孫亮(龍佰集團(tuán)股份有限公司，河南 焦作 454191)

0 引言

我國(guó)目前生產(chǎn)的鈦白粉產(chǎn)品質(zhì)量與國(guó)外同類產(chǎn)品對(duì)比并無過多優(yōu)勢(shì)。導(dǎo)致出現(xiàn)這一情況的主要原因，在于我國(guó)鈦白粉細(xì)分市場(chǎng)未能獲得足夠關(guān)注，使得多數(shù)產(chǎn)品偏向于通用性，忽略了不同層級(jí)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的差別化需求，且在所產(chǎn)生的廢酸與廢水處理方面存在著諸多缺陷，進(jìn)而產(chǎn)生了生產(chǎn)污染。廢酸中包含的大量硫酸鹽與可溶性鈦，將在一定溫度與酸度條件下生成結(jié)晶物質(zhì)，繼而增大設(shè)備與管路堵塞現(xiàn)象的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。因此，在當(dāng)下的可持續(xù)性經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，深入分析治理硫酸法鈦白粉生產(chǎn)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的廢酸與廢水的有效方案，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 硫酸法鈦白粉產(chǎn)生廢酸除雜工藝的方法

首先是需要分析不同的礦源，應(yīng)對(duì)廢酸的具體雜質(zhì)含量予以確定。隨后即可檢測(cè)水解完成后的廢酸物質(zhì)，繼而明確礦源類型所帶來的廢酸物質(zhì)組成差異?？扇苄耘c不可溶性是廢酸中所產(chǎn)生雜質(zhì)的主要類型，偏鈦酸為不可溶性酸液中的主要物質(zhì)，一般選擇使用CN 過濾器即可將此物質(zhì)分離出來，達(dá)到規(guī)定的澄清度。澄清完成后的廢酸依舊無法達(dá)到使用目的，一般需要選擇合適的膜過濾其中的可溶性雜質(zhì)，才能夠達(dá)到實(shí)際使用要求[1]。經(jīng)過膜過濾完成后的純凈稀硫酸，通過雙效濃縮即可將其濃度提升至50%。當(dāng)下我國(guó)所使用的主流治理方案通常包括回收、綜合以及中和處理三種方式。以綜合利用為例，就是先將其中的雜質(zhì)除去后進(jìn)行再利用，但這種方法整體來看運(yùn)行成本偏高。

因鈦鐵礦的多樣性使得所產(chǎn)生的廢酸成分頗為復(fù)雜，而除雜的最終效果與設(shè)備的使用壽命之間存在著密切聯(lián)系，這也是多數(shù)工廠迫切需求一種較為經(jīng)濟(jì)的除雜方式的主要原因[2]。通過整理過往的廢酸處理經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)來看在未來的鈦白粉廢酸與廢水處理過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下二個(gè)問題：第一是不溶性鈦的去除。澄清過濾是廢酸處理的前期步驟，目的是將偏鈦酸細(xì)小顆粒去除；第二是需要確保濃縮每一層次的濃度與溫度控制效果[3]。這一過程的目的，在于避免出現(xiàn)濃縮產(chǎn)生的硫酸鹽晶體，從而降低換熱器的堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

2 廢酸與廢水治理關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)計(jì)思想

2.1 設(shè)計(jì)思想

首先是需要明確不同類型的礦源所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的廢酸成分，以中試跟蹤的方式確定廢酸經(jīng)由過濾器處理后的懸浮物水平。完成這一任務(wù)后即可比對(duì)廢酸的固含量，挑選出合適的設(shè)備。若懸浮物達(dá)到了相應(yīng)要求，則將對(duì)廢酸中的微量元素所產(chǎn)生的雜質(zhì)予以深度檢測(cè)，并選擇使用不同類型的膜用以展開廢酸過濾實(shí)驗(yàn)[4]。通過對(duì)不同孔徑的膜截留雜質(zhì)能力進(jìn)行觀察，即可選擇出匹配實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的澄清廢酸，并在達(dá)到澄清度要求后執(zhí)行雙效濃縮任務(wù)，進(jìn)而對(duì)不同負(fù)壓與溫度背景下廢酸濃度與設(shè)備的堵塞情況進(jìn)行分析，為后續(xù)的酸解與配酸提供完備條件。

