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

1、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一-盐处理工序工程设计学生姓名：陈琪浪学生学号：200710901004院（系）：牛.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o年六月用硫酸法生产钛白粉工艺中，水洗一一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

2、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abstractin the sulfuric acid titanium dioxide production process,the purpose of washing and salting process is removing the impurity in metatitanic acid.then adding a s

3、mall amount of chemicals to chang the nature,finally making the produce had a good hue,gloss and other special properties.this paper designs with rutile titanium dioxide sulfuric acid production process and the scale of annual production is 20,000 tons. the production process includes first wash,ble

4、ach,second wash, salt, and the process of waste treatment. the paper designs on these process -es and illustrates the flow chart of these process.based on the hour production,the paper designs on first wash,bleach,second wash, and salt with material balance and energy balance. therefore, it provides

5、 the basis for the equipment selection.in the equipment shaping stage, it designs on major installation for computation and shaping base on the explanation of material weight, thermal weight, equipment shaping and workshop arrangement, finally it obtained the design instruction, equip -ment list and

6、 flow chart with controlling point.keywords: sulfuric acid, titanium dioxide, washed, bleach, salt摘要iabstractii1绪论11.1概述11.1.1课题背景11.1.2设计的目的、意义21.13国外现状和发展趋势21.1.4国内的现状和发展趋势41.2设计依据和原则81.2.1设计依据81.2.2设计原则81.3设计基础资料91.3.1气象条件91.3.2地质条件91.4设计范围92建设项目概况112.1建设项目概况112.1.1建设项目名称、性质和地点112.1.2建设规模、内容113工程

7、设计123工艺流程图123.2水洗工段工艺设计123.2.1 水洗123.2.2 漂白153.2.3 漂洗163.2.4水洗工段工艺流程173.3盐处理工段工艺设计173.3.1盐处理工艺目的173.3.2金红石型钛白的盐处理173.3.3工艺流程194物料及热量衡算214.1过滤物料衡算214. 1. 1 依据214.1.2 计算214.1.3物料平衡表224.2水洗物料衡算234.2.1 依据234.2.2 计算234.2.3水洗物料平衡254.3漂白物料衡算254.3.1已知数据254.3.2 计算254. 3. 3物料平衡274.4漂白的热量衡算274.4.1已知数据274.4.2 计

8、算284.4.3热量平衡294.5水洗叶滤机计算304.5.1已知数据304.5.2 计算304.6叶滤机的真空泵计算（以水洗为例）314.6.1已知依据314.6.2 计算314.7盐处理物料衡算314.7.1已知依据314. 7. 2 计算314. 7. 3物料平衡表335设备选型345.1主要设备选型原则345.2水洗主要设备选型和计算345.2.1水洗上片池345.2.2水洗洗片池345.2.3水洗浆料泵345.2.4打浆槽345.2.5叶滤机345.2.6水洗供水泵355.2.7 行车355.2.8真空泵365.2.9分离器365.2.10液封池365.3漂白及盐处理主要设备选型36

9、5.3.1漂白锅365.3.2漂白浆料泵365.3.3 漂白 h2so4 贮槽365.3.4盐处理罐375.4主要设备一览表376车间布置406.1水洗车间布置说明406.2漂白盐处理车间布置说明407环境污染与治理417.1污染物产生及排放417.2废水废酸治理措施418防腐43参考文献错误!未定义书签。结论44致谢451.1概述ll1课题背景中国的钛资源现居世界之首，占世界己可采储量的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。而攀四地区的资源 位全国第一，位于四川省四南部，包括攀枝花和凉山州的20余个县市。攀四地区 是一个巨大的钛聚宝盆，其中钛资

10、源探明储量为世界的1/4,其中伴生着锐、钛、 钻、稼等十几种稀有、贵重金展。已探明锐钛磁铁矿约9.8xl09t,二氧化钛储量 8.73x10*。其钛储量占全国钛资源储量的90.5%,占世界的35%,飢居全国第一 位。原矿平均品位tich含量为5%匕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。因为攀枝花锐钛磁铁矿的开采利用，是 做为攀枝花钢铁厂的原料一铁矿石来生产的，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

11、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。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，中国矿业联合会止式授予我市“中国锐钛之都”称号, 标志着攀枝花跻身中国“矿业名牌城市”行列，对于锐钛之都建设具有里程碑意义。 近些年来，攀枝花市明确了“打造中国锐钛之都、建设特色经济强市”的战略目标, 进入了以帆钛产业带动钢铁等其他产业的新时期，明确了 “十一五”帆钛高技术 产业发展目标，规划了钢铁、锐钛资源开发循环产业链和相关的副产物利用产业 链，明确

12、支持、鼓励发展锐钛产品、工艺和技术。积极搭建融资担保平台，在“中 小企业成长工程j “百亿工程”、“小巨人”项目计划中，注重引导资金、项目向帆 钛产业倾斜。制定了帆钛资源开发产业化项目奖励办法，鼓励加快锐钛资源综合 开发利用，提升综合利用的技术水平和产业层次。扶持锐钛产业技术创新项目， 出台了促进高新技术产业发展和锐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，我国锐钛产业的发展前景 十

