硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程

鈦白粉是當(dāng)前應(yīng)用較多的白色無機(jī)化工顏料，廣泛用于涂料、塑料、紙張、油墨和化纖等領(lǐng)域。目前全球鈦白粉生產(chǎn)能力近600萬t/a， 市場價(jià)值約200億美元。

我國蘊(yùn)藏著極其豐富的鈦礦資源，這給我國發(fā)展鈦白粉產(chǎn)業(yè)提供了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)，目前，我國已經(jīng)超過美國成為世界第一鈦白粉生產(chǎn)大國。

目前，我國鈦白粉的生產(chǎn)主要采用硫酸法。

硫酸法鈦白粉制作流程詳解

1、酸解。

經(jīng)研磨、干燥的鈦鐵礦或鈦渣用濃硫酸在150-180℃的溫度下酸解。由于白鈦石、人造金紅石和金紅石不溶于硫酸，因此不能用硫酸法來制備。鈦鐵礦中的鈦含量越低，所用硫酸的稀釋程度就越高，對處理巖礦而言，合適的酸濃度為85%；而處理鈦渣，硫酸濃度一般為91%-92%。

酸解過程中需將三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵，三價(jià)鐵會吸附在二氧化鈦粒子表面，造成最終鈦白粉白度指標(biāo)降低，因此，在整個(gè)工藝過程中使鐵保持二價(jià)形態(tài)至關(guān)重要。

硫酸法產(chǎn)生的空氣污染大部分來自于酸解。反應(yīng)中，大量硫氧化物、酸霧和夾帶的未反應(yīng)原料粒子在很短時(shí)間內(nèi)釋放出來。

2、沉降精濾。

冷卻酸解液、固體惰性物質(zhì)和未反應(yīng)的原料殘余物溶液從酸解罐的底部全部排放到沉降池中。該工序的主要目的是除去鈦礦雜質(zhì)形成的可溶性殘余物。這些殘余物可能包括硅石、鋯石/硫酸石、白鈦石或金紅石。加入酪蛋白、淀粉或其他有機(jī)絮凝劑，液體便通過簡單的重力分解沉淀在沉降池中。

沉降池中的固體物質(zhì)排除后，先用廢酸洗滌以回收未反應(yīng)的原料，然后用水洗掉殘留液。沉降后的鈦液通過精濾除掉細(xì)小的殘余粒子。這些精濾濾渣與沉降池中收集的其他固體物質(zhì)送往堆放場。

3、水解。

將可溶性硫酸氧鈦在90℃時(shí)水解成不溶于水的水合二氧化鈦沉淀物或稱偏鈦酸，為獲得所需粒度的高質(zhì)量水解產(chǎn)物，必須嚴(yán)格控制諸如加熱速度、鈦液的二價(jià)鐵離子和四價(jià)鈦離子含量以及其他因素等。其中，避免出現(xiàn)三價(jià)鐵離子是此環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。

為控制水解速度、水解物的過濾洗滌性能和最終產(chǎn)品的細(xì)度及質(zhì)量指標(biāo)，需要再水解時(shí)加入晶種。晶種的加入方式有兩種:自身晶種和外加晶種。自身晶種是在水解時(shí)利用預(yù)先加入的水解鈦液和水所產(chǎn)生的晶種進(jìn)行水解工序，不用另外制備晶種。外加晶種是向鈦液加入經(jīng)另外制備的金紅石或銳鈦型晶種。

水解沉淀物漿料經(jīng)過濾、洗滌后，在還原條件下用硫酸酸浸以除去最后微量吸附鐵和其他金屬，即通常所說的漂白。此步驟是硫酸法中產(chǎn)生廢酸的主要原因。

4、煅燒。

水合二氧化鈦在900-1250℃下煅燒，通過煅燒環(huán)節(jié)脫去水分和除去殘余的三氧化硫，同時(shí)還可以將銳鈦型轉(zhuǎn)變成金紅石型。煅燒有助于增強(qiáng)最終鈦白粉產(chǎn)品的化學(xué)惰性和確定其粒度。煅燒后，二氧化鈦經(jīng)研磨破碎燒結(jié)成顆粒，然后對其進(jìn)行后處理。

在煅燒階段，隨著三氧化硫和酸霧的排出，其中夾帶著一些細(xì)微的二氧化鈦粒子，這是硫酸法中產(chǎn)生廢氣的主要來源。

5、后處理。

后處理主要有濕磨、無機(jī)包膜、干燥、氣流磨及有機(jī)包膜和產(chǎn)品包裝等工序。

濕磨，將二氧化鈦顆粒在無機(jī)或有機(jī)分散劑的存在下進(jìn)行濕磨，將二氧化鈦聚集粒子盡量磨細(xì)解聚，以利于進(jìn)行無機(jī)包膜。濕磨設(shè)備主要采用介質(zhì)磨，有機(jī)球磨、球磨機(jī)、砂磨機(jī)、重介質(zhì)磨等。

無機(jī)包覆和干燥，經(jīng)濕磨解聚后的二氧化鈦需要進(jìn)行無機(jī)包膜，以屏蔽紫外光，提高鈦白粉的耐候性。常用的無機(jī)包膜劑有硅、鋁的氧化物及水和氫氧化物。近年來采用鋯進(jìn)行混合包膜，達(dá)到高耐候、高光澤的效果。采用帶式干燥機(jī)、噴霧干燥機(jī)等進(jìn)行干燥。

氣流粉碎與有機(jī)包膜。目前采用的粉碎機(jī)多數(shù)為扁平式氣流粉碎機(jī)，此過程中根據(jù)產(chǎn)品用途加入有機(jī)包膜劑。有機(jī)包膜劑一方面可以中和鈦白粉表面能，避免其重新團(tuán)聚，起到助磨效果，另一方面改變鈦白粉的表面物理化學(xué)性能，提高其在涂料、塑料等物質(zhì)的配伍性及相容性。有機(jī)包膜劑用于涂料有胺、醇胺類、硅烷類；用于塑料有二甲基硅烷、聚乙醇、三乙醇胺等。