2.2 治理關(guān)鍵技術(shù)

廢酸與廢水治理的關(guān)鍵技術(shù)主要為兩項(xiàng)。

(1)礦源和廢酸成分分析。針對(duì)不同礦源使用水解工藝后的廢酸檢測(cè)過程，這一環(huán)節(jié)選擇使用光譜儀對(duì)元素進(jìn)行分析，能夠分析的濃度范圍較大。

(2)過濾、濃縮設(shè)備的優(yōu)化。一洗產(chǎn)生的廢酸經(jīng)由過濾器處理后將偏鈦酸分離出來，并將其返回至進(jìn)料槽。作為一類常見的固液分離裝置[5]，CN 過濾器所使用的技術(shù)為高分子粒子吸附過濾，在懸浮過濾介質(zhì)的作用下將懸浮物吸附從而確保排除液體的澄清程度，一般需要將其吸附率控制在98.5%以上；經(jīng)由底部沉淀分離處理后將獲得具有較高濃度的偏鈦酸，并最終在過濾器的底部將其排除，在回收再利用不浪費(fèi)的同時(shí)，也避免了設(shè)備出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

高分子膜過濾器是稀廢酸澄清液的后續(xù)處理設(shè)備，其中包含的金屬雜質(zhì)將被分離，獲得澄清溶液；一洗后所產(chǎn)生的廢酸溶液上澄清液包括了可溶性雜質(zhì)，例如：鐵離子、鈣離子等；若稀廢酸包含的金屬可溶性離子過多將無法進(jìn)行回收，從而降低了設(shè)備堵塞風(fēng)險(xiǎn)，因此事先除雜極為關(guān)鍵。一般所使用的膜包含了1.2 μm 與0.2 μm 兩種孔徑類型，能夠在特定的溫度條件下進(jìn)行過濾。需要在這一過程中留取部分體積滲透液，通過采取重量法對(duì)懸浮液存留的固體量進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)而保證截留率的計(jì)算效果。

稀硫酸回收至雙效濃縮系統(tǒng)后，原有的稀硫酸濃度將提升至50%。經(jīng)過處理過后的澄清液將在被放置于雙效濃縮系統(tǒng)后采取低溫濃縮方法，將殘余的鈣鎂垢減少，并維持其30～45 ℃的溫度，在此過程中稀硫酸濃度將逐漸提升至50%。應(yīng)確保對(duì)酸濃度跟蹤的及時(shí)性，且需要提高對(duì)管道結(jié)垢情況的重視以免堵塞管道。

混配是將濃度分別為50% 與98% 的酸配置為91%濃度的酸，過程中需要將其作為鈦礦酸解的主要反應(yīng)酸使用[6]。完成除雜與濃縮任務(wù)后的廢酸，其澄清度與濃度滿足后續(xù)執(zhí)行配酸或回用任務(wù)的需求。相關(guān)工作人員應(yīng)對(duì)濃酸配置完成后的情況是否會(huì)對(duì)酸解指標(biāo)造成影響的過程進(jìn)行跟蹤，以保證廢酸處理與回收利用的有效性。

3 主要的廢酸除雜方案與組織方式

3.1 CN 過濾器使用

稀廢酸經(jīng)由一洗處理后即可在泵的幫助下將其送入至CN 過濾器，只需要將過濾器的進(jìn)料閥打開，即可在完成生產(chǎn)任務(wù)的前提下，設(shè)定3～6 h 的漿料回收間隔，并在將過濾器底部排料閥打開后，注入漿料與白水，收集完成后的偏鈦酸將被返回至水洗進(jìn)料槽。一旦漿料濃度變低，則需要保證閥門關(guān)閉的及時(shí)性。反吹環(huán)節(jié)，應(yīng)首先將進(jìn)料閥關(guān)閉將進(jìn)料過程停止，才能將排放閥打開，直至將液位控制在過濾器的隔板以下。隨后再度將漿料排料閥關(guān)閉，過濾器閥門關(guān)閉后即可將空氣卸壓閥門，并在反吹壓空的作用下使得空氣進(jìn)入到球閥內(nèi)，完成一系類的操作任務(wù)后應(yīng)給予足夠的靜置時(shí)間，一般在5～10 min 左右，即可重新填料進(jìn)行處理。

