产品；各大公司很重视技术改进，各自都拥有科研机构和实验室，从事工艺、设备和新产品的研制；各大公司倾向于氯化法制钛白粉；各厂家高度垄断和严密封锁技术，只有出售技术，从未公开技术，在报刊资料也无完整的技术介绍；（2）发展趋势根据国际经济形势的发展8，预测未来几年全球钛白市场还会不断增加。由于原材料成本提高以及市场的增强，全球钛白产品的价格还会连续上涨。从2005年起世界钛白工业的供求关系也发生了变化，市场容量的增大带动了开工率的上升，尽管如此，国际市场的供应仍然偏紧。2010年钛白粉需求已增长810，达到500万吨，将恢复到经济衰退前的需求水平。其中，中国目前已成为钛白粉净进口国，预计2011年的需求量将达到135万161万吨。钛白粉提价对于整个行业来说是不同寻常的，从杜邦钛白科技公司N次提价来看，除了全球经济整体回暖的因素以及遵循季节性钛白生产的规律外，还有其掌握全球钛白市场制导权的特殊实力。从反面来看，杜邦连续几次提价都能顺利实施，也是说明了钛白市场得到了很大程度的复苏，全球钛白市场整体性升温的时机已经成熟起来，下一轮的全面性抬价热潮还将会持续多时17。114国内的现状和发展趋势（1）现状近年来，我国钛白粉的产能、产量迅猛增长。这期间的递增速度远远高于世界同期增长速度，特别是金红石型产品的增速更快。现在我国钛白产业已经成为全球钛白粉产能最大的国家。同时，我国钛白粉生产企业的布局逐步合理9。进入21世纪，我国钛白工业发展进入新的发展时期，钛白粉行业重心逐步向钛原料丰富的中西部地区转移。近年中西部湖南、湖北、广东、广西、云南和四川攀西地区陆续新建、扩建钛白粉装置20多家，产能超过70万T。目前，国内钛白粉产能增加量的70集中在中西部原料产区。从刚刚结束2010年全国钛白粉行业年会和钛白企业家联谊会上了解到，2010年，国内经济稳定向好，钛白行业从年初起市场需求一路走好，企业开工率保持高位，全年产量可达到200万吨。“2011年，对中国钛白行业而言是个很重要的年份，到今年年底我国的钛白粉总产能将超过200万吨，成为世界第一大钛白生产国。”国家生产力促进中心钛白粉分中心主任毕胜如是说。当前无论是锐钛型还是产品还是金红石型产品市场产销，都保持了旺盛势头，预计2012仍将保持在较高水准，行业发展前景看好。产能结构明显优化近年来，依靠市场机制，全国钛白粉行业的布局和产能结构明显优化，依托于资源、市场和原有生产基础，全国已形成四川、云南、广西、山东和江苏多个板块基地。攀钢集团除本部钛白生产基地外，还先后控股或参股重庆渝钛白、辽宁锦州钛业、攀枝花东方钛业和江苏太白集团，形成了庞大的钛白粉生产集团。中国化工集团、江苏金浦集团、中盐湖南株洲化工厂、安徽马鞍山钛白集团以及山东道恩钛业等都进行了整合重组。2009年，我国钛白粉实际产量前10名生产商的产量之和共538456吨，占当年全国总量的514；前30名的产量之和为932879吨，占全国总量的891。目前，我国钛白行业中，具有15万吨/年及以上生产能力的生产商有攀钢钛业含控股和参股企业、山东东佳、四川龙蟒、河南佰利联4家，具有8万10万吨/年产能的有山东道恩钛业、马鞍山金星钛白等7家，产能集中度有了明显优化，但与国际同行业相比仍很松散。生产技术水平提升近年来，随着我国钛白粉产业规模的扩大，整体生产技术水平明显提升，已达到国际上上世纪90年代末的水平。先进的、关键的生产装备技术均已被采用，并陆续实现国产化风扫磨用于钛精矿粉碎，圆盘过滤机用于硫酸亚铁分离，隔膜压滤机用于水洗工序，超大型130M3及以上酸解锅和水解锅的应用，巨型煅烧转窑3234M5558M、喷雾、闪蒸连同带式干燥机等都已得到普及应用。在工艺技术方面，自生晶种常微压水解、外加晶种常微压水解、致密型表面处理、锆和有机硅等新型处理剂的应用，连续酸解技术以及DCS自动控制技术等都已在业内得到成功推广。