第5章 钛白粉

1、第5章 钛白粉5.1钛白粉的性质、种类和用途5.1.1 钛白粉简介钛白粉学名为二氧化钛，分子式为TiO2，相对分子质量79.90，属于惰性颜料，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，因同分异构体的不同决定了产品的晶型不同，二氧化钛有锐钛型、板钛型和金红石型三种晶型，不同的晶型有着不同的物理和化学性能。其中有工业利用价值的是锐钛型和金红石型。板钛型是不稳定的晶型，无工业利用价值，锐钛型(Anatase)简称A型，和金红石型(Rutile)简称R型，都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性和化学稳定性，特别是没有毒性。5.1.

2、2 二氧化钛的物理性质自然界存在三种结晶形态：金红石型、锐钛型和板钛型。板钛型不稳定，尚没有工业用途。金红石型和锐钛型都属于四方晶系，但因晶型不同，所以有不同的晶体习性。金红石型是细长的成对的孪生晶体，每个金红石晶胞含有两个二氧化钛分子，以两个棱边相连。而锐钛型则以八面体的形式出现，氧位于八面体的顶角，每个锐钛晶胞含有四个二氧化钛分子，以八个棱边相接。图5-1 不同钛白晶型的晶胞图表5-1 二氧化钛的物理性质物性金红石型锐钛型结晶系四方晶系四方晶系相对密度3.94.23.84.1折射率2.762.55莫氏硬度6-75.5-6熔点()1858高温时转变为金红石型晶格常数A轴0.458，c轴0.7

3、95A轴0.378，c轴0.949电导率（S/m）10-1110-1210-1110-12吸油度16481830着色强度1650190012001300颗粒大小(微米)0.20.30.35.1.3 二氧化钛的化学性质 二氧化钛的化学性质极为稳定，是一种偏酸性的两性氧化物，常温下几乎不与其他元素和化合物作用，对氧、氨、氮、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫都不起作用。也不溶于水、稀酸、脂肪酸和其他有机酸及弱无机酸，只微溶于氢氟酸，在长时间高温煮沸下才溶于浓硫酸，微溶于碱和热硝酸。二氧化钛对酸的作用是微弱的，在热硫酸中的溶解速度随着水合二氧化钛煅烧温度的提高而降低，一般情况下，煅烧温度超过1000就很难溶

4、于热硫酸和盐酸，而煅烧温度低于700，15min左右就能溶于浓硫酸。但是如果加入过氧化氢、硫酸铵或碱金属的硫酸盐，溶解速度可加快。化学反应式如下： TiO2+2H2SO4Ti(SO4)2+2H2O TiO2+H2SO4TiOSO4+H2O TiO2+ 6HFH2TiF6+2H2O 对于金红石型二氧化钛，在浓硫酸中溶解时不能超过225，因为超过225会在其表面形成一层硫酸盐，影响其内部固体的继续溶解，二氧化钛在各种不同酸中的溶液，可以通过它的水合物偏钛酸和正钛酸来制取，相比较起来，水合二氧化钛在硝酸中溶解速度快，在硫酸中慢，在盐酸中最快。5.1.4 钛白粉的主要用途涂料行业是钛白粉的最大用户。其

5、中，金红石型钛白粉，大部分被涂料工业所消耗。用钛白粉制作的涂料，色彩鲜艳，遮盖力高，着色力强，用量省，品种多，对介质的稳定性可起到保护作用，并能增强漆膜的机械强度和附着力，防止裂纹，防止紫外线和水分透过，延长漆膜寿命。钛白粉在塑料行业中的应用最为广泛。在塑料中加入钛白粉，可以提高塑料制品的耐热性、耐光性、耐候性，使塑料制品的物理化学性能得到改善，增强制品的机械强度，延长使用寿命。造纸行业也是钛白粉的消费大户。作为纸张填料，主要用在高级纸张和薄型纸张中。在纸张中加入钛白粉，可使纸张具有较好的白度，光泽好，强度高，薄而光滑，印刷时不穿透，质量轻。造纸用钛白粉一般使用未经表面处理的锐钛型钛白粉，可以

6、起到荧光增白剂的作用，增加纸张的白度，但层压纸要求使用经过表面处理的金红石型钛白粉，以满足耐光、耐热的要求。钛白粉还是高级油墨中不可缺少的白色颜料。含有钛白粉的油墨耐久不变色，表面润湿性好，易于分散。油墨行业所用的钛白粉有金红石型，也有锐钛型。纺织和化学纤维行业是钛白粉的另一个重要应用领域。化纤用钛白粉主要作为消光剂，由于锐钛型比金红型软，一般使用锐钛型，化纤用钛白粉一般不需表面处理，但某些特殊品种为了降低二氧化钛的光化学作用，避免纤维在二氧化钛光催化的作用下降解，需进行表面处理。5.2 原材料及其规格要求5.2.1 主要生产原材料钛铁矿粉：粉碎要求：矿粉细度小，粒度分布窄而均匀，325目过筛

7、小于10%，TiO248%，FeO32%，Fe2O3<10%，泥浆胶体<10%，93%浓硫酸。5.2.2 辅助生产原材料还原剂：铁粉或铁屑，通常要求厚度小于3mm，无油污，无其他非金属杂质，无镀铬层。铝粉：一般选择高活性铝粉。氧化剂：氧化剂只针对钛渣制得的钛液使用，最常见的氧化剂是硝酸钠。絮凝剂：改性的聚丙烯酰胺AMPAM。消泡剂：酸解时会产生大量泡沫，影响酸解钛液热量的发散，目前使用十二烷基苯磺酸钠，也可用普通洗衣粉。助滤剂：常见的助滤剂有木炭粉、珍珠岩和硅藻土等。盐处理剂：钾盐、磷酸等其他盐类。粉碎助剂：三羟甲基乙烷、三羟甲基甲烷、三羟甲基丙烷、季戊四醇等。5.2.3 后处理原

