馬艷萍,劉紅星,和奔流,趙波
(龍蟒佰利聯(lián)集團(tuán)股份有限公司,河南 焦作 454191)
鈦白粉是一種無(wú)機(jī)化工顏料,主要成分為TiO2,即二氧化鈦,白色、多晶化合物,相對(duì)密度最小,化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,可溶于氫氟酸,不溶于水、堿、脂肪及無(wú)機(jī)酸,具有光化學(xué)活性,該特性使鈦白粉成為某些無(wú)機(jī)化合物的光敏氧化催化劑和還原催化劑。
氯化法是鈦白粉的主要生產(chǎn)工藝之一,具體是指以含鈦的原料,利用氯化高鈦渣、金紅石(天然或人造)與氯氣在特定的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),從而生成四氯化鈦,然后再以精餾提純的方法進(jìn)行精加工,經(jīng)氣相氧化和速冷處理,最后通過(guò)氣固分離,便可得到二氧化鈦。由于在反應(yīng)過(guò)程中,二氧化鈦吸附了一定量的氯,所以需要采用蒸氣或是加熱處理的方法,將氯從二氧化鈦中轉(zhuǎn)移出去,這樣便可得到鈦白粉。
這是氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程中的關(guān)鍵部分,該部分主要目的是對(duì)粗四氯化鈦進(jìn)行制取,可以采用的技術(shù)包括以下幾種:流化床氯化、固定床氯化以及熔鹽氯化。含鈦原料,通過(guò)粉磨處理后,與石油焦混合,加入沸騰爐中,然后將氧化工序返回的可循環(huán)氯氣經(jīng)由沸騰爐的底部通入爐內(nèi),并在925~1010℃的高溫條件下進(jìn)行連續(xù)的氧化反應(yīng),二氧化鈦以及其它的金屬氧化物,則會(huì)被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氯化物,與氣體一并排出爐外。沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)的固體粉塵以及不具備揮發(fā)特性的氯化物,從反應(yīng)氣體中被分離出來(lái),以冷凝的方法,對(duì)含有三氯化釩和四氯化硅的四氯化鈦進(jìn)行收集,再經(jīng)過(guò)濾,便可得到粗四氯化鈦。最后通過(guò)除釩和精餾可以獲得純度較高的四氯化鈦。
通過(guò)氯化工藝得到純度較高的四氯化鈦之后,便可將其與一些相關(guān)的制劑一并加入到氧化反應(yīng)器當(dāng)中進(jìn)行反應(yīng)。經(jīng)由氧化反應(yīng)器在高溫條件下反應(yīng)的四氯化鈦會(huì)生成帶有二氧化鈦顆粒的氣體,此時(shí)需要通過(guò)氯氣進(jìn)行冷卻,使其溫度降低至700℃以下,經(jīng)管路冷卻至200℃,再用分離器和收集器對(duì)二氯化鈦進(jìn)行脫氯,對(duì)其中所含的氯氣進(jìn)行分離,轉(zhuǎn)入后處理工序。
在氯化法鈦白粉的整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中,后處理涵蓋的內(nèi)容較多,其直接關(guān)系到鈦白粉的質(zhì)量,所以需要對(duì)后處理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。具體的工藝流程如圖1 所示。
圖1 氯化法鈦白粉后處理工藝流程示意圖
2.3.1 打漿與研磨
1)打漿
經(jīng)過(guò)脫氯之后的二氧化鈦會(huì)被送入到打漿槽內(nèi),隨后將計(jì)量好的分散劑和脫鹽水,按照先后順序依次加入到打漿槽當(dāng)中,啟動(dòng)打漿槽對(duì)二氧化鈦粉料進(jìn)行打漿處理,質(zhì)量符合要求的漿液將會(huì)被送入到下一工序繼續(xù)處理。