这些在很大程度上推动了钛白粉产业的科技进步，生产效率提高。产品品质普遍提升由于采用了先进的装备技术和工艺技术以及自控手段，全行业的产品品质普遍提升，业内大中型企业的锐钛型和金红石型产品的质量现已达到上世纪90年代国际一流水准，个别品种能达到现今国际中上水准，攀钢钛业的锐钛型PTA120、金红石型R298和宁波新福的金红石型NR606是其中的典型代表。在品种方面，各企业、特别是骨干企业根据市场需求，加强新品开发力度，适应不同领域的多种产品逐渐涌现，靠单一牌号产品打天下的现象逐渐消失。清洁生产理念增强近年来，钛白企业变被动为主动，积极在清洁生产方面做文章，全行业的生产环境和企业面貌大有改观16。对于煅烧尾气，普遍采用水喷淋、电除尘方式进行净化，效果良好。酸解尾气瞬间量大、处理难度高，但武汉方圆等企业潜心研究，获得技术突破，已申请自主知识产权保护并得到授权。废酸和酸性废水的处理是钛白企业最大的负担。有的企业对浓废酸除少量直接配酸等回用以外，进行浓缩后再利用，但成本高于新鲜硫酸。废水只能中和处理，且绝大多数企业中和后的产物是作为废料堆放的。目前，山东道恩钛业、广东云浮惠沄钛白为此开发的综合产品链已成功运行，为钛白粉产业的绿色环保之路作出了重要的贡献。另外，钛白企业在节能、节水、降低单耗、增加运营效益等方面均取得相对于以往的明显进步。（2）发展趋势提升产品质量档次，开发高端产品目前，国内钛白粉产品以低端通用型产品占据市场主流，高品质产品、专用产品品种少，一般只能应用于中档以下应用体系，采取与进口产品混配的方法能够应用于高档体系，但还不能应用于顶尖的领域，如汽车面漆、船舶涂料等。而钛白未来市场的竞争主要是产品品质的竞争，钛白企业要想在竞争中赢得主动，必须根据目前的市场情况及硫酸法装置的特点，提高通用型钛白粉的产品质量，有效避开在低档产品领域的竞争，同时，着眼于未来的发展10，在健全小试、中试装置的基础上，充分发挥小试、中试和后加工领域的协同作用，开发市场前景好、具有较高附加值的新产品。而具备一定综合优势的企业应向金红石型专用高档产品方向发展，通过技术创新，不断提高产品品质和综合性能，以替代进口，中型企业应立足走差异化发展道路，开发中档精细、专用产品，以适应国内、国际市场的需求。提高技术和管理水平，增强企业竞争优势伴随我国钛白工业30余年的发展，钛白生产的工艺技术已取得了长足的进步，钛白生产装备也逐渐迈向大型化和现代化。但与国外先进水平相比，我们还存在较大差距，这种差距主要体现在技术和管理两个方面。为了全方位、多渠道提高钛白粉工业整体水平，国内企业一方面要积极寻求与国外大公司进行高起点合作，通过引进先进的成熟技术并加以消化吸收，来带动我国钛白粉工业的发展，同时努力加强自主创新，积极关注新技术、新装备的发展趋势及其在钛白行业中的应用，及时实施技术改造，提高钛白生产的工艺和装备水平；另一方面，由于硫酸法钛白粉生产的工艺流程长，涉及的化工单元操作多，对装备的保障能力和过程控制的要求高，因此，钛白企业还必须努力提高综合管理水平，积极使用先进的管理方法和手段对钛白生产的技术、装备和过程控制实行精益管理，向管理要效益，从细节谋发展，才能进一步增强企业的竞争优势，缩小与国外企业的差距。加强技术创新，提高核心竞争力由于企业的技术创新能力直接决定市场的竞争能力，因此技术创新是企业生命力的源泉，是市场竞争力的根本所在，更是企业持续发展的助推器。我国钛白行业今后与国外大公司的竞争主要是技术上的竞争。