8、料润湿分散剂：六偏磷酸钠、硅酸钠、氢氧化钠、乙醇胺。包膜剂：硅酸钠、硫酸铝、偏铝酸钠、硫酸氧钛、硫酸锆等。5.3硫酸法生产钛白粉工艺概述硫酸法生产钛白粉的工艺过程可归纳为五大步骤和十大环节，五大步骤为：原料准备、钛液制备、生成水合TiO2、水合TiO2的煅烧和TiO2的表面处理。十大环节为：钛铁矿的干燥与粉碎、钛铁矿的酸解、钛液的净化、硫酸亚铁的结晶、含钛溶液的水解、水合TiO2的水洗与漂白、盐处理、煅烧与粉碎、TiO2的表面处理与超微粉碎，其工艺流程图如图5-2所示。锐钛型产品化学品制备表面处理剂金红石型二氧化钛煅烧中间粉碎打浆分散砂磨表面处理三洗干燥气流粉碎盐处理包装盐处理剂二洗原矿粉碎酸

9、解沉降结晶分离过滤浓缩水解一洗漂白废酸浓缩废酸煅烧晶种图5-2 硫酸法生产钛白粉的工艺流程图5.4 酸解工段5.4.1 生产原理 经研磨、干燥后的钛铁矿一般在铅衬反应器中用8592%的硫酸在150180 的温度下进行酸解，为便于酸解，原料钛铁矿通常要磨到200目左右。硫酸分解钛铁矿所发生的主要反应可表示如下： FeO+H2SO4FeSO4+H2O 5.4.2 工艺流程图5-3 磨矿流程1. 磨矿钛铁矿由提升机提至原料仓，通过下料器计量送入磨机；粉碎后的钛铁矿经过分级机，不合格的物料由回料螺旋重新送入磨机再次粉碎，合格的钛粉则进入袋滤器，被收集下来后经提升机送入矿粉料仓备用；经研磨、干燥后的钛铁

10、矿一般在铅衬反应器中用8592%的硫酸在150180的温度下进行酸解。图5-4 酸解流程2.酸解在酸解锅锥底通入压缩空气强烈搅拌，按配方投入93%硫酸，然后投入矿粉，使矿粉和硫酸充分混合，再加入定量的稀释用的废酸水，继续搅拌，由于浓硫酸被废酸中的水稀释，放出大量热量，使酸解锅内物料温度上升很快，数分钟内能达到250，78小时后主反应基本完成，停止通入压缩空气，熟化一段时间，使其继续反应，提高酸解率。熟化后再通入压缩空气进行助冷，冷却至90120时加入废酸，废钛液和自来水进行浸取。然后加入铁屑还原，既得钛液。投料量：硫酸（100%计算）/FeTiO3=1.51.6/1钛液指标：钛液总含量1151

11、30g/L；钛液中三价钛量：1.03.0g/L，钛液F值：=1.72.1。5.4.3主要设备酸解锅构造：外壳为钢板，锅内先涂一层铅，然后用耐酸胶泥砌上两层耐酸砖。烟囱用钢衬两层耐酸砖，要大一些，使得酸解反应产生的大量水蒸气，二氧化硫，三氧化硫等气体能及时排除，锥体的分布板用铅或耐酸陶瓷制成，开孔的角度要保证压缩空气能均匀的吹到反应锅的四周而不留死角，好让固相物体全部溶化，放料阀既要耐温、耐腐蚀，又要能满足放料，通压缩空气，通蒸汽的功能。容积为130m3，酸解锅投料约为2730吨，酸解锅的高度（含锥体）是直径的两倍。锥体夹角60°。图5-5 酸解锅5.4.4 生产安全与防护硫酸为酸性物

12、，对环境有危害，对水体和土壤可造成污染，对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用，酸雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜浑浊，以致失明；引起呼吸道刺激，重者发生呼吸困难和肺水肿；高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡；严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休克等；皮肤灼伤轻者出现红斑，重者形成溃疡，愈后疲痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤，甚至角膜穿孔、全眼炎以致失明。慢性影响会出现牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。若与皮肤接触，应迅速用大量清水冲洗，至少15rnin，后期用很稀的弱碱液(如硼砂、小苏打液)冲洗，切勿用少量水或用强碱液洗，因为这样做会产生更多的热量，加重其伤势，稍后应就医。若溅人

13、眼睛，应立即提起眼睑用大量清水或生理盐水彻底冲洗，稍后应就医。若吸入，应迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道畅通；如呼吸困难，应给予输氧，如呼吸停止，应立即进行人工呼吸，稍后应就医。若食入，应用水漱口，再饮大量牛奶或蛋清，稍后应就医。防护措施如下:身穿橡胶耐酸服，手戴橡胶耐酸手套。可能要触其酸雾时，必须佩戴空气呼吸器。操作工起码要戴防护眼镜、橡胶耐酸靴和耐酸手套。工作场所禁止吸烟、进食和饮水，饭前洗手，工作完毕要淋浴更衣，及时换洗被污染的衣服，保持良好的卫生习惯。 贮运、装卸、使用注意事项及泄漏应急处理方法如下：一般少量硫酸用耐酸坛、陶瓷耐酸罐或塑料耐酸罐，外加半花格木板箱包装，用石膏等耐酸材

14、料密封。贮存于阴凉、干燥、通风仓库，避免日晒，不可接近热源和火种，严防水湿受潮，应与易燃或可燃物、碱类、金属粉末、氧化剂等分开存放。不可混贮混运，搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏，分装和搬运时要注意个人防护，大量硫酸用铁罐包装，专用槽车运输，卸至低位酸桶，然后用耐酸泵送入贮酸槽。使用浓硫酸时，最好用耐酸泵将酸送至高位计量槽备酸解之用。由于浓硫酸与水作用会放热，一般稀释硫酸时，只能将浓硫酸缓慢地加入水中，不允许把水往浓硫酸里加，以防酸液表面局部过热，一部分水迅速沸腾，引起硫酸飞溅伤人，但是在酸解过程中加稀释水时，是将水往浓硫酸里加，这是生产工艺的需要，同时加稀释水是在密闭的酸解锅内加的，即使

