硫酸法生产钛白粉工艺.pptx

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钛白粉的化学名称为二氧化钛,英文名称为titaniumdioxide或titania。商用名称为钛白粉,分子式为TiO2,。
基于钛白粉具有稳定的物理、化学性质,优良的光学、电学性质以及优异的颜料性能,因此其用途十分广泛,涂料、塑料、造纸、化纤、油墨、橡胶、电子工业、化妆品、电焊条、搪瓷、陶瓷和冶金等都要用到钛白粉。特别是颜料钛白粉,因其具有其他白色颜料无可比拟的多种优异性能,以至于其面世后,很快就取代了传统的铅白、锌白、锌钡白等白色颜料,成为白色颜料之王。
由于它是白色和浅白色最好的遮盖颜料和消色颜料,因此被广泛地应用于需要着白色或浅白色的涂料、纸张、塑料、油墨、橡胶等领域。随着世界经济的发展和人类科技的进步,人们对钛白粉的认识将越来越深,钛白粉的应用领域将越来越广,钛白粉的市场需求将越来越大,钛白粉有着及其宽广的发展和应用前景。
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钛白粉在各个方面的消费增长率都与国民经济总产值成正比,因此经济学家把钛白粉消费量的多少,作为衡量一个高低的一个重要标志。
我国蕴藏着极其丰富的钛矿资源,这得天独厚的钛矿,是发展钛白粉生产雄厚的物质基础,目前,我国钛白粉工业得到很大发展,生产能力仅次于美国,已跃居世界第二位。
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硫酸法生产工艺
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经研磨、干燥的钛铁矿(含42%~60%的TiO2)和/或酸溶性钛渣(TiO2含量72%~78%)一般在铅衬反应器中用浓硫酸在150~180℃的温度下酸解。为便于酸解,原料通常要磨到200目左右。需要指出的是,白钛石、人造金红石和金红石不溶解于硫酸,因此不能用硫酸法钛白的生产方法。
酸-料混合物一般用空气进行气流搅拌并通过吹入蒸汽加热。大多数生产厂使用浓度为85%~92%的硫酸,剧烈的放热反应在160℃左右就开始了。
钛铁矿中的铁含量越高(TiO2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,酸中的H2SO4一般为91%~92%。为了获得平缓的反应,不许用比此更浓的硫酸。
之后,钛液被逐渐稀释,首先用酸,然后用水。无论酸的浓度如何,反应固相物的形态都是疏松的多孔饼,其主要组成是Fe2(SO4)3和TiOSO4(硫酸氧钛)。由于原料中存在的钒、铬和其他金属要在硫酸中分解,因此多孔饼中也含有这类金属硫酸盐。
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次过滤中的滤液(成为“浓废酸”)一般含H2SO422%~24%。通常每生产1t成品钛白要产生8~10t“浓废酸”。如果以钛渣为原料,这种酸仍含有分解的硫酸亚铁,同时还还有大量的硫酸铝和硫酸镁。
而之后的洗涤和过滤产生的酸废物(成为“稀废酸”),%。根据水洗和过滤环节的数量,每生产1t成品钛白产生的稀酸可达60t。
为控制粒度生长,需向偏钛酸加入调节剂,如硫酸钾、磷酸钾和锌。有时还需在此步骤中进一步加入金红石晶种以促进煅烧时形成的金红石TiO2。最终用于煅烧的物料是水合TiO2浆料,固含量为35%~50%。
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煅烧是在一个倾斜的内燃式回转窑中进行的。在重力作用下,水合TiO2浆料在回转窑中缓缓前移。煅烧温度在900~1250℃。为了达到所需的钛白类型,实际温度需要按几个等级严格控制。一般生产金红石钛白所需的温度要高一些。通过煅烧环节脱去水分和除去残余的微量SO3,同时还可以将锐钛型转变成金红石型。煅烧还有助于曾强最终钛白产品的化学惰性和确定其粒度,尽管粒度的确定主要是在水解阶段。通过过程取样和对颜色、消色力及粒度的物理检测可以对煅烧过程的严密控制起辅助作用。
在煅烧阶段,随着SO3和酸雾的排除,不可避免要夹带一些细微的TiO2粒子,缕缕烟气明显可见。因此,工程必须设有回收TiO2粒子、除尘和除酸雾装置,以使煅烧尾气不对环境造成危害。
煅烧后,TiO2经研磨破碎烧结颗粒。其后,一些钛白粉以未包膜TiO2出品的形式出售用于搪瓷、焊条等需要初级产品的应用地方。其主要而且是几乎所有的太白粉厂均要进行的表面处理,即后处理。
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硫酸法的化学方应包括:钛渣酸解
TiO2+H2SO4→TiOSO4+H2O
钛铁矿酸解和去绿矾
5H2O+FeTiO3+2H2SO4→TiSO4·7H2O+TiOSO4
水解
TiOSO4+2H2O→TiO(OH)2+H2SO4
煅烧
TiO(OH)2→TiO2+H2O
钛原料的TiO2收率在82%~90%左右。硫酸是另一重要的原料,主要是用于酸解,也有较少量的稀酸用于各工艺的洗/浸工序中。
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