因此，企业要加快建立和完善企业技术创新体系，不断加强技术开发力量，加大技术开发资金的投入，加快开发具有自主知识产权的技术和主导产品，要积极探索技术创新的模式，开展多种形式的产学研结合，吸引科研机构和大专院校的科研力量对钛白粉生产的关键技术难题进行联合攻关，加强在反应机理和化学热力学、热工和粉体行为等方面理论的基础研究，提高企业的自主创新能力，通过产学研合作，实现优势互补，促进科技成果向现实生产力的转化。同时，加强产品的应用技术研究，建立应用技术实验室，完善产品应用性能测试方法，加深与下游客户的交流和互动，进一步提高产品的内在质量，构筑和提高企业的核心竞争力。实施人才开发战略，增强企业发展后劲企业的支撑是产品，产品的支撑是技术，技术的支撑是人才，显而易见，人才是企业发展的根本，钛白企业在加强技术创新的同时，还要重视科技人才在企业发展中的作用，要实施以人为本的人才战略，加大人才的引进和培养力度。注重高层人才队伍建设和基础性人才队伍建设的关系，做好人才结构的调整。逐步完善人才激励机制，在人才的待遇，薪酬制度、福利制度、休假制度、劳保制度等方面，为科技人员搭建广阔的发展舞台，从而为企业发展提供有力的技术支持。加大废副治理力度，努力实现清洁生产日益严格的环保要求直接关系到钛白粉生产企业的生存与发展。国家的产业和环保政策，使钛白企业对环保日益重视并配备了完善程度不同的三废处理设施，但钛白工业能否实现清洁生产，才是企业可持续发展的关键。因此，钛白企业要改变低档原料路线，加大高钛渣的使用量，减少废副的排放，降低运营和操作成本，并利用高科技手段对处理后的“废副”进行综合利用，获取一定的经济回报以降低环保投入成本，为企业的长远发展奠定基础。提高产能集中度，加快行业重组步伐2009年，我国已有钛白粉生产企业超过100家，但大多数属中小企业，布局也极不合理。世界氯化法工厂平均产能约为11万T/A，硫酸法工厂平均产能约为6万T/A。我国钛白粉生产企业无论氯化法还是硫酸法都远低于上述规模。而合理的集中度有利于形成一定的规模，增强企业的抗风险能力，也才能使企业具有长远发展的基本条件。近几年钛白粉行业在实现规模化、集团化，提高集中度方面进行了富有成效的努力，取得了一定进展，但行业内相当数量的企业仍然缺乏参与大规模、高强度国际竞争的实力。因此，我们必须认清形势，顺应国际潮流，抓住有利时机，加快战略调整。走规模化、市场化运作之路，全面提升企业的技术水平和竞争能力。12设计依据和原则121设计依据（1）攀枝花学院生物与化学工程学院下发的毕业设计任务书。（2）各资料文献上查得的基本资料和数据。（3）相关的国家标准11。大气污染物质排放标准执行GB89781996工业炉窑大气污染物排放标准。水体污染物排放标准执行GB897896污水综合排放标准。工业噪声执行GB1234890工业企业厂界噪声标准。优质碳素结构钢技术条件GB69988普通碳素结构钢GB70088低合金结构钢GB159188可锻铸铁件GB944088化工管道设计规范HG206951987玻璃钢管和管件HG/T216331991化工用硬聚氯乙烯（PVCU）管材GB/T42191996化工配管用无缝及焊接钢管尺寸系列HG2055393（）输送流体用无缝钢管GB/T81631999工业企业管道工程施工及验收规范GB502351997工业金属管道工程质量检验及评定标准GB501841993化工金属管道工程及验收规范GB202251995不锈钢无缝钢管GB/T149761994衬塑钢管和管件（衬PVC或聚乙烯）HG205381992碳钢紧衬聚烯烃（PO/CS）防腐蚀系列Q/WSF011996过程检测和控制流程图例符号和文字代号GB262581自动化仪表选型规定HG2050792供配电系统设计规范GB5005295122设计原则（1）积极贯彻执行国家基本建设的方针政策，严格执行国家和项目所在省、市颁布的标准、规范、规定，使设计做到切合实际，技术先进，经济合理，安全适用；（2）重视优化设计方案工作，提高设计水平和降低工程投资额；（3）治理工艺要落实可靠，排出物必须符合国家及地方的“三废”排放标准，并尽可能做到综合利用；（4）节能与降耗并重，做好工艺余热的回收和废水废酸的重复利用，提高水的循环利用率。