15、有酸液飞溅也不会伤人。在加铁屑或铁粉进行钛液还原时，活泼的金属铁与钛液中的稀硫酸作用，会产生大量的易燃性氢气。氢气也是危险化学品，当氢气在空气中体积含量达到4%75%时，即形成爆炸混合气体，一旦遇明火，会发生爆炸。生产中还原过程产生的氢气与鼓入作搅拌用的空气混合，已经形成爆炸混合气体，幸好这些混合气体已随烟囱的空气对流，而从烟囱跑掉。但是在酸解锅的加料时切不可有明火，若有明火接触到锅内的混合气体，仍有爆炸的危险。5.5 沉降工段5.5.1 生产原理沉降是适用于从粗分散体系悬浮液中分离出固体颗粒的方法，它是利用重力作用使体系中的悬浮固体颗粒沉降下来。对于钛液中属粗分散体系的悬浮残渣，可通过沉降而

16、分离出来，然而对于粒径为1-10微米的细不溶杂质和属细分散体系的胶体颗粒，则由于布朗运动，重力不能使之沉降，需加入沉降剂使得分散的细颗粒聚集成大颗粒，提高沉降分离的速度和效率。5.5.2 工艺流程图5-6 沉降流程1. 沉降过程开絮凝剂输送泵，再开启放料泵，根据钛液流量调节絮凝剂流量大小，在静态混合器中充分混合输入沉降池，钛液经过沉降后，沉降池底部形成一层泥浆层，中间为自由沉降、干涉沉降等形成的泥浆浓度较低的过渡层，上面为比较澄清的清液。底部泥浆成分复杂，既含有没有完全分解的金红石型钛矿，也含有没有完全分解的锐钛型钛矿，还含有大量的不和硫酸反应的其他矿石，也夹杂了部分澄清的钛液；过渡层则大部分

17、是钛液和少量的泥浆；上清液一般为沉降比较好的钛液。在沉降后钛液的输送时，沉降池的放料口或者是虹吸口一般都位于过渡层的上部，防止将钛液中的固体杂质颗粒带入到下一个工序中去。上层清液送去清液板框过滤，下层浊液送去浊液板框过滤。 2影响钛液沉降的因素（1）胶质从理论上讲钛液中的胶质含量多，可以通过多加AMPAM絮凝剂解决，但常常是多加絮凝剂也不奏效。有时钛液胶质突然增多，因无仪器监测，不能及时增加AMPAM的量，结果效果很差，需要再次增加沉降剂才能解决，有时甚至再加沉降剂仍无效，只好将这锅钛液分几次加入下几批钛液一起再处理。正因为钛液胶质多难以沉降，所以有些钛白粉厂把进厂的钛铁矿再磁选一次，尽量选去

18、非钛杂质，这样既可减少硫酸的消耗，又可减少钛液中胶体杂质的含量，有利于钛液沉降的进行。（2）钛液的密度钛液的密度是由钛液中物质的含量而定。在其他条件不变的前提下，随着密度的升高，沉降效果变坏，这是由于铁液的密度上升，絮凝胶质与液相的密度差缩小，颗粒沉降速度变慢。钛液浓度密度成正比例关系的，钛液密度上升，说明钛液浓度增大，钛液的粘度增大，胶质也就不容易沉降。钛液相对密度小，有利沉降，但会增加钛液浓缩的困难，一般控制在相对密度为1.51.55。（3）温度温度上升，钛液的黏度下降，对颗粒沉降有利。但是对钛液来说，温度上升到60以上时，铁液的稳定性下降，分子热运动加快，絮凝架桥成网和捕集胶粒的能力随之

19、下降，以至于沉降效果明显下降。夏天热，难沉降；冬天冷，易沉降，就是这个道理。但是钛液的温度过低，钛液黏度和絮凝剂黏度都增大，也会降低沉降效果，因此说，采取相应的保温措施是十分必要的。一般控制温度在(60±5) 在49-68范围以外都难沉降。（4）三价铁含量随着铁液中三价钛含量的上升，凝聚作用增强，可使沉降效果提高。但是三价钛浓度过高，会使钛液黏度增大，不利于沉降。三价钛增加得越多，硫酸的消耗就越多，钛液中的有效酸就越少，钛液的稳定性就越差，残渣的沉降就越难。同时，三价钛过高，还会因其不发生热水解，不生成偏钛酸沉淀，而直接影响水解率的提高，造成钛的回收率降低。3沉降过程工艺指标钛液的沉

20、降温度夏季控制在55-65，冬季控制在60-68。沉降后钛液指标一般控制为：Ti3+ 1-4g/L；Ti4+ 115-135g/L；F值1.75-2.00；稳定性大于350mL；残渣含量小于300mg/L。絮凝剂AM-PAM成品一般为1%，使用时一般稀释在0.1%-0.3%，在生产中絮凝剂的加入量一般控制在10-50g/m3。5.5.3 主要设备借重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备称为沉降槽。当用于低浓度悬浮液分离时，也称为澄清器；图5-7是常用的连续式沉降槽的结构示意图，它是一个底部略呈锥状的大直径浅槽，料浆由伸入液面下的圆筒进料1:3送至液面以下0.31 m处，并迅速分散至整个横截面上

21、，液体缓慢向上流动，清液经溢流堰连续流出，称为溢流；钛白粉生产过程中采用浮头泵，吸入管借助泡沫板浮力浮在液面上，抽取上层液体。而颗粒则沉降至底部形成沉淀层，并由缓慢转动的耙将其汇集于底部中央的排渣口处连续排出，排出的稠浆称为底流。图5-7 连续沉降槽（1-进料槽道；2-转动机构；3-料井；4-溢流槽；5-溢流管；6-叶片；7转耙）5.5.4 生产安全与防护 钛液的沉降虽然是一个简单的物理过程，但要求很严，对以后的产品质量、收率、生产进度都有较大的影响，最好一次成功，因为沉降不好，温度降低的钛液无法加温，加温极易引起稳定性下降，甚至发生早期水解，如果沉降效果不好，温度不是太低的情况下，可再添加少