3.2 膜過濾器

壓力是使用該設(shè)備的主要驅(qū)動(dòng)力，其介質(zhì)為過濾膜，具有將溶質(zhì)與溶劑分離的重要作用[7]。一般應(yīng)保證微濾膜孔徑在0.1 μm 以上，如此一來即可避免金屬離子的截留。截留的前提在于對(duì)重金屬離子進(jìn)行處理，只有轉(zhuǎn)化為大小在 0.1 μm 以上的不溶態(tài)為例后才能使用微濾膜的方式確保將其完全去除。因此在使用膜過濾器前必須進(jìn)行廢酸的預(yù)處理，從而保證各類金屬雜質(zhì)的分離完全性，獲得與標(biāo)準(zhǔn)相符的澄清稀硫酸。

3.3 雙效濃縮

完成膜分離處理任務(wù)后的清廢酸在泵的作用下進(jìn)入到系統(tǒng)中，依照順序通過第一預(yù)熱器與第二預(yù)熱器。進(jìn)入到二效分離器后通過轉(zhuǎn)料泵回到一效分離器內(nèi)，循環(huán)完畢后即可將其排放至濃廢酸桶內(nèi)。減溫減壓后的蒸汽將在達(dá)到一定工藝要求后進(jìn)入到一效加熱室內(nèi)，并將二次蒸汽引入到二效加熱室，使得所生成的蒸餾水能夠進(jìn)入到二效冷凝水桶中，并在專用的冷凝水泵的作用下使用第一預(yù)熱器預(yù)熱稀硫酸，并最終通過自流將其輸送至其他工段，繼而達(dá)到將濃度提升至50%的處理目的。

3.4 配酸回用

濃縮完成后的廢酸濃度在50% 左右，并需要依照一定比例在泵的作用下輸送至硫酸系統(tǒng)出料管位置。硫酸混合完畢后需要將其運(yùn)送至硫酸罐內(nèi)，并在所安裝的陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器的作用下，達(dá)到酸的冷卻目的，為后續(xù)的酸解回用提供完備條件。

3.5 工藝流程

(1)將原礦進(jìn)行磨碎處理。依照對(duì)配料配比的工藝需求，將礦粉混合并處理至規(guī)定粒度，從而匹配酸解工藝的具體需求。

(2)酸解。由于鈦鐵礦中包含雜質(zhì)較多，通常將二氧化鈦分為可溶性與不可溶性兩類。所謂酸解就是分解可溶性雜質(zhì)形成懸濁液，并在重力的幫助下將不溶性雜質(zhì)去除。作為第一步的硫酸法制取鈦白粉的反應(yīng)，可將處理過后的礦物粉末加入到濃酸內(nèi)，并在相應(yīng)反應(yīng)條件下達(dá)到硫酸鹽的分解目的。

(3)對(duì)鈦液進(jìn)行凈化。完成酸解的溶液需要在其中加入一定量沉降劑，并將不溶性顆粒去除，以達(dá)到溶液的初步凈化。固液分離的鈦液，與標(biāo)準(zhǔn)的懸浮物比例相匹配。隨后即可在泵的作用下展開冷凍結(jié)晶，該環(huán)節(jié)一般在冷凍鍋中進(jìn)行，以硫酸亞鐵為核心，充分利用其伴隨溫度降低溶解度對(duì)應(yīng)降低這一性質(zhì)，在冷凍水的作用下將鈦液的熱量帶走，從而降低至合適溫度。如此大量的硫酸亞鐵產(chǎn)生結(jié)晶反應(yīng)，將雜質(zhì)鐵的含量降低，使得溶液中的亞鐵分離出來獲取到需求的溶液。

(4)水解。這一過程選擇使用的是外加晶種微壓水解技術(shù)。所謂外加晶種簡(jiǎn)單來說就是定量晶種后將其放于水解槽內(nèi)，從而確保對(duì)水解粒子形狀以及大小的控制有效性。這一過程的完成基礎(chǔ)為合適設(shè)施與科學(xué)操作，需要相關(guān)人員確保對(duì)溫度以及流量的控制全面性，消除人為誤差，獲得最佳的水解工藝條件，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