13设计基础资料131气象条件（1）气温攀枝花属于亚热带立体气候，四季不分明，干湿季节明显。气温日变化大，年际变化小，垂直差异大，小气候复杂多样。年平均气温20，最高气温40，最低气温3。（2）气压年平均气压868KPA；年最高气压8958KPA；年最低气压8659KPA。（3）空气湿度年平均相对湿度600；年最小相对湿度60。（4）日照年日照充足，长达2361小时2749小时；辐射强，热量丰富，干燥炎热。（5）降雨量年降雨量7763毫米990毫米，集中在6月8月，最短71天，最长153天，平均1199天。132地质条件（1）水资源境内水资源丰富，水质达到国家级标准，全市有大小河流95条，分属金沙江水系、雅砻江水系，两江纵贯全境，年过境径流量达1102亿立方米。（2）矿资源攀枝花有丰富的矿资源。14设计范围根据生产要求设计6万吨/年硫酸法钛白粉装置、辅助生产装置和公用工程基础。具体设计内容包括（1）水漂洗、漂白、盐处理、压榨工艺设计（物料、热量平衡）（2）水洗盐处理工序设备选型设计（3）水洗盐处理工序设备平面布置及工艺配管设计（4）水洗盐处理工序废物处理2建设项目概况21建设项目概况211建设项目名称、性质和地点项目名称6万吨/年硫酸法金红石钛白工程项目性质新建项目地点攀枝花市金江钒钛工业园区212建设规模、内容产品方案项目建设规模为6万T/A硫酸法金红石型颜料钛白。原材料的主要技术规格（1）钛精矿攀枝花钛精矿的化学组分如表1表1钛精矿的化学组分化学成份TIO2FEOFE2O3MGOSIO2AL2O3CAOMNO含量470342758561230134075065化学成份SCUPV2O5NICOCRAS含量019000520004900950008700013000500077（2）浓硫酸（98H2SO4）质量符合GB53489一级品，硫酸的化学组分如表2表2硫酸化学组分序号名称指标WT1硫酸（H2SO4）含量9802灰份0033铁（FE）含量0014砷AS含量000015铅（PB）含量0016透明度50MM7色度20ML建设内容新建年产6万T/A金红石钛白粉水洗盐处理工段装置及配套公用工程、辅助设施。3工程设计31工艺流程图钛白粉生产工艺流程简图如图1酸解尾气处理液态箱压机水解一洗浓缩沉降圆盘真空结晶器球磨窑前压榨盐处理三洗锟压磨转窑漂洗表面处理砂磨机打浆漂白晶种制备成品包装气粉闪蒸尾气处理图1硫酸法钛白粉生产工艺流程简图32水洗工段工艺设计321水洗（1）工艺目的热水解得到的偏钛酸悬浮液是一种具有粒状结构的凝胶，在放置过程中会缓慢沉淀下来，偏钛酸颗粒吸附着大量母液，母液成分主要是游离硫酸和硫酸亚铁等可溶性杂质，并含有铁、铬、钒、铜、锰等氧化物的杂质离子。水洗主要是利用偏钛酸的水不溶性和杂质离子的水溶性进行液固分离，从而达到净化目的12。（2）工艺流程水解产物在冷却槽中经盘管冷却至40左右，放入分离槽中，将叶滤机接通真空，并使整组叶片浸没在浆液中，上片前先开动槽底搅拌机或压缩空气，使浆液搅拌均匀，避免出现滤饼上薄下厚的现象，由于真空的压差滤液逐步渗过滤布，而水合二氧化钛则沉积在叶片表面，槽内液位相应下降，需不断补充浆液，保持液面高度。水合二氧化钛沉积到40MM时，用电动吊车将整组叶片吊起，稍稍抽干后，放入一洗槽内水洗，此时水合二氧化钛已与一半以上母液分离。母液抽经吸液罐，自动排出，由泵送到沉降槽，回收稀酸中少量穿过滤层的悬浮水合二氧化钛。叶片首先在一洗槽内洗涤3小时左右，此时抽出的滤液仍含有一定量母液，仍需送到沉降槽回收。