生产管理-钛白粉硫酸法生产工艺流程

会计实操文库1/6生产管理-钛白粉硫酸法生产工艺流程一、钛矿准备（一）钛矿选择矿种要求：主要采用钛铁矿（FeTiO₃），要求其TiO₂含量在45%-60%。高品位的钛矿能提高生产效率，降低生产成本。同时，需关注钛矿中有害杂质含量，如钙（Ca）、镁（Mg）、磷（P）、硫（S）等。杂质含量过高会影响产品质量，例如，钙、镁杂质在生产过程中可能形成难溶性盐，堵塞管道，影响生产连续性；磷、硫杂质可能使产品白度下降。矿石预处理：开采的钛矿需进行破碎和磨矿处理。先通过颚式破碎机将大块钛矿破碎至50-100mm，再用球磨机进一步磨细至粒度小于0.15mm，确保在后续酸解过程中，矿石能与硫酸充分接触，提高反应效率。磨矿后的钛矿粉需进行磁选，去除其中的强磁性物质，防止其影响生产设备的正常运行。二、酸解（一）酸解反应原理化学反应：钛铁矿与浓硫酸在加热条件下发生酸解反应，生成可溶性的硫酸氧钛（TiOSO₄）和硫酸亚铁（FeSO₄）等，反应方程式为：FeTiO₃+2H₂SO₄（浓）→TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O。此反应为放热反应，需严格控制反应条件，确保反应平稳进行。（二）酸解设备与操作反应设备：采用间歇式酸解罐，材质为钢制内衬耐酸砖，可承受浓硫酸的腐蚀。酸解罐配备搅拌装置，搅拌速度一般为60-120转/分钟，使物料混合均匀。同时，设有蒸汽加热和冷却装置，用于控制反应温度。操作过程：按一定比例将浓硫酸（浓度92%-98%）和磨细的钛矿粉加入酸解罐中。先开启搅拌，再缓慢加热，使反应温度升至120-150℃，反应时间为2-3小时。在反应过程中，需密切关注温度变化，防止温度过高导致反应失控。反应结束后，得到含有硫酸氧钛、硫酸亚铁及未反应杂质的酸解液。三、沉降与除铁（一）沉降分离自然沉降：酸解液进入沉降槽进行自然沉降，使不溶性杂质沉淀到槽底。沉降时间一般为8-12小时，沉降槽需保持静置，避免扰动影响沉降效果。通过自然沉降，可去除大部分颗粒较大的杂质，上清液进入下一步除铁工序。（二）除铁方法结晶除铁：利用硫酸亚铁在不同温度下溶解度的差异进行结晶除铁。将沉降后的上清液冷却至10-15℃，硫酸亚铁结晶析出。通过离心分离，得到硫酸亚铁晶体，可进一步加工利用，如制备铁红颜料等。除铁后的溶液中硫酸亚铁含量降至0.5g/L以下，减少其对后续生产的影响。还原除铁（可选）：对于一些对铁含量要求更严格的产品，可采用还原除铁法。向除铁后的溶液中加入铁粉或铁屑，将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再通过控制pH值，使Fe²⁺以氢氧化亚铁形式沉淀除去。还原过程中，需控制反应时间和温度，一般反应温度为40-50℃，反应时间为1-2小时。四、水解（一）水解原理水解反应：硫酸氧钛在加热和稀释条件下发生水解，生成偏钛酸（H₂TiO₃）沉淀，反应方程式为：TiOSO₄+2H₂O→H₂TiO₃↓+H₂SO₄。水解过程对钛白粉的粒径、晶型等性能有重要影响。（二）水解操作与控制操作过程：将除铁后的溶液加水稀释至TiO₂含量为200-250g/L，然后加热至95-105℃进行水解。水解过程中，可加入晶种（如偏钛酸细粉），控制钛白粉的晶型和粒径分布。晶种加入量一般为溶液中TiO₂质量的0.1%-0.5%。水解时间为3-5小时，水解完成后，得到含有偏钛酸沉淀的悬浮液。控制要点：水解过程中，温度、浓度和时间的控制至关重要。温度过高，水解速度过快，易生成大颗粒的偏钛酸，影响产品的分散性；温度过低，水解不完全，产品收率降低。溶液浓度需严格控制，浓度过高，水解产物粒径不均匀；浓度过低，生产效率下降。五、过滤与洗涤（一）过滤分离过滤设备：采用板框压滤机对水解后的悬浮液进行过滤，将偏钛酸沉淀与母液分离。板框压滤机的过滤压力一般为0.3-0.5MPa，确保过滤效果。过滤后的母液含有大量硫酸，可回收用于酸解工序，降低生产成本。（二）洗涤操作水洗与酸洗：对过滤得到的偏钛酸滤饼进行水洗，去除表面附着的硫酸根离子。水洗至滤饼中硫酸根含量降至0.5%以下。为进一步去除杂质，可采用稀硫酸（浓度5%-10%）进行酸洗，酸洗温度为60-70℃，酸洗时间为1-2小时。酸洗后再次水洗，确保滤饼的纯度。六、煅烧（一）煅烧原理晶型转化与脱水：偏钛酸在高温下煅烧，发生晶型转化和脱水反应，生成金红石型或锐钛型钛白粉。对于金红石型钛白粉，煅烧温度一般为800-1000℃，在此温度下，偏钛酸逐渐失去结晶水，转化为金红石型TiO₂，反应方程式为：H₂TiO₃→TiO₂+H₂O。煅烧温度和时间影响钛白粉的晶型、白度、粒径等关键性能。（二）煅烧设备与操作煅烧设备：采用回转窑进行煅烧，回转窑内衬耐高温、耐腐蚀材料。回转窑的转速一般为0.5-2转/分钟，通过调节转速和加热温度，控制物料在窑内的停留时间。操作过程：将洗涤后的偏钛酸滤饼送入回转窑，在高温下进行煅烧。煅烧过程中，需严格控制窑内气氛，避免钛白粉被还原。同时，根据产品要求，可添加适量的矿化剂（如TiO₂质量的0.1%-0.5%的ZrO₂、P₂O₅等），促进晶型转化和改善产品性能。煅烧后的物料经冷却后，得到钛白粉粗品。七、后处理（一）粉碎与分级粉碎设备：采用雷蒙磨或气流粉碎机对钛白粉粗品进行粉碎，将其粒径减小至合适范围，一般要求平均粒径在0.2-0.4μm。雷蒙磨的粉碎细度可通过调节磨辊与磨环之间的间隙控制，气流粉碎机则通过调节气流压力和流量来控制粉碎效果。分级操作：粉碎后的钛白粉通过空气分级机进行分级，去除过大或过小的颗粒，保证产品粒径分布均匀。分级机的分级精度可达到±0.05μm，确保产品符合质量标准。（二）表面处理包膜处理：为提高钛白粉的耐候性、分散性等性能，需进行表面处理。常用的表面处理方法是包膜处理，可分为无机包膜和有机包膜。无机包膜一般采用铝、硅等化合物，如在钛白粉表面包覆一层氧化铝（Al₂O₃）或氧化硅（SiO₂）。有机包膜则使