黃麗麗

（廣西藍(lán)星大華化工有限責(zé)任公司，廣西 百色533000）

二氧化鈦(俗稱鈦白粉)是一種重要的無(wú)機(jī)化工的白色顏料,無(wú)毒,且物理、化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定,是一種具有優(yōu)良光學(xué)性能的顏料。目前鈦白生產(chǎn)有硫酸法和氯化法兩種成熟的工藝，硫酸法鈦白生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟,但其生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng),三廢排放量大;而氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程短, 但是對(duì)設(shè)備和技術(shù)控制要求嚴(yán)格,且只能生產(chǎn)金紅石型的鈦白粉,其產(chǎn)生的廢物很難處理。因此, 目前來(lái)看硫酸法生產(chǎn)工藝在中國(guó)仍然占有絕對(duì)地位。所以, 優(yōu)化硫酸法鈦白粉的生產(chǎn)工藝和節(jié)能降耗依然是現(xiàn)階段鈦白粉生產(chǎn)廠家研究的重點(diǎn)[1-2]。

在硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝中, 水洗后偏酸中Fe2+等雜質(zhì)隨著水洗時(shí)間的延長(zhǎng)、酸度的降低,逐漸被氧化,以固體Fe3+及其它氫氧化物沉淀等雜質(zhì)的形式存在, 即便通過(guò)水洗也無(wú)法完全去除。這對(duì)生產(chǎn)涂料鈦白粉來(lái)說(shuō),殘留在偏鈦酸中的鐵是嚴(yán)重地影響到白粉的白度。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)鈦白粉生產(chǎn)廠家去除偏鈦酸中過(guò)多的鐵,基本上都是增加一道漂白工序。常規(guī)的鋁粉漂白是將一定量及濃度的一洗偏鈦酸漿料加入漂白罐內(nèi), 按50-60g/L 的漿料(TiO2)濃度計(jì)算好加入98%硫酸,按工藝要求靜置一定的時(shí)間, 利用濃硫酸稀釋所放出的熱量使得部分的偏鈦酸與濃硫酸生產(chǎn)硫酸氧鈦;然后加入計(jì)算好的鋁粉發(fā)生還原反應(yīng),再補(bǔ)充偏鈦酸漿料至規(guī)定的體積(定容),再用蒸汽加熱升溫到工藝要求并保溫1.5-2 小時(shí);此時(shí)鋁粉還原硫酸氧鈦而生產(chǎn)三價(jià)鈦,并在酸性條件下把溶液中Fe3+及其它氫氧化物沉淀溶解還原成溶于水的低價(jià)金屬離子。[3]鋁粉漂白整個(gè)操作時(shí)間約3-5 小時(shí)。

本文采用一種新型環(huán)保有機(jī)還原劑S-200 用于偏鈦酸中含有Fe3+及其它氫氧化物沉淀在不用蒸汽加熱的情況下還原,達(dá)到在降低能耗、縮短現(xiàn)場(chǎng)流程、提高成品性能的作用。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

原料:一洗偏鈦酸漿料、S-200 還原劑(液體)、鋁粉漂白的偏鈦酸漿料、98%濃硫酸、蒸餾水、配置好的一定濃度的磷酸(P2O5計(jì))溶液和碳酸鉀(K2O 計(jì))溶液。

設(shè)備: 水循環(huán)真空抽濾機(jī)、φ120mm 布氏漏斗、250ml 燒杯、水浴鍋、溫度計(jì)、移液管、表面皿、機(jī)械攪拌設(shè)備。

2 S-200 及鋁粉還原劑小試實(shí)驗(yàn)操作步驟

2.1 取1500ml 漂前偏鈦酸和100ml 生產(chǎn)上鋁粉漂白的偏鈦酸。

2.2 分析漂前偏鈦酸濃度和含鐵Fe%,記錄其結(jié)果。

2.3 分別在2 杯250ml 漂前樣中加入濃硫酸(98%), 按照20g/L 偏鈦酸溶液添加,攪拌大約30min。

2.4 準(zhǔn)確量取還原劑的加入量按總鈦量的0.3%(1#) 和0.4%(2#)稱取。將吸取好的還原劑溶液分別加入2 杯漂前樣中,攪拌大約60min,還原反應(yīng)即完成(注:整個(gè)過(guò)程不需加熱)。

2.5 將還原好的2 杯樣品進(jìn)行5 倍45℃蒸餾水于水環(huán)真空泵上抽濾洗滌。

2.6 用蒸餾水將濾餅打成漿液,測(cè)漿料的鐵含量。

2.7 取生產(chǎn)上鋁粉漂白的偏鈦酸的250ml(3#)進(jìn)行5 倍蒸餾水于水環(huán)真空泵上抽濾洗滌。再用蒸餾水(約200ml)將濾餅打成漿液,測(cè)量鐵含量。