经过一洗的叶片吊入二次水洗槽进行水洗，根据不同品种估计水洗大约时间。例如涂料品种约洗5小时后，从抽水总管中用局部排除真空之法取出少量滤液，用1赤血盐（铁氰化钾）溶液定性检测，如呈绿色，表示即将洗净；如呈现黄色，表示已经洗净。也可以用硫氰酸铵溶液检定（此试剂只能检定高铁离子，因而滤液应先用双氧水氧化，使亚铁离子氧化成高铁离子），如呈现棕黄色尚需继续水洗；如呈无色，表示已经洗净。可将整组叶片吊到打浆槽上部，准备刮料，此时水合二氧化钛含水量尚高，相应的有极少部分母液残留，可保持真空到表面出现大量裂缝为止，以进一步降低含水量，再切断真空，打浆槽内事先放置部分清水，并开动搅拌机，将叶片表面物料刮落至打浆槽内，搅拌均匀，送至下一工序。（3）工艺要求浆料温度在40左右真空度保持在53104PA滤饼厚度保持在40MM上片时间1小时左右滤饼含水量65水洗时间约8小时（4）影响偏钛酸水洗的因素影响水洗效果的因素比较多13，比较复杂，往往也交叉在一起，这里只能作单因素的讨论。真空度的影响过滤介质两侧的压力差就是真空度。在真空管线不漏气的条件下，过滤的真空度除了真空泵的能力外是滤饼和过滤介质的阻力来决定的，水合二氧化钛的过滤一般以67千帕（500毫米汞柱）以上的真空度较为合适。真空度过低，水洗时间就长，而且容易产生落片事故。水合二氧化钛颗粒度的影响过滤要求固体颗粒均匀而适中。颗粒粗、水流快，便容易洗涤，但颗粒过粗，会使水流速度过快而增加管道阻力，粒子内部也不易洗净。颗粒过细会堵塞滤布孔眼，降低水流速度，影响产量，穿滤现象也较严重。水的温度的影响水洗过程主要是除去硫酸亚铁及游离硫酸，硫酸亚铁在水中的溶解度在一定温度范围内，随着温度的升高而增大。因此提高水温有利于水洗，可以缩短时间，降低含铁量，减少用水量，提高产量。从硫酸亚铁在水中的溶解度曲线图中可以看出在60时硫酸亚铁的溶解度最大，但超过45时朔料容易变形，因此水温一般控制在3040，温度过低时，甚至在滤饼内也会有硫酸亚铁细粒结晶析出，水洗效果大大下降。酸度的影响随着水洗过程的进行，滤饼内的酸度逐渐降低，PH值相应升高，同时由于溶于水中的氧可使部分亚铁离子氧化成高铁离子，当PH值高于25时，它会水解而沉淀出不溶于水的氢氧化高铁或生成难溶于水的碱式硫酸铁；当PH值升到4以上时，硫酸亚铁也可能水解而沉淀。因此在酸度较高阶段尽快除铁是水洗的关键，提高酸度有助于抑止铁盐水解，对水洗有利。因此如果在洗涤水中配以少量硫酸或盐酸，使PH值始终保持在12左右，可防止铁盐水解而保持可溶状态，水洗后偏钛酸含铁量可降低到能与漂洗相媲美的程度。水质的影响水质对水洗效果影响较大，水中杂质主要有钙、镁（硬水）、铁等离子，江河水和深井水的钙、镁离子含量较高，水洗时钙离子与硫酸根形成不溶的硫酸钙沉淀混入产品而影响质量。水中含铁量较低，但用铁盐作凝聚剂时，铁含量就偏高。时间的影响偏钛酸开始水洗时，物料酸度高，杂质浓度梯度大，洗涤效率较高。开始水洗时，偏钛酸中含铁时迅速降低，半小时内可除去80以上，随着水洗过程继续进行，杂质在滤饼与滤液间的浓度梯度逐渐减小，酸度也逐渐下降，同时由于离子浓度不断降低，偏钛酸的胶体性质逐渐明显，水洗效率随之降低。通常偏钛酸的洗涤时间是抽滤时间的150200，再延长洗涤时间，不仅无益，而且有害。因此水洗过程仅能使含铁量降低至一定程度，残留的铁需在漂洗过程中进一步除去。三价钛盐的影响滤饼内存在三价钛离子，可防止出现高铁离子，因此水洗过程中保持一定量三价钛离子对水洗是有利的。实践表明，浆液中三价钛含量较高，水洗时间相应缩短，水洗后偏钛酸略带灰相，含铁量也较低，煅烧后成品色泽较白，这一点对常压水解产品更为明显。过滤介质的影响浆料过滤时，使固液分离的隔离物质称为过滤介质，真空叶滤机的过滤介质是滤布。