22、量絮凝剂进行二次沉降，如果还不行只能把上层稍好的钛液分批少量的带到下一批钛液中继续沉降，也可用淡废酸或小度水稀释上层清液，再补加絮凝剂沉降后作为小度水使用，或带到下一批钛液中继续沉降。严重早期水解、或胶体物质很多无法沉降的钛液是不能用来生产颜料级钛白粉。至于沉降不好查明是絮凝剂质量的原因，应倒掉重配，切忌企图用增加用量来改善效果，往往沉降效果会更差。有机絮凝剂不能存放时间过长，明胶之类的动物胶极易腐烂变质。无论使用有机絮凝剂还是无机凝聚剂，都是靠重力作用自然沉降，难免有许多颗粒因各种原因未能沉降下来，特别是从沉淀罐中把钛液送往结晶工序时，无论是采用下部放料还是上部虹吸的办法，都有可能把沉降物带

23、走，为了提高产品质量有许多工厂在结晶前先用板框压滤机过滤1次（又称热过滤)，因此时钛液的温度仍较高(约45-55)，粘度低好过滤，这样不仅能减轻后面控制过滤的负担，而且结晶出来的硫酸亚铁质量好。5.6 板框过滤工段5.6.1 生产原理 板框压滤机由交替排列的滤板和滤框构成一组滤室。滤板的表面有沟槽，其凸出部位用以支撑滤布，滤框和滤板的边角上有通孔，组装后构成完整的通道，能通入悬浮液、洗涤水和引出滤液，板、框两侧各有把手支托在横梁上，由压紧装置压紧板、框，板、框之间的滤布起密封垫片的作用，由供料泵将悬浮液压入滤室，在滤布上形成滤渣，直至充满滤室。滤液穿过滤布并沿滤板沟槽流至板框边角通道，集中排出

24、，过滤完毕，可通入清洗涤水洗涤滤渣。洗涤后，有时还通入压缩空气，除去剩余的洗涤液，随后打开压滤机卸除滤渣，清洗滤布，重新压紧板、框，开始下一工作循环。 用隔膜压滤机对浊液和清液进行过滤，得到不含固体杂质的料液，用箱式压滤机对增稠剂内的泥浆进行固液分离，压滤出的小度水送酸解回用，泥浆干基卸走集中处理。5.6.2 工艺流程图5-8 板框过滤流程图 板框过滤的操作是先把助滤剂用淡废酸或水调成悬浮状，通压缩空气搅拌均匀，然后用泵打入上好滤布的板框压滤机内，进行循环过滤，在压力的作用下使助滤剂在滤布上形成一层均匀的助滤膜，至循环液澄清为止。然后泵入待过滤的钛液进行循环过滤，直至滤液达到要求后，立即停止循

25、环，进行正常的连续压滤作业，得到澄清钛液，送入合格钛液贮槽，以备浓缩之用。过滤连续操作时，过滤压力越来越大，流量越来越少，说明滤布孔眼已堵塞，应立即停止过滤，拆机后用少量洗衣粉洗刷滤布，然后重新装好，按上述操作步骤重新压滤。 总钛液浓度：140-170g/L；Fe/TiO:0.28-0.35；泥浆回收时小度水浓度40g/L。5.6.3 主要设备图5-9 板框压滤机1-压紧装置；2-可动头；3-滤框；4-滤板；5-固定头；6-滤液出口；7-滤浆出口；8-滤布板框压滤机由10-30对滤板和滤框交替排列组成，每对滤板和滤框之间夹有滤布，安放在一个支撑架上，并配有一个压紧装置和集料盘，压紧装置可以手动

26、也可以电动操作，使滤板和滤框紧密接触而不泄漏，集料盘用来收集板框间滴流下来的钛液。滤板和滤框在一边的上角和下角处各有一孔，板框排列后，这些孔相互联结形成两个孔道，上孔道为待滤钛液的流入通道，与板框内部相通，滤框中间是空的，下孔道为滤净钛液流出的通道，与滤板的集液口相通，滤板四边平滑，中间部分有直的沟槽以供滤液流动之用，沟槽和下部通道相通，使滤液汇集于排液通道而排出，板框压滤机工作时，滤框位于两块滤板之间，形成一个滤室，浆钛液流入滤室后，固体粒子被截留在滤布上，清液则透过滤布，沿滤板上的沟槽下流，流至通道口，最后集于排液管而排出。板框顶紧压力20-25MPa；泥浆回收时板框顶紧压力18-21MP

27、a。5.6.4 生产安全与防护 板框在主梁上移动时，不得碰撞、摔打，施力应均衡，防止碰坏手把和损坏密封面；物料、压缩、洗液或热水的阀门必须按操作程序启用，不得同时启用；卸饼后清洗板框及滤布时，应保证孔道畅通，不允许残渣粘贴在密封面或进料通道内；液压系统停止操纵时，操作装置的长杆手轮应常开，短杆手轮应常闭，以保证安全；安装压滤布必须平整，不许折叠，以防压紧时损坏板框及泄漏；液压站的工作压力橡塑板框最高工作压力不得超过20MPa。过滤压力必须小于0.45MPa；过滤物料温度必须小于80，以防引起渗漏和板框变形、撕裂等；操纵装置的溢流阀，须调节到能使活塞退回的最小工作压力。5.7 真空结晶工段5.7

28、.1生产原理 真空结晶是使钛液冷却至硫酸亚铁达到饱和而析出晶体的过程。但它没有热交换过程，钛液的热量是由一小部份溶液的蒸发吸热而得以除去的，这是因为在减压（真空）下，钛液的沸点下降而形成局部沸腾，使溶剂蒸发，由于气化潜热，它需要吸收大量热量，钛液本身降温。5.7.2 工艺流程将清钛液泵入结晶罐，利用硫酸亚铁的溶解度随着温度的降低而降低的差异，同时，随着生产过程的进行，水分不断地蒸发，硫酸亚铁浓度不断提高，从而使在结晶罐中溶于钛液中的硫酸亚铁不断结晶析出。先由真空泵产生真空，再开蒸汽喷射泵提高真空度，使钛液进一步被蒸发降温和提浓至硫酸亚铁达到过饱和而析出晶体，当钛液最终温度达到工艺要求时，结晶结