(5)水洗。水洗任務(wù)完成的關(guān)鍵，在于分離二氧化鈦與母液，一般選擇使用摩爾洗滌方法，需要對(duì)開始水洗前10 min 的濾液進(jìn)行預(yù)先抽取。

(6) CN 過濾。一洗完成后所獲得的稀廢酸經(jīng)由過濾器處理后即可獲得偏鈦酸，返回至H 進(jìn)料槽后進(jìn)行后續(xù)處理。玻璃鋼是過濾器使用的常規(guī)材質(zhì)，對(duì)酸與堿有著較強(qiáng)的耐受能力，耐受溫度一般被控制在65 ℃左右。在其內(nèi)部裝有0.5 m 左右高的懸浮介質(zhì)層，分布較為均勻且具有緊密排列特點(diǎn)，能夠?qū)λ械膽腋∥镞M(jìn)行吸附，并在其表面逐漸形成濾餅層。濾餅層變厚的情況下，由于重力大于浮力，因此將會(huì)自然掉落至濃縮液放置區(qū)域。

(7)膜過濾。稀廢酸的清液使用泵將其打入至高分子膜過濾器內(nèi)，分離出一系列的金屬雜質(zhì)，繼而獲得較為清澈的滿足初始使用條件的澄清溶液。

(8)雙效壓縮。雙效壓縮系統(tǒng)中的稀硫酸，會(huì)獲得經(jīng)由蒸發(fā)處理的蒸汽并將其送入至一級(jí)換熱系統(tǒng)內(nèi)，使得其自身潛能獲得持續(xù)利用。在此期間，稀硫酸濃度將會(huì)持續(xù)提升，一般被控制在45%至55%的范圍內(nèi)側(cè)。

(9) 廢酸利用。50%濃度的硫酸與98%濃度的硫酸配置完成后的濃度為91%的酸，起到的主要作用是為鈦礦酸解提供反應(yīng)酸物質(zhì)，以保證后續(xù)的處理效果。

(10)組織方式。在實(shí)驗(yàn)室中需要對(duì)不同礦源進(jìn)行檢測(cè)，并明確外加晶種后的廢酸組成成分以及物質(zhì)的具體含量；稀硫酸經(jīng)由過濾器處理后將分離出偏鈦酸，設(shè)定的最終處理目標(biāo)是使得偏鈦酸含量小于0.02 g/L，并將完成過濾的偏鈦酸放置于水洗槽內(nèi)；在專用泵的作用下能夠?qū)⑷芤褐械慕饘匐s質(zhì)分離出來，直至總鐵含量在1 g/L 以下才可將溶液輸送至雙效濃縮系統(tǒng)內(nèi)。兩組蒸發(fā)處理完成后，濃度將會(huì)被提升至50%以上，該環(huán)節(jié)需要確保產(chǎn)能與設(shè)備運(yùn)行變化情況協(xié)調(diào)?；旌虾蟮?1%濃度的酸，一般被用于反應(yīng)鈦礦，應(yīng)對(duì)最終的成品質(zhì)量予以跟蹤處理。

依照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，硫酸法鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)展開嚴(yán)格的酸性治理監(jiān)控方案，且需要對(duì)酸性廢水中所使用的處理流程與相應(yīng)的操作工藝予以判斷。在對(duì)出水量進(jìn)行分析后，一般需要將pH 控制在在6～9，從而匹配排污標(biāo)準(zhǔn)。從工藝操作角度來看，需要預(yù)先對(duì)用于中和硫酸的物質(zhì)予以確定，測(cè)算產(chǎn)生硫酸鈣以確保沉降變化水平的控制效果。從設(shè)計(jì)角度來看，則應(yīng)做好沉降工藝段的選型工作，從而實(shí)現(xiàn)沉降整體效果的有效控制目標(biāo)。

4 結(jié)語

綜上所述，在硫酸法鈦白粉的加工環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴(yán)格比對(duì)廢料加工標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所使用的工藝規(guī)范要求予以科學(xué)判斷。同時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注所使用的操作規(guī)范，選擇使用成熟的廢酸與廢水處理方案，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的穩(wěn)定排放目標(biāo)，為產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。