因浆液酸度很高，过滤介质必须是耐酸材料。曾提出用尼龙布、多孔橡胶、硝化纤维布、维纶布、涤沦布、玻璃布等等，国内常用758涤沦布。滤布孔度对水洗效率直接有关，孔眼过细容易被物料堵塞，孔眼过大容易造成物料穿滤。758为短纤维涤沦布，过滤速度快，但容易发生落片现象，特别是调换新布后更易落片，因此一般采用絮凝剂或助滤层。国内外水洗装备比较水解物料的过滤和洗涤（即一次过滤水洗）世界各国都采用叶滤机。漂白物料的过滤和洗涤（即二次过滤洗涤）有用叶滤机的，也有用真空转鼓式过滤机的。我国漂后水洗也一律用叶滤机。从工艺上看，叶滤机比鼓滤机合理。因为过滤和洗涤时，叶片必须浸没于水中，料浆和洗涤水接触，料浆和洗涤水接触空气的机会比后者少。FE2氧化FE3的机会就少得多。选用叶滤机也比较适合我国国情，建设费用低。322漂白（1）工艺目的经过水洗的偏钛酸中存在有痕量的铁、铜、铬、钒等杂质。在生产涂料用钛白粉时，这些杂质将严重影响钛白的白度。国内以钛铁矿为原料的硫酸法钛白生产中，影响钛白白度的主要杂质是铁。而且铁杂质经高温煅烧后生成的三氧化铁具有同金红石型钛白相同的晶型结构，往往以同晶混合物混入在金红石钛白里，致使金红石型钛白对铁杂质的影响要比锐钛型钛白对铁杂质的影响更为敏感。当FE2O3含量达到0009时开始影响锐钛型钛白的白度，而对金红石型钛白来说，FE2O3含量为0003时，已使钛白呈现出黄色。一般经过水洗的偏钛酸的FE2O3含量都在0007以上，为了提高涂料用钛白粉的白度，就要进行漂白，以进一步降低偏钛酸中的铁杂质的含量，同时除去一部分痕量的钒、铬等有害的杂质。（2）漂白原理经水洗的偏钛酸中的铁杂质是以三价铁离子水解生成的极为细小的固体氢氧化高铁的形式存在的。漂白就是先将固体氢氧化高铁转化为可溶性的硫酸盐，然后用化学活泼性强的金属或金属离子将其还原为低价的硫酸盐，最终通过水洗进一步除去。发生的化学反应是氢氧化高铁溶转化为硫酸高铁，硫酸高铁在还原剂的作用下被还原成硫酸亚铁。2FEOH33H2SO4FE2SO436H2OFE2SO43ZNZNSO42FESO4FE3TI3FE2TI4偏钛酸漂白的方法按漂白时使用的不同的还原剂可分为以下两种锌漂用锌粉作还原剂的漂白方法叫锌漂。还原反应如下2FE3ZN2FE2ZN2三价钛漂用三价钛离子作还原剂的漂白方法叫三价钛漂。还原反应如下FE3TI3FE2TI4三价钛漂白和锌漂相比，前者具有硫酸用量少、还原剂用量少、操作温度低、漂白时间短，无残留物污染等优点，所以三价钛漂白是目前最佳的漂白方法。（3）工艺流程漂白可以分为以下三步进行酸溶在偏钛酸浆料里加入一定量的硫酸，并加热使氢氧化高铁溶解在偏钛酸中生成硫酸高铁。还原加入还原剂，在一定温度下，使硫酸铁全部还原成硫酸亚铁。水洗用砂滤水或去离子水洗涤还原后的偏钛酸进一步降低铁的含量。（4）影响漂白的因素漂白设备的材质偏钛酸的漂白反应是在酸性介质中和一定的温度下进行的因此漂白设备的材质必须既耐酸又耐温。所以设计用钢衬玻璃钢耐酸砖的材料来做漂白锅。三价钛的制备和加入法三价钛漂白时，还原剂三价钛溶液是自己制备的。三价钛溶液可由洗净的偏钛酸经酸溶、还原而制得。必须保证三价钛的稳定性并滤去三价钛中的固体杂质，以确保漂白的质量。三价钛离子容易在空气中被氧化，所以漂白时，浆料的温度不宜过高，保温期间的搅拌不宜过快。洗涤水的质量经还原后的偏钛酸还需要水洗除铁。此时的洗涤水中必须不含铁等固体杂质，以免重新污染偏钛酸。所以漂白水洗的水质应经过砂滤、电渗析或离子交换等方法的预处理。323漂洗偏钛酸漂白后的漂洗与前章所述水洗过程相同，一般采用真空叶滤机或转鼓真空过滤机。为了防止物料重新被污染，洗涤用水需经净化处理，至少应经过砂滤以除去固体杂质，如能用电渗析水或去离子水，效果更好。