29、束。喷射器的蒸汽和从结晶罐抽出的蒸汽在冷凝器中冷凝，冷凝液经液封流入循环水系统。工艺参数：每罐进料体积：25m3 ；钛液初始温度：50-60；辅喷射泵启动时的钛液温度：50；主喷射泵启动时的钛液温度：40；结晶终了时钛液温度：15-19； 初始/最终真空度：0.0936/0.0992 MPa； 从冷凝器出来的冷却水温度：42； 蒸汽压力：0.8-1.2 MPa 5.7.3 主要设备图5-10 真空结晶图钛液泵入真空结晶器内，一般注入钛液体积为结晶器全容积的50%左右，防止钛液在沸腾时酸雾随蒸汽被带走的太多。开启底部的高速搅拌，开启机械真空泵，负压降至一定数值开启辅助喷射器，然后开启主喷射器，保

30、持冷却水的温度和流量，直至结晶器内的钛液温度降至工艺所需温度，将物料放至下一工序。5.7.4 生产安全与防护在蒸汽喷射泵和蒸汽分配台的操作中，严格按规定操作，防止出现人身伤害事故。做好开车前的各项检查准备工作，严格按操作程序开、停每台设备。表5-2 不正常现象原因分析及处理方法序号故障原因处理措施1结晶罐真空太低1、泵体或密封泄漏2、系统漏真空3、蒸汽压力低4、冷却水量过低、或水分布器堵塞、或者循环水的温度过高1、通知维修工检修真空泵2、检查系统漏点并整改3、提高蒸汽压力（通知调度）4、调节水量或检查循环水装置2结晶罐放料不出1、结晶罐未排空2、放料阀坏3、放料管结晶堵塞1、打开排空阀泄真空2

31、、更换放料阀3、打开顶水阀冲通3冷却时间太长1、冷却水温过高或水量过小2、搅拌器失灵或搅拌速度过慢3、结晶系统泄漏1、检查循环水系统是否正常2、检修搅拌器3、整改漏点4循环水跑白进料过多严格按要求进料5.8 圆盘分离工段5.8.1 生产原理结晶钛液从结晶钛液贮槽放入圆盘过滤机，圆盘过滤机设四个区：过滤区、洗涤区、疏松区和卸料区，在过滤区结晶钛液经滤液布料盘均匀分布在圆盘过滤板上，钛液被抽滤进入母液槽，而亚铁滤饼留在滤板上进入洗涤区，在洗涤区的滤饼先是被小度水进行一次洗涤，一洗滤液也进入母液槽；然后滤饼再用水进行二次洗涤，二次洗涤液进入小度水槽作一次洗液用；在疏松区滤饼被压缩空气反吹使其疏松，在

32、卸料区亚铁被螺旋卸料机刮料，送入亚铁包装场。母液送往热钛液槽。图5-11 圆盘分离器1-分配头；2-螺旋输送机；3-过滤盘5.8.2 工艺流程在水平放置的主转盘上，呈环形安置若干扇形滤室，在滤室上部配有支撑网，过滤网和滤布，滤室的下部有出液管，与主转盘的中部的错气盘相连接。需要过滤的悬浊液由上部加料斗连续加入，经过扇形滤室过滤后，滤液由下部的出液管进入到错液盘，然后进入气液分离器。上部的滤饼层则在主转盘旋转的过程中，经过多次洗涤和吸干，由螺旋卸料器刮出卸料，滤饼的残留被压缩空气松动后，开始了下一个循环的加料。主转盘旋转一周的过程，依次完成了加料过滤洗涤吸干卸料反吹等过程。5.8.3 主要设备

33、圆盘真空过滤机如图5-12所示。它的主要部件有滤浆槽，中央旋转轴，过滤圆盘有若干个，每个圆盘由10-30个彼此独立的扇形滤叶所组成，圆盘的两侧面均覆盖滤布，圆盘固定在中央空心轴上一起转动。滤浆槽由隔板分隔成数段，与此相应，每段装有一个过滤圆盘，圆盘两侧装有刮刀，作卸除滤饼用。分配头等其他结构以及工作原理与转鼓真空过滤机大同小异。圆盘真空过滤机的过滤面积大，占地小，滤布更换更容易，动力消耗少，但结构较为复杂，滤饼洗涤较不完全。图5-12 圆盘分离设备图 分离七水硫酸亚铁的钛液不仅粘度、密度有所下降，而且由于硫酸亚铁中的7个结晶水带走了钛液中部分水分，使钛液浓度提高30g/L左右，有效酸提高80g

34、/L左右，体积也相应减少17%20%。5.8.4 生产安全与防护工作中严格执行调度的指令，做好各级联系；严格按照圆盘过滤机的操作规程进行操作，防止搅伤和设备损坏事故的发生；为防止硫酸亚铁洗涤时复溶过多，洗涤水温度不能太高，夏季使用冷水。5.9 浓缩工段5.9.1 生产原理 钛液中的水是溶剂，是可挥发的，钛液中的硫酸氧钛、硫酸钛和硫酸亚铁等是溶质，是不可挥发的，借助于加热作用，使钛液中的水逐渐汽化挥发而排出，使溶质溶度逐渐变大。钛液的沸点在104-114之间，但在此高温下，钛液稳定性迅速下降，钛液水解的临界温度只有80，超过80就会水解，所以要采用真空浓缩去除水，沸点与压力成正比，要使浓缩温度不

35、超过75 ，其真空度必须控制在0.08MPa以上。5.9.2 工艺流程钛液经流量计从底部的加料室进入钛管蒸发器，在此受管外的蒸汽加热，蒸发出来的水汽以很快的速度在管内上升，钛液被这高速气流拉成薄膜，在极短的时间内上升至浓缩器顶部涌出，在分离器进行气液分离，浓钛液经溢流管进入钛液水封池，蒸汽则经冷却水混合冷凝后通过气管排到水封池流出系统外，其中不凝性气体从冷凝器顶部排除，经气液分离装置进入真空缓冲罐，最后经真空泵排入大气。过滤后的钛液浓度低，为150g/L，制得的偏钛酸颗粒粗，要浓缩至TiO2 含量为200±5g/L。5.9.3 主要设备图5-13 薄膜浓缩升膜式薄膜浓缩器的分离室、蒸