2.8 重復(fù)以上步驟做3 次平行實(shí)驗(yàn)。

3 添加鹽處理劑及煅燒(銳鈦)小樣操作步驟

3.1 將抽濾后的偏鈦酸打漿之后的漂洗后漿料進(jìn)行稱重,測(cè)其濃度。

3.2 按照工藝要求添加鹽處理劑的加入率,分步加入碳酸鉀和磷酸溶液(先加入碳酸鉀溶液,攪拌30nin 后再加入磷酸溶液,繼續(xù)攪拌30nin)。

3.3 將攪拌均勻的偏鈦酸漿料進(jìn)行抽慮。

3.4 將抽干后的濾餅放在器皿中轉(zhuǎn)入馬弗爐進(jìn)行小試煅燒,模擬生產(chǎn)工藝設(shè)定的升溫曲線進(jìn)行升溫(注:每半小時(shí)拿樣出來(lái)攪拌一次),當(dāng)溫度升至950℃后每隔15～20min 滴定一次標(biāo)準(zhǔn)試劑。

3.5 滴定試劑后物料顏色變?yōu)闇\綠色后,關(guān)閉馬弗爐的電源,讓物料在馬弗爐內(nèi)自然冷卻后取樣磨粉,分析L、b、消色力、PH。

4 記錄及分析結(jié)果

4.1 漂白實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析(表1)

從表1 漂后數(shù)據(jù)分析可知,S-200 與鋁粉還原漂白的偏鈦酸,等同漿料濃度及體積使用等同溫及量的蒸餾水通過(guò)水環(huán)真空泵抽濾后,所得偏鈦酸漿料的含鐵差異不大,都滿足生產(chǎn)工藝要求,但抽濾時(shí)間S-200 相對(duì)少些。

4.2 煅燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析(表2)

從表2 煅燒小樣分析數(shù)據(jù)對(duì)比可知,S-200 與鋁粉還原漂白的偏鈦酸在同等煅燒工況下,樣品L、b、消色力等關(guān)鍵兩者間的差異不大,都能滿足工藝要求,因此可以判斷,使用S-200 還原劑漂白對(duì)銳鈦產(chǎn)品的應(yīng)用性能指標(biāo)沒(méi)產(chǎn)生影響,可以投入生產(chǎn)。

5 理論單耗比較

根據(jù)某公司生產(chǎn)銳鈦產(chǎn)品,鋁粉漂白(噸鈦白粉)實(shí)際使用硫酸、蒸汽、鋁粉等原材料;該工序添加硫酸后理論產(chǎn)生鈦石膏;為了確保三價(jià)鐵或高價(jià)金屬離子全部被還原而消耗掉的四價(jià)鈦還原成三價(jià)鈦而損失的偏鈦酸等方面與S-200 還原劑理論單耗的對(duì)比,具體見(jiàn)表3。

表1

表2

表3

從表3 數(shù)據(jù)分析看, 使用鋁粉漂白比S-200 還原劑的單耗對(duì)比,發(fā)現(xiàn)使用S-200 還原劑相對(duì)節(jié)約29.772 元/噸鈦白粉。

6 結(jié)論

從以上小試漂白過(guò)程對(duì)比, 使用常規(guī)的鋁粉和S-200 還原劑漂白整個(gè)過(guò)程至煅燒小樣后的成品結(jié)果比對(duì), 發(fā)現(xiàn)S-200 還原劑相對(duì)常規(guī)的鋁粉漂白有以下優(yōu)點(diǎn):

6.1 在漂白等同偏鈦酸量時(shí),S-200 還原劑使用的硫酸量對(duì)比鋁粉漂白少,不但降低使用原材料的單耗,而且還減少處理廢酸處理量及鈦石膏產(chǎn)生的量,從而增加環(huán)保效益。

6.2 在同等條件下漂白,S-200 還原劑整個(gè)過(guò)程不需要加熱,可以減少一定的能量消耗。

6.3 兩種還原劑漂白后的偏鈦酸, 在等同條件下水洗抽濾,S-200 漂白后的漿料所用的時(shí)間稍微少一些, 可判斷實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可縮短整個(gè)二洗的時(shí)間。

6.4 S-200 漂白時(shí), 不需跟蹤漂后漿料因制備三價(jià)鈦而損失的偏鈦酸量,從而可提高整改水洗工序的收率。