由于物料本身含铁量较低，水洗时间比第一次水洗短，一般不超过8小时。水洗后，物料含铁量应低于0003（以TIO2计）。锌漂漂白容易使氧化锌混入成品，氧化锌是一种很强的金红石型化促进剂，但也有副作用。某些不允许含氧化锌的产品就不宜用锌漂，另外，锌漂过程为液固反应，还原剂渗入偏钛酸颗粒内部需要较长时间，效果较差，故已逐步为三价钛盐漂白所代替。324水洗工段工艺流程水洗工艺流程图如图2水解后浆液图2水洗工艺流程简图33盐处理工段工艺设计331盐处理工艺目的偏钛酸在煅烧前加入少量化学品添加剂进行改性处理的过程称为盐处理，亦称前处理。偏钛酸如不经过盐处理而直接煅烧，得到的产品颗粒往往很硬，色相及其他颜料性能差，漆用性能低劣。因此，在生产颜料钛白时，都要根据不同品级的需要，在偏钛酸中加入少量添加化学品进行改性，然后再在适当的温度下煅烧，使产品具有良好的色相、光泽，较高的消色力、遮盖力，较低的吸油量和合适的晶粒大小，形状以及在漆料介质中的易分散性。某些非颜料型产品中有时也需要加入某些化学品，使产品具有各种特殊性能。332金红石型钛白的盐处理由于金红石型钛白粉在紫外区具有较大的吸收，在可见光区的反射率高于锐钛型钛白粉，因此，金红石型钛白粉的光化学稳定性和光泽度均高于锐钛型钛白上片池上片一洗刮浆槽漂白二洗上片池二洗刮浆槽盐处理粉，具有更大的实用价值。用硫酸法钛液水解制得的偏钛酸是无定型的（使用金红石型晶种除外），在高温下（1050以下）长时间煅烧虽然可以使产品全部转化为金红石晶型，但是结晶过程会产生严重烧结，晶格缺陷很多，晶粒过大而且很硬，产品颜料性能极差，另外，高温常使晶格脱氧，使产品呈灰相。因此在生产中，必须在偏钛酸中添加一些金红石化的促进剂和晶型调整剂，使TIO2以合理的速度成长，在较低的煅烧温度下生产出晶型转化完全，大小适中，外形规整的颜料粒子。（1）金红石化促进剂大多数金属氧化物在钛白粉的锐钛型向金红石型转化过程中都具有诱导，促进和正催化剂的作用，一般认为阻粒子的离子半径越小，促进金红石化的作用就越强。但是有实用价值的必须是能生成白色氧化物的那些金属化合物。常用的促进剂有锌、镁、锑、锡、锂等元素的氧化物和盐类以及二氧化钛溶胶。锌盐锌盐是很强也是最广泛使用的金红石化促进剂，常用硫酸锌、氧化锌和氯化锌。采用锌盐可加速晶型转化，提高转化率，降低达到最高转化率的温度，提高产品耐候性。但是若单独添加锌盐，由于粒子生长过快，容易造成烧结而降低产品的颜料性能，使底相泛红、颗粒变硬、分散性下降、制成的涂料粘度增加。如同时添加二氧化钛凝胶或铝盐，可以改善颗粒形状及减少烧结，因而锌盐大都与钾盐、磷酸、铝盐、二氧化钛溶胶等组合使用。一般锌盐添加量为TIO2的0212（以ZNO计）。镁盐镁盐是一种弱的金红石型转化剂，它对加速但是品的PH值达到中性具有显著的作用。一般用量为TIO2的0205（以MGO计）。二氧化钛溶胶二氧化钛溶胶俗称煅烧晶种、乳化晶种或偏钛酸外加晶种，有相当强的促进作用，能提高产品消色力，降低转化温度，改善煅烧物粒子外形，使之较为圆滑规整，使产品疏松易于粉碎。常和锌盐、铝盐组合使用、相辐相成。添加量为TIO2的2（此为钛酸盐制成的TIO4胶溶）或TIO2的6（此为TICL4制成的TIO2胶溶）。（2）金红石晶粒调整剂为使金红石型钛白粉在煅烧时能形成圆滑规整、性能优良的颜料颗粒，以及满足各种品级钛白粉的特殊要求，需要在偏钛酸中添加一些调整剂。常用的调整剂有钾、铝、磷、氨和锑等元素的盐类。这些调整剂大多是金红石化的负催化剂。钾盐常用的有碳酸钾、硫酸钾和硫酸氢钾。添加钾盐对改善产品的颜料性能有很大的好处，可以使颗粒疏松，提高白度和消色力，可以使二氧化钛在较高的温度下煅烧而不失去优良的颜料性能，因为在较高的温度下煅烧时二氧化钛颗粒比较致密，有利于提高耐候性和降低吸油量。