36、发室、加热列管、进料室等一般使用耐腐蚀的金属钛，蒸汽加热室的外壳可以用普通碳钢。待浓缩的物料从底部进入加热室的钛列管中，加热蒸汽通过列管壁进行热交换，钛液在真空下受热迅速蒸发，汽化了的水蒸汽夹带钛液成膜状快速上升进入蒸发室，通过蒸发室顶部的汽液分离装置进行汽液分离，钛液留在蒸发室内顺浓缩液溢流管进入钛液收集池，钛液在列管中受热面积大，受热均匀，使能源消耗少，钛液受热时间短，钛液在列管中的上升速度一般达到20-25m/s，其实际受热时间只有0.08-0.20s，这样有利于保持钛液的稳定性，温度控制在75以下，真空度控制在0.08MPa以上。5.9.4 生产安全与防护严格按照操作规则操作，严格控制

37、蒸汽压力、真空度、进料量、进料浓度和浓缩温度，以确保浓缩后的钛液达到指标要求；防止冷却水流入钛液水封中；若系统漏气较严重，抽气量不足，加热蒸汽量过大或冷却水不够，都会使真空度降低，应该保持真空度在0.08MPa以上，防止上述现象发生。若钛液流量过大，浓缩器溢流管来不及排除，浓缩器溢流管堵塞，溢流管漏气等，都会使钛液进入冷凝系统，为此必须防止上述情况发生。若浓缩时真空度下降，温度太高或冷却水倒流都会引起钛液稳定性下降而出现早期水解现象，造成不可挽回的损失，必须防止此类事故的发生。5.10 水解工段5.10.1 生产原理 水解岗位是钛白粉生产中的核心岗位，在此过程中，钛液由黑色的液体变为白色的固体

38、，其反应方程式为：Ti(SO4)2+H2OTiOSO4+H2SO4-QTiOSO4+H2OH2TiO3(TiO2·H2O，白色)+H2SO4-Q水合二氧化钛是由钛的硫酸盐溶液热水解而生成的。为了促进热水解反应，并使得到的水合二氧化钛符合要求，一般采用引入晶种或自生晶种的方法。水解的过程可分为3个步骤：晶核的形成、晶体的成长与沉淀的形成，沉淀物的组成以及溶液的组成随着水解作用的进展而改变。水解在二氧化钛生产中极为重要，水解的条件决定着微晶体、胶粒和粒子的大小，归根到底也就是决定着最终产品的质量。5.10.2 工艺流程：1. 水解流程图蒸汽蒸汽 液碱 矿滤水碱液计量槽碱液配制槽石墨冷却器

39、偏钛酸罐晶种配制罐钛液预热罐水解罐浓钛液罐晶种钛预热罐图5-14 水解流程图2操作控制工艺指标（1）粒子大小为可见光波长的一半（0.2-0.4微米 ），粒子大小决定成品质量的好坏；（2）水解率>95%：应在保证粒子大小的前提下，提高水解率；（3） 配制碱液浓度100g/L，碱液预热温度85±0.5，预热后碱液浓度为88g/L；（4） 晶种钛液预热温度85±0.5，晶种中和温度85±0.5，晶种终点温度96±0.5；（5）晶种总钛140-150g/L，晶种加入量 2.2%；（6）抽滤速度200 mL/ 7min，偏钛液冷却温度50-60；（7）F值1

40、.75-1.95。5.10.3 主要设备 工业上一般使用搪瓷反应锅或衬有耐酸瓷板的反应容器。水解钛液要求预热速度为1/min，故要求预热盘管配置面积足够大，水解锅必须密封，否则加压水解无法实现，水解搅拌极为重要，搅拌直径应该是罐体内径的48%50%，水解锅锅底要有足够坡度，保证水解放料后锅底不存在任何料液，水解后的物料要及时快速的冷却，水解锅要配置冷却设备和冷却后料浆的贮槽。5.10.4 生产安全与防护操作前仔细检查蒸汽、钛液管道、压力表、泵、搅拌装置是否正常，水解锅、浓钛液预热槽、水预热槽、放料阀有无破损，发现问题即时处理；操作时加强巡回检查，发现问题即时处理，注意周围环境防止烫伤和跌倒；严

41、格执行生产技术操作规程；水解结束后，放料前必须认真确认偏钛酸储槽的液位，防止放料时发生冒锅事故；进入水解锅、浓钛液预热槽作业时必须有人监护，防止因高温而发生中暑；取样及观察物料时，应站在安全距离处，防止蒸汽烫伤及高温物料溅出伤人。5.11 水洗工段5.11.1 生产原理 由于水解反应是在较高的酸度下进行的，因此大部分杂质磷酸盐仍以溶解状态留在母液中；水洗的任务是将水合二氧化钛与母液分离，再用水洗涤以除尽偏钛酸中所含的可溶性杂质；由于偏钛酸中的杂质离子浓度较高，根据传质理论，浓度差就成了杂质离子从偏钛酸中转移到水中去的动力，不停的供水，就达到了除去可溶性杂质的目的。5.11.2 工艺流程1水洗流

42、程图5-15 水洗流程图水解后物料经过石墨换热器冷却至45-60，通过泵送入上片池，到达一定液位时将已经连接好真空管路的叶滤机落入上片池内，使得物料液位正好浸没叶滤机，开启真空阀门开始上片过程并同时均匀而连续的向上片池内部补充物料。物料在叶滤机滤片上逐渐形成滤饼，当滤饼达到一定厚度时，一般为25-35mm时，用吊车将叶滤机组吊起，并抽干3-5min后，将其放入水洗槽内，水洗初期15min的滤液和上片时的滤液一起进入废酸槽，回收其中的二氧化钛后废酸另作他用。水洗1h后每隔半小时检查一次滤液中铁含量，当铁含量达到要求时，说明一洗达到终点，合格后的滤饼用吊车吊至卸片槽，继续真空抽干10min，用水枪