13、分广阔。1.1.2设计的目的、意义二氧化钛俗称钛白，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。tich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tich，有些非着色性的产品中也含有tio2, tich几乎应用于各种工 业部门。但是，从世界范围来说，tich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tich占全球tio2总消费量的比例分别为58%-60%. 18-20%和 13-14%,其余领域的消费量只占8-10%o经

14、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飢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，大力推动飢 钛磁铁矿采选、特色钢铁、锐深加工、钛深加工、废弃物利用五大产业链建设和 相关项目群实施，不断延仲锐钛产业链，提高锐钛资源综合利用水平。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

15、进口产品，节省国家外汇都将起到积 极的作用。同时对巩i古1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fi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

16、钛白粉生产商共有20余家，年生产总能力超 过4 700kt/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。杜邦(du-pont)共有5座生产厂，分布于美国、墨四哥和台湾地区，总产能为 1080kt/ao杜邦公司位于美国的delisle钛白粉厂因受飓风破坏而停产的3ookt/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，

17、位于美国、英国、澳大利亚、 法国和巴西，总产能720kt/a。科美基(kerr-mcgee)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(leverlusen 145kt/a , langerblllgge 74kt/a , varennes 73kt/a , lake charles72.5kt/a)和 4 个硫酸法厂(nordenllam 60kt/a, 1 lredrikstacl 30kt/a, leverlusen 28kt/a, varennes 17kt/a),分布丁美国、荷兰、徳国、比

18、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/ao亨兹曼。目前6个在四欧，分布于英国、法国、意大利、四班牙，1个在南非, 1个在马来西亚，另外还包括在美国lake charles 一个年产14.5kt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。其下屈的生产钛白的了公司是徳国的克朗(康)诺斯，共有5.5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

19、生产厂，位于日本、新加坡和 台湾，总产能220kt/ao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ticb，tich的精制，tich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%±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，

20、从事工艺、设 备和新产品的研制； 各大公司倾向丁氯化法制钛白粉； 各厂家高度垄断和严密封锁技术，只有岀售技术，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冈，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年钛白粉需求己增长8%10%,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

21、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述将会持续多时”】。1. 1.4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切。进入21

22、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四部地区转移。 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耍的年份，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

23、胜如是说。当前无论是锐钛型述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，述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538

24、 456吨，占当 年全国总量的51.4%；前30名的产量之和为932 879吨，占全国总量的89.1%。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

25、水洗工序，超大型（bom3及以上）酸解锅和水解锅的应用，巨型锻烧 转窑（卩3.23.4mx5558m）、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，自生品种常（微）压水解、外加品种常（微）压水解、致密型表 面处理、钳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 等都己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己达到上世纪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

26、钛型ptaj20、 金红石型7?-298和宁波新福的金红石型n7?606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。对于锻烧尾气，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

27、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 东云浮惠法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，咼品质产品、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，但述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

28、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，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

29、迈向大型化和现代化。但与国外先进水平相比，我们述存在 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，国内企业一方面耍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

30、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

31、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，述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

32、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fi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h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

33、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，但大多数屈中小企业，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

34、路，全面提升企业的技术 水平和竞争能力。1.2设计依据和原则1.2.1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】。大气污染物质排放标准执行gb8978-1996工业炉窑大气污染物排放标准。 水体污染物排放标准执行gb8978-96污水综合排放标准。工业噪声执行g512348-90工业企业厂界噪声标准。优质碳素结构钢技术条件普通碳素结构钢低合金结构钢可锻铸铁件化工管道设计规范玻璃钢管和管件化工用硬聚氯乙烯(pvcu)管材化工配管用无缝及焊接钢管尺寸系列 输送流体用无缝钢管工业企业管道工程施工及验收规范工业金

35、屈管道工程质量检验及评定标准化工金屈管道工程及验收规范不锈钢无缝钢管衬塑钢管和管件(衬卩2或聚乙烯) 碳钢紧衬聚烯桂(po/cs)防腐蚀系列 过程检测和控制流程图例符号和文字代号 自动化仪表选型规定 供配电系统设计规范g5699-88g5700-88g51591-88g59440-88 /g20695-1987 /g/t21633-1991gb/t4219-1996 /g20553-93 ( ii) g5/t8163-1999 g550235-1997 g550184-1993 g520225-1995 g5/t14976-1994 /g20538-1992q/wsf01-996g52625-

36、81/7g20507-92gb50052-95(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、1.2.2设计原则市颁布的标准、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。1.3设计基础资料1.3.1气象条件(1) 气温攀枝花屈于亚热带立体气候，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

37、多样。年平均气温20°c,最高气温40°c, 最低气温3°c。(2) 气压年平均气压86.8kpa；年最高气压89.58kpa；年最低气压86.59kpa。(3) 空气湿度年平均相对湿度60.0%；年最小相对湿度6.0 %o(4) fl照年日照充足，长达2 361小时2 749小时；辐射强，热量丰富，干燥炎 热。(5) 降雨量年降雨量776.3毫米990毫米，集中在6月8月，最短71天，最长 153天，平均119.9天。1.3.2地质条件(1) 水资源境内水资源丰富，水质达到国家ii级标准，全市有大小河流95条，分屈 金沙江水系、雅薯江水系，两江纵贯全境，年过境径