添加量一般为TIO2的02507（以K2O计）。铝盐目前国外采用铝盐添加剂日益增多，一般使用硫酸铝并配成溶液加入偏钛酸中。添加铝盐能防止二氧化钛烧结，避免颗粒过分长大，产品比较柔软，即使在10001100煅烧，产品白度仍很好。由于添加铝盐后能在更高温度下煅烧，产品颗粒较致密，耐光性和耐候性都很好。但铝盐是一种负催化剂（如TIO2胶溶）组合使用，才能达到较高的转化率和消色力。添加量为TIO2的0810（以AL2O3计）时，产品遮盖力为最高。磷酸或磷酸盐磷酸或磷酸盐能改善产品白度和耐候性，颗粒比较柔软容易粉碎。添加量一般为TIO2的01（以P2O5计）。如同时添加锌盐，则磷酸用量可提高，少量磷酸不会阻碍金红石化，但会使消色力稍有降低，并使达到最大消色力的煅烧温度提高。生产时还要考虑到钛铁矿中含磷量，因为会有一部分磷转移到成品中，由此磷酸添加量可适当减少。但是若偏钛酸浆料中含可溶性钛及稀土的话，则要多加磷酸，因为有一部分磷酸要先消耗在与钛和稀土的结合上。氨水或铵盐水洗合格的偏钛酸中约含有硫酸810，用氨水中和到PH58，产品容易研磨，但会降低金红石化的能力，如在氨水中和后，将硫酸铵洗去，再加1的氧化锌，所得的产品消色力可相对提高一些，但吸油量较高。单加氨水会使金红石化能力降低，因而要与金红石化促进剂配合使用。333工艺流程盐处理过程一般在装有搅拌机的圆筒锥底形塑料质或铁质软塑的盐处理槽内进行。将漂洗合格的偏钛酸送入盐处理槽，开动搅拌机将偏钛酸搅拌均匀后，取样化验含铁量，再测定浆料浓度（对于涂料品种浆料浓度控制在270310G/L）。然后根据含铁量（一般控制在0012以下）和二氧化钛浓度，计算出所需的盐处理剂量。如需用二种或二种以上盐处理剂，按预定的先后程序加入。一般是先加入一种添加剂待充分搅和后（约一小时），再加入第二种，继续搅拌一小时，即可打开放料阀，将处理好的浆料放到方槽，用叶滤机通过真空吸干后用挤压泵送到偏钛酸贮槽。4物料及热量衡算41过滤物料衡算水解后浆液的量和组成如表3表3水解后水解浆液中的量和组成物质含量H2TIO38000KG/HTIOSO41152KG/HFESO44840KG/HNA2SO4500KG/HH2SO41361333KG/HH2O2452625KG/H5263158KG/H411依据（1）水解浆液量水解浆液量中TIO2的量从生产6万吨/年推算出75吨/小时钛白粉，再算出水解浆液量M8T/HG5263158KG/H80152152水解浆液量中TIO2的含量（2）水洗工段收率分配水洗收率97抽滤损失1水洗损失1漂白损失1（3）抽滤湿水合TIO2重度为1690KG（4）抽滤干水合TIO2占水合TIO2重量33（5）干水合TIO2含结合酸占TIO2重量74（6）干水合TIO2含结合水占TIO2重量41412计算（1）抽滤湿水合TIO2的量及组成干水合TIO2量及组成TIO26580658015922KG/H结合酸59227443822KG/H结合水5922412428KG/H干水合TIO2的量G15922438222428660302KG/H湿水合TIO2的量湿水合TIO2G2G1G16603026603021980906KG/H673673湿水合TIO2组成TIO25922KG/H结合酸43822KG/H结合水2428KG/H游离H2SO4458837KG/HFESO44840323156332KG/HTIOSO4115232337209KG/HNA2SO45003231615KG/HH2OG2各组分之和1980906132883652076KG/H（2）抽滤后酸量及组成抽滤后的酸量G3G3GG2526315819809063282252KG/H抽滤后酸的组成T