43、或塑料铲子将滤饼卸至卸片槽，加水打浆用泵送入漂白工序。一段时间后，水洗池或上片池底部会有物料沉积，要及时清理。2水洗过程控制工艺指标（1） 浆料温度保持在24-40；（2） 真空度保持在0.053MPa；（3） 滤饼厚度保持在25mm-35mm；（4） 上片时间约为1.5h；（5） 滤饼含水量65%；（6） 偏钛酸含铁量0.01%；（7） 水洗时间6-8小时；（8） 水洗工序回收率95%。 5.11.3 主要设备 叶滤机是由叶片和吸液管组成的。叶滤机一般由10-30片叶片组成，每片两面过滤面积为2-5m2，并联排列，与真空管线相连通，叶片由厚5mm左右的聚氯乙烯或聚丙乙烯硬塑料板及一定粗细的塑

44、料管焊接而成，塑料板上布满直径5mm的小孔，外面以涤纶布袋为过滤介质。其工作原理是利用一种具有众多毛细孔的物料为介质，在真空的作用下，使溶液从小孔通过，而将固体截留，从而达到固液分离和固体水洗的目的。5.11.4 生产安全与防护上片抽滤时要注意调节浆料进料量，要始终保持液面刚刚高过叶滤机上端，既要防止浆料太少造成吸片上薄下厚又要防止过满而溢出槽外；水洗槽要定期清理沉积在槽底的沉积物；经常清洗和定期调换滤布；防止断水缺水保持水清洁不浑浊。5.12 漂白工段 5.12.1 生产原理 水洗时间的延长，酸度降低，铁以氢氧化铁沉淀形式存在，无法通过延长水洗时间去除，必须进行漂白转化为可溶性的氢氧化亚铁，

45、再经过二洗去除。漂白就是高价铁被还原为亚铁的过程。Fe(OH)3沉淀漂白过程中发生的化学反应如下：2Fe(OH)3 + 3H2SO4Fe2(SO4)3+6H2O；Fe(OH)2+H2SO4FeSO4+2H2O (酸溶）Fe2(SO4)3+Ti2(SO4)3+2H2O2 FeSO4+ 2H2SO4 + 2TiOSO4 （还原） 5.12.2 工艺流程蒸汽冷却水冷却水蒸汽钛液计量罐浓硫酸计量罐三价制备罐三价计量槽漂白锅浓钛液硫酸铁粉 一洗偏钛酸漂洗图5-16 漂白流程 1. 酸溶在带有搅拌和夹套加热的反应锅中加入水洗合格后的偏钛酸和水，搅拌并调节浆液浓度至TiO2含量为300g/L左右时，加入硫酸

46、，使料浆中硫酸的浓度在4050g/L之间，通入蒸汽加热至5055，使氢氧化高铁溶解为硫酸高铁。2. 还原按TiO2 计加入0.41.0%的三价钛溶液做还原剂，继续搅拌，继续加热，使温度保持在5055一小时，使硫酸高铁全部变成硫酸亚铁。取样测定浆料中三价钛浓度为0.30.5g/L，冷却至40以下，即可水洗。3漂洗将还原漂白的偏钛酸浆料，用真空叶滤机吸浆过滤，进一步洗去硫酸亚铁直到偏钛酸中Fe2O3含量达标。4. 漂白控制工艺操作指标表5-3 漂白控制工艺操作指标指标名称指标单位指标范围漂泊浓度g/L300-330漂前Fe含量ppm2000浓H2SO4浓度%98Ti3+浓度g/L65-75Ti3+

47、还原率%>95漂后Ti3+浓度g/L0.7-1.0漂后H2SO4浓度g/L50-805.12.3 主要设备图5-17 漂白罐 漂白罐为耐酸带夹套加热的搪瓷罐，反应锅由锅体、搅拌器、夹套、支承及传动装置组成，上部不密封，从上面通入钛液，浓硫酸，蒸汽通入夹套对混合液加热，使温度保持在5055一小时，保温期间搅拌不宜过快，保温结束后，打开夹套的循环下水阀门，缓慢打开循环上水阀门，将反应物泠却到30，关闭相应冷却水阀门，停止搅拌，取样送化验室分析溶液中Ti3+含量还原率，打开三价钛制备槽放料阀，将制备好的三价钛溶液放入三价钛计量槽，放完后关闭放料阀。5.12.4 生产安全与防护操作前仔细检查漂白

48、罐、三价钛制备罐、放料阀、冷却管路阀门，蒸汽管路阀门，进出料管路是否正常，发现问题及时处理；操作时加强巡回检查，发现问题及时停车处理；严格执行生产技术操作规程，加热蒸汽压力不得超过0.6MPa；开启、关闭硫酸阀门时，必须穿戴好耐酸手套和防护镜；漂白操作时，必须站在上风口处；硫酸加入速度不准过快，防止硫酸溅出伤人；硫酸计量罐盛酸不可超过液位，观察液位时，应站到安全距离处；硫酸罐、计量罐进料时，应有专人看管，严防溢料，打酸前做好检查确认工作，防止酸罐泄漏伤人；取样分析时，必须停止搅拌；进入漂白锅内维护清理时，锅外必须有人监护。5.13 盐处理工段 5.13.1 生产原理用K2CO3 和 H3PO4

49、或ZnO作为盐处理剂，处理二次水洗合格的偏钛酸浆料，使物料在煅烧过程中煅烧条件得以改善，颜料粒子的形成和晶体结构得以控制。盐处理的目的是：1、降低煅烧温度；2、提高转化率。盐处理后的悬浊液进入隔膜压滤机进行压榨脱水。5.13.2 工艺流程盐处理的大致流程示意图如下：KP配制槽二次再浆槽KP溶液盐处理槽隔膜压滤机图5-18 盐处理流程工艺参数：浆料TiO2的浓度:300±20g/L；K2CO3溶液的浓度:385±5g/L；H3PO4溶液浓度：295±5g/L；K2CO3和H3PO4溶液加量：1.金红石型：煅烧晶种（二氧化钛溶胶）加量2%-5%； ZnO的加量0.2%