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2)研磨
經(jīng)打漿處理后質(zhì)量合格的漿料會(huì)先進(jìn)入砂磨機(jī)的進(jìn)料槽,由進(jìn)料槽對(duì)漿料進(jìn)行分散以后,通過(guò)進(jìn)料泵使?jié){料進(jìn)入到砂磨機(jī)內(nèi),開(kāi)啟研磨機(jī)進(jìn)行研磨,使?jié){料的粒徑小于1,研磨好的漿料則會(huì)被送入到貯存槽內(nèi),由分級(jí)器按粒徑大小對(duì)漿料進(jìn)行分級(jí)處理,粒徑大于1 返回重磨,小于1的漿料則會(huì)自行流至表面處理罐當(dāng)中。
2.3.2 表面處理與過(guò)濾洗滌
1)表面處理
先通過(guò)化學(xué)品制備制得所需的表面處理劑,然后通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)量,將化學(xué)處理劑加入到處理罐中,對(duì)漿料進(jìn)行表面處理,處理好的漿料以泵送的方式送入吸片槽,準(zhǔn)備過(guò)濾洗滌。
2)過(guò)濾洗滌
葉濾機(jī)會(huì)對(duì)吸片槽內(nèi)的漿料進(jìn)行真空吸濾,隨后吊機(jī)會(huì)將葉濾機(jī)吊起,送入到水洗槽,對(duì)漿料進(jìn)行洗滌,當(dāng)洗滌質(zhì)量達(dá)到要求之后,吊機(jī)會(huì)將葉濾機(jī)重新吊起,并將其中的漿料卸入卸料槽內(nèi)。
2.3.3 噴霧干燥
經(jīng)由均質(zhì)器對(duì)漿料進(jìn)行處理,使其變得均勻后,通過(guò)泵送的方式,使?jié){料進(jìn)入到噴霧干燥器內(nèi)進(jìn)行霧化,利用熱風(fēng)爐對(duì)漿料進(jìn)行干燥處理,從干燥器排出的尾氣會(huì)在袋濾器內(nèi)被分離,排風(fēng)機(jī)會(huì)將分離后的熱風(fēng)排放至空氣中,而二氧化鈦粉料則會(huì)被送入微粉碎工序。
2.3.4 微粉碎
經(jīng)噴霧干燥后的二氧化鈦粉料會(huì)被送入到氣流粉碎機(jī)內(nèi),加入粉碎助劑后,以中壓過(guò)熱蒸汽作為工質(zhì),將粉料粉碎至0.3 左右的粒徑,通過(guò)冷卻旋風(fēng)將粉料分離出來(lái),再由袋濾器對(duì)粉料進(jìn)行收集,袋濾器內(nèi)的粉料便是成品鈦白粉,送入成品料倉(cāng)進(jìn)行包裝即可。
氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)較為明顯,如工藝過(guò)程的能耗較低、自動(dòng)化程度高、制得的鈦白粉質(zhì)量較佳。但是氯化法生產(chǎn)中,會(huì)產(chǎn)生一定的廢渣和廢水。因此,必須采取有效的方法進(jìn)行處理,從而降低對(duì)環(huán)境的污染和破壞。
3.1.1 廢渣的處理方法
采用氯化法進(jìn)行鈦白粉生產(chǎn)的過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生氯化廢渣及氫氧化物廢渣,可以采取溶解、中和、壓濾分離的方法對(duì)廢渣進(jìn)行處理。具體做法如下:
1)利用換熱器對(duì)渣漿進(jìn)行冷卻,并存儲(chǔ)于壓濾機(jī)的供料槽內(nèi),以泵送的方法,將渣漿送入壓濾機(jī)中進(jìn)行過(guò)濾。
2)在渣漿過(guò)濾時(shí),為確保濾除效果,可采用批次間歇操作的方法,單次的渣漿處理量可控制在8~15m3,過(guò)濾后的渣漿則需要用洗滌水進(jìn)行首次洗滌,此時(shí)可將用水量控制在1~5m3,隨后通入壓榨水,將渣漿濾餅中的水分壓出,再進(jìn)行第二次洗滌,此時(shí)可將用水量提高至6~13m3。