38、流量达1 102亿立方米。(2) 矿资源攀枝花有丰富的矿资源。1.4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) 水洗一一盐处理工序设备选型设计(3) 水洗一一盐处理工序设备平面布置及工艺配管设计(4) 水洗一一盐处理工序废物处理2建设项目概况2.1建设项目概况2.1.1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：攀枝花市金江锐钛工业园区2.1.2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

39、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tio2feofe2o3mgosio2ai2o3caomno含量>47.034.275.856.12<3.01.340.750.65化学成份scupv2o5nicocras含量<0.190.0052<0.00490.0950.00870.0013<0.0050.0077(2)浓硫酸(98%h2so4)质量符合g5534-89 -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(%wt)1硫酸(h2so4)含量>9&02灰份<0.033铁(fe)含量<

40、0.014不申(as)含量<0.00015铅(pb)含量<0.016透明度>50mm7色度<2.0ml建设内容：新建年产6万t/a金红石钛白粉水洗一盐处理工段装置及配套公用 工程、辅助设施。3工程设计3.1工艺流程图钛白粉牛产工艺流程简图如图1：尾气处理球磨酸解沉降液态箱压机真空结晶器圆盘漂洗晶种制备vv一洗水解 v浓缩盐处理一窑前压榨 一转奈一镉压磨打浆砂磨机尾气处理v成品包装 气粉 闪蒸 j 三洗 j 表面处理 图1硫酸法钛白粉生产工艺流程简图3.2水洗工段工艺设计3.2.1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

41、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、钻、锐、铜、镭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，从而达到净化目的血。(2) 工艺流程水解产物在冷却槽中经盘管冷却至40°c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

42、 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，此时抽岀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（铁氧化钾）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。也可以用硫氧酸钱溶液检定（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

43、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°c左右 真空度保持在5.3x104pa 滤饼厚度保持在40mm 上片时间1小时左右 滤饼含水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旧，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

44、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

45、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 看岀在60°c时硫酸亚铁的溶解度最大，但超过45°c时朔料容易变形，因此水温一 般控制在30-40°c,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2.5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

46、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（硕水）、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

47、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150%200%,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，锻烧后成品色泽较白，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i古i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

48、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

49、空气的机会比后者少。fe?+氧化fj+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。3.2.2漂白（1）工艺目的经过水洗的偏钛酸中存在有痕量的铁、铜、钻、锐等杂质。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。 而且铁杂质经高温锻烧后生成的三氧化铁具有同金红石型钛白相同的品型结构， 往往以同品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fezch含量达到0.009%时开始影响锐钛型 钛白的白度，而对金红石型钛白来说，fezos含量为0.003%时，己使钛

50、白呈现出黄 色。一般经过水洗的偏钛酸的fezo?含量都在0.007%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 分痕量的锐、铅等有害的杂质。（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i古i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展或金屈离子将其述原为低价的硫酸盐，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。2fe（oh）3+3h2so4=fe2（so4）3+6h2ofe2（so4）

51、3+zn=znso4+2feso4fe3+ti3+=fe2+ti4+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： 锌漂用锌粉作述原剂的漂白方法叫锌漂。述原反应如下：2fe3+zn=2fe2+zn2+ 三价钛漂用三价钛离子作还原剂的漂白方法叫三价钛漂。述原反应如下：fe3+ti3+=fe2+ti4+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 成硫酸咼铁。 还原加入还原剂，在一

52、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

53、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。3.2.3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i古i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0.003% （以tich 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，述原

54、剂渗入偏钛酸颗粒内部需要较长时间，效果较差，故己逐步为三价 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：水解后浆液上片池上片一 _洗刮浆槽刮浆槽 二洗 二洗上片池 漂口盐处理图2水洗工艺流程简图3.3盐处理工段工艺设计3.3.1盐处理工艺目的偏钛酸在锻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锻烧，得到的产品颗粒往往很硕，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燉烧，使 产品具有良好的色相、光泽，较高的消色力、遮盖力，较低

55、的吸油量和合适的品 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。3.3.2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 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 红石型品种除外），在高温下（1 050°c以下）长时间锻烧虽然可以使产品全部转化 为金红石品型，但是结品过程会产生严重烧结，品格缺陷很多，品粒过大而且很 硕，产品颜料性能极差，另外，高温常使品格脱氧，使产品呈灰相。因此

56、在生产 中，必须在偏钛酸中添加一些金红石化的促进剂和品型调整剂，使tich以合理的速 度成长，在较低的锻烧温度下生产出品型转化完全，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屈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 进和止催化剂的作用，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屈化合物。常用的促 进剂有锌、镁、锐i、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。采用锌盐可加速品型转化，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、颗粒变硕、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