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硫酸法制备钛白粉生产工艺流程
来源:中国粉体技术网    更新时间:2013-07-25 13:48:35    浏览次数:
 
        钛白粉是当前应用较多的白色无机化工颜料,广泛用于涂料、塑料、纸张、油墨和化纤等领域。目前全球钛白粉生产能力近600万t/a, 市场价值约200亿美元。
        我国蕴藏着极其丰富的钛矿资源,这给我国发展钛白粉产业提供了雄厚的物质基础,目前,我国已经超过美国成为世界第一钛白粉生产大国。
        目前,我国钛白粉的生产主要采用硫酸法。下图为硫酸法钛白粉生产工艺流程图。
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硫酸法钛白粉生产工艺流程图
        硫酸法技术的主要工艺步骤是:
        1、酸解。经研磨、干燥的钛铁矿或钛渣用浓硫酸在150-180℃的温度下酸解。由于白钛石、人造金红石和金红石不溶于硫酸,因此不能用硫酸法来制备。钛铁矿中的钛含量越低,所用硫酸的稀释程度就越高,对处理岩矿而言,合适的酸浓度为85%;而处理钛渣,硫酸浓度一般为91%-92%。
        酸解过程中需将三价铁还原成二价铁,三价铁会吸附在二氧化钛粒子表面,造成最终钛白粉白度指标降低,因此,在整个工艺过程中使铁保持二价形态至关重要。
        硫酸法产生的空气污染大部分来自于酸解。反应中,大量硫氧化物、酸雾和夹带的未反应原料粒子在很短时间内释放出来。
        2、沉降精滤。冷却酸解液、固体惰性物质和未反应的原料残余物溶液从酸解罐的底部全部排放到沉降池中。该工序的主要目的是除去钛矿杂质形成的可溶性残余物。这些残余物可能包括硅石、锆石/硫酸石、白钛石或金红石。加入酪蛋白、淀粉或其他有机絮凝剂,液体便通过简单的重力分解沉淀在沉降池中。
        沉降池中的固体物质排除后,先用废酸洗涤以回收未反应的原料,然后用水洗掉残留液。沉降后的钛液通过精滤除掉细小的残余粒子。这些精滤滤渣与沉降池中收集的其他固体物质送往堆放场。
        3、水解。将可溶性硫酸氧钛在90℃时水解成不溶于水的水合二氧化钛沉淀物或称偏钛酸,为获得所需粒度的高质量水解产物,必须严格控制诸如加热速度、钛液的二价铁离子和四价钛离子含量以及其他因素等。其中,避免出现三价铁离子是此环节的关键。
        为控制水解速度、水解物的过滤洗涤性能和最终产品的细度及质量指标,需要再水解时加入晶种。晶种的加入方式有两种:自身晶种和外加晶种。自身晶种是在水解时利用预先加入的水解钛液和水所产生的晶种进行水解工序,不用另外制备晶种。外加晶种是向钛液加入经另外制备的金红石或锐钛型晶种。
        水解沉淀物浆料经过滤、洗涤后,在还原条件下用硫酸酸浸以除去最后微量吸附铁和其他金属,即通常所说的漂白。此步骤是硫酸法中产生废酸的主要原因。
        4、煅烧。水合二氧化钛在900-1250℃下煅烧,通过煅烧环节脱去水分和除去残余的三氧化硫,同时还可以将锐钛型转变成金红石型。煅烧有助于增强最终钛白粉产品的化学惰性和确定其粒度。煅烧后,二氧化钛经研磨破碎烧结成颗粒,然后对其进行后处理。
        在煅烧阶段,随着三氧化硫和酸雾的排出,其中夹带着一些细微的二氧化钛粒子,这是硫酸法中产生废气的主要来源。
        5、后处理。后处理主要有湿磨、无机包膜、干燥、气流磨及有机包膜和产品包装等工序。
        湿磨,将二氧化钛颗粒在无机或有机分散剂的存在下进行湿磨,将二氧化钛聚集粒子尽量磨细解聚,以利于进行无机包膜。湿磨设备主要采用介质磨,有机球磨、球磨机、砂磨机、重介质磨等。
        无机包覆和干燥,经湿磨解聚后的二氧化钛需要进行无机包膜,以屏蔽紫外光,提高钛白粉的耐候性。常用的无机包膜剂有硅、铝的氧化物及水和氢氧化物。近年来采用锆进行混合包膜,达到高耐候、高光泽的效果。采用带式干燥机、喷雾干燥机等进行干燥。
        气流粉碎与有机包膜。目前采用的粉碎机多数为扁平式气流粉碎机,此过程中根据产品用途加入有机包膜剂。有机包膜剂一方面可以中和钛白粉表面能,避免其重新团聚,起到助磨效果,另一方面改变钛白粉的表面物理化学性能,提高其在涂料、塑料等物质的配伍性及相容性。有机包膜剂用于涂料有胺、醇胺类、硅烷类;用于塑料有二甲基硅烷、聚乙醇、三乙醇胺等。
 
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