3)濾液的電導(dǎo)率達(dá)到工藝要求后,便可將濾液轉(zhuǎn)入到洗滌水儲(chǔ)存槽內(nèi),待下次洗滌使用,這樣能夠達(dá)到節(jié)水的目的。第二次洗滌后的濾餅需要再次通入壓榨水壓出水分,并利用壓縮空氣,將濾餅中剩余的水分吹出。
4)金屬氯化物溶液儲(chǔ)槽內(nèi)含有大量氯化鐵的濾液,會(huì)被送往中和槽,經(jīng)氯氣洗滌器完成廢水處理。經(jīng)處理后的濾餅為惰性廢渣,其中水的含量在50%以上,二氧化鈦的含量約為15%,其余的35%為石油焦。
3.1.2 廢水的處理方法
對(duì)于氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的廢水,可以采取如下方法進(jìn)行處理:
1)可以使用石灰乳對(duì)廢水進(jìn)行中和處理,由此能夠得到含有氫氧化鐵的沉淀物,通過(guò)分離洗滌之后的廢渣可以直接運(yùn)至渣場(chǎng)進(jìn)行集中堆放。而分離出來(lái)的濾液當(dāng)中,含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~20%左右的氯化鈣廢水,可將這部分廢水直接排入到廢水貯存槽內(nèi),然后送入到蒸發(fā)單元進(jìn)行蒸發(fā)處理。
2)使用石灰乳對(duì)廢水進(jìn)行中和處理的過(guò)程中,需要先將石灰乳送入中間的儲(chǔ)槽內(nèi),并向槽內(nèi)加入金屬氯化物溶液和酸性廢水,而溶液當(dāng)中的氯化鎂及氯化鈣則會(huì)保留下來(lái),隨后將溶液送入到蒸發(fā)裝置進(jìn)行結(jié)晶,并對(duì)其中的二水氯化鈣進(jìn)行回收。
3)在后處理工藝的過(guò)濾環(huán)節(jié)中,會(huì)產(chǎn)生出含鹽廢水,其中含有一定量的硫酸鈣和二氧化鈦,對(duì)此可以采取如下方法進(jìn)行處理:先對(duì)廢水進(jìn)行沉降,然后將廢水送入到含鹽廢水處理裝置當(dāng)中,通過(guò)反滲透膜對(duì)廢水進(jìn)行處理,這樣大部分的水便可作為循環(huán)水進(jìn)行使用,少部分濃水,則可送入水池進(jìn)行自然蒸發(fā),由此可以使含鹽廢水得到有效地利用,不但有利于水資源的節(jié)約,而且還能減輕廢水過(guò)量排放對(duì)環(huán)境的污染。
氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程會(huì)產(chǎn)生大量的尾氣,這樣可能會(huì)對(duì)尾氣系統(tǒng)的運(yùn)行造成不利影響,為此,對(duì)尾氣進(jìn)行有效處理及綜合利用顯得尤為必要。具體的利用思路如下:可額外增加一個(gè)淋洗塔,主要對(duì)二氯氧化鈦進(jìn)行處理,隨著新淋洗塔的加入,可與原本的兩個(gè)塔組成氯化尾氣三塔淋洗工藝。通過(guò)新加入的淋洗塔對(duì)氯化尾氣中的四氯化硅和四氯化鈦進(jìn)行去除,當(dāng)塔內(nèi)淋洗液中的二氯氧化鈦達(dá)到一定濃度之后,便可對(duì)其進(jìn)行回收利用。
鈦白粉作為無(wú)機(jī)化工顏料,其用途非常廣泛,所以保證鈦白粉的品質(zhì)尤為重要。氯化法因能耗低、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)能易于擴(kuò)大等優(yōu)點(diǎn),成為鈦白粉的主流生產(chǎn)工藝。在應(yīng)用氯化法進(jìn)行鈦白粉生產(chǎn)的過(guò)程中,要對(duì)具體的生產(chǎn)工藝流程加以明確,這是保證鈦白粉質(zhì)量的關(guān)鍵。同時(shí),還要對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣廢水進(jìn)行有效處理,減輕環(huán)境污染,并對(duì)尾氣進(jìn)行綜合利用,變廢為寶,提高經(jīng)濟(jì)效益。