50、-0.5%； MgO的加量0.2%-0.5%；K2CO3的加入量0.5%-1%；H3PO4的加入量0.01%-0.02%。2.锐钛型：K2CO3加量0.5%-1%；H3PO4的加入量0.2%-0.35%。5.14.3 主要设备图5-19 隔膜压滤机外观图图5-20 隔膜压滤机滤板图隔膜式压滤机在滤板与滤布之间加装了一层半自动隔膜压滤机-复合橡胶板式弹性膜。运行过程中，当入料结束时，可将高压流体介质注入滤板与隔膜之间，这时整张隔膜就会鼓起压迫滤饼，从而实现滤饼的进一步脱水，就是压榨过滤。首先是正压强压脱水，也称进浆脱水，即一定数量的滤板在强机械力的作用下被紧密排成一列，滤板面和滤板面之间形成滤室

51、，过滤物料在强大的正压下被送入滤室，进入滤室的过滤物料其固体部分被过滤介质（如滤布）截留形成滤饼，液体部分透过过滤介质而排出滤室，从而达到固液分离的目的，随着正压压强的增大，固液分离则更彻底，但从能源和成本方面考虑，过高的正压压强不划算。进浆脱水之后，配备了橡胶挤压膜的压滤机，则压缩介质（如气、水）进入挤压膜的背面推动挤压膜使挤压滤饼进一步脱水，叫挤压脱水。进浆脱水或挤压脱水之后，压缩空气进入滤室滤饼的一侧透过滤饼，携带液体水份从滤饼的另一侧透过滤布排出滤室而脱水，叫风吹脱水。若滤室两侧面都敷有滤布，则液体部分匀可透过滤室两侧面的滤布排出滤室，为滤室双面脱水。脱水完成后，解除滤板的机械压紧力，

52、单块逐步拉开滤板，分别敞开滤室进行卸饼，以上为一个主要工作循环完成。根据过滤物料性质不同，压滤机可分别设置进浆脱水、挤压脱水、风吹脱水或单、双面脱水，目的就是最大限度地降低滤饼水份。5.13.4 生产安全与防护检查盐处理槽槽体及搅拌是否正常，严防盐处理溶液飞溅溅伤眼睛；使用比重瓶时要将内外擦干净，装水及浆料一定要装满，再将盖压下到位，使多余水或浆料从盖顶小孔溢出，并将外表擦净，输送盐处理后料浆要先与煅烧工段联系接收，防止浆料满溢；隔膜压榨时，压榨前物料必须充满滤室，压榨后必须在排尽空气后，方可打开滤板进行卸料，以免造成隔膜破裂；工作中应经常检查压缩空气管路，若出现气管脱落或漏气严重，应立即关闭

53、进气阀，打开放气阀，待修复后，方可继续使用；滤板、滤框不得与油类、酸碱或其他有损于板框的物质接触，应远离热源、避免日晒雨淋；卸渣时，根据需要对滤布和板框进行冲洗，保证密封面无杂物。5.14 煅烧工段 5.14.1 生产原理 偏钛酸经盐处理后呈黏稠的浆液状态，先通过压滤机脱去大部分游离水，再经过真空转鼓过滤机脱水，然后进入回转窑煅烧，煅烧是一个强烈吸热的反应过程，工业上采用回转窑进行煅烧，采用烟气和物料直接接触内加热煅烧。整个煅烧应该包括游离水的蒸发，结合水的脱除，吸附硫的脱除，二氧化钛粒子的成长、聚集、晶型稳定与转化等诸多过程，其中既包括物理变化，也包括化学变化。随着煅烧温度的升高，二氧化钛性

54、质发生变化，颜料性质逐渐稳定。偏钛酸结构不稳定，难以用确切的分子式表示。用下列化学反应式表示：TiO2·xH2O·ySO3 TiO2+xH2O+ySO3。回转窑内偏钛酸煅烧经历3个阶段： 脱水过程： TiO2·xH2O·ySO3TiO2· ySO3+xH2O(水蒸气) 脱硫过程： TiO2· ySO3 TiO2 + ySO3 晶型转化过程：经过脱水和脱硫后的二氧化钛，虽具有锐态的微晶结构（粒径非常小的聚集体），因此仍属于不定型的，需在高温区转化为固定晶型的二氧化钛。 5.14.2 工艺流程隔膜压滤机回转窑雷蒙磨转鼓图5-21 煅烧流程

55、回转窑的区域划分：回转窑按偏钛酸在各部位发生的不同变化，可划分为干燥区、晶型转化区和粒子成长区三个区域，窑内的温度根据窑的大小、物料离热源中心的远近和热电偶所放测温点的位置离热源点的远近都有关系，各厂不一样，一般温度范围如表 表5-4 煅烧回转窑各区域的温度范围区域干燥区晶型转化区粒子成长区温度200-800800-860860-9201干燥区 在干燥区域中，偏钛酸发生脱水和脱硫的变化，这种变化可用下式表示： TiO2·xH2O·ySO3TiO2+xH2O+ySO3 脱水：偏钛酸所含的水有两种形式：一种是湿存水，即附着在颗粒表面及夹带在颗粒间隙里的水，这部分水与TiO2的结

56、合不牢固，在100-200之间便蒸发掉。另一种是化合水，即结合在偏钛酸分子内部的水，这部分水与二氧化钛的结合比较牢固，要在200-300之间才能脱掉。 脱硫：水解生成的偏钛酸浆料中，含有的硫酸大部分是游离酸，通过水洗即可除去，但是占偏钛酸总量7-8的硫酸，以SO2的形式与偏钛酸结合得很牢固，由于偏钛酸形成的条件和夹带的杂质不同，它所含的硫酸要在500-800间，才能分解成SO2和SO3气体而脱去。 2晶体转化区 一般硫酸法制得的偏钛酸全部是锐钛型晶体，经较低温度的煅烧后，得到的全部是锐钛型钛白粉，这种锐钛型通常在900以下是稳定的，当温度超过950时，就开始向金红石型晶型转化，纯净的锐钛型晶型必须在1200以上的高温，才能完全转化为金红石型晶型，在这样的高温下煅烧，TiO2易烧结，为此，必须加入各种金红石型转化促进剂，使其晶型转化的温度降低到800-860之间，使成长的锐钛型晶体顺利的完全的向金红石型晶体转化。3粒子成长区细小晶体聚结成颜料粒子需要获得一定的能