本發(fā)明涉及一種硫酸法鈦白粉生產(chǎn)方法，尤其是一種硫酸法鈦白粉生產(chǎn)過程中的控制過濾方法。
背景技術(shù)：
鈦白粉學(xué)名二氧化鈦(TiO2)具有最佳的不透明性、最佳的白度和光亮度，被認(rèn)為是目前世界上性能最為優(yōu)異的白色顏料。被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、陶瓷、化妝品、食品和醫(yī)藥等工業(yè)，其主要的生產(chǎn)方法由氯化法和硫酸法，目前國(guó)內(nèi)的主要生產(chǎn)工藝主要為硫酸法。
硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的工藝如下：
A、酸解鈦鐵礦：以鈦鐵礦為原料，用硫酸酸解得到TiOSO4和硫酸亞鐵的組成的待浸取固相物；
B、浸取：熟化、冷卻后，向待浸取固相物中加水浸取，分離固相雜質(zhì)，得到浸取鈦液；
C、絮凝沉降：往浸取鈦液中加入絮凝劑進(jìn)行沉降，除去其中的大部分不溶性雜質(zhì)，得到沉降清液；
D、除七水硫酸亞鐵：對(duì)沉降清液進(jìn)行真空結(jié)晶、固液分離除去FeSO4·7H2O晶體，得到結(jié)晶后濾液；
E、控制過濾：得到的結(jié)晶后濾液經(jīng)過控制過濾再次去除不溶性雜質(zhì)，再經(jīng)濃縮后熱水解，制得偏鈦酸；
F、對(duì)偏鈦酸進(jìn)行洗滌、漂白除去可溶性硫酸鹽并濾干，經(jīng)煅燒脫水脫硫轉(zhuǎn)化為二氧化鈦；
G、經(jīng)干磨后得到銳鈦型產(chǎn)品或在煅燒時(shí)加入促進(jìn)劑進(jìn)行晶型轉(zhuǎn)化得到未包膜金紅石型初品或產(chǎn)品。如生產(chǎn)較高檔的金紅石型產(chǎn)品，還須將初品漿化，經(jīng)濕磨解聚分級(jí)，進(jìn)行無機(jī)表面處理后洗去物料中的鹽分，干燥后再進(jìn)行超微粉碎和有機(jī)處理。
由于鈦精礦中通常含有質(zhì)量份數(shù)1.5～2.5％的氧化鈣，在步驟A的酸解過程中硫酸與氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鈣固體，通常按每噸鈦鐵礦加入2.5噸水進(jìn)行浸取操作(以去除其中硫酸鈣等固體雜質(zhì))。浸取溫度40～80℃(浸液溫度過低則浸取效率低，浸取時(shí)間長(zhǎng)，浸取溫度過高，雖然浸取時(shí)間短，但是容易引起鈦液早期水解)。然后將得到的浸取鈦液進(jìn)行后續(xù)處理。
為了確保鈦白粉產(chǎn)品的白度，必須確保精鈦液的固含量，從而防止不溶性固體雜質(zhì)在水解過程中引起水解粒子不均勻，嚴(yán)重影響水洗效果，使得偏鈦酸鐵含量偏高，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此上述工藝流程中步驟E的控制過濾操作是必須的，通常采用設(shè)備是壓濾機(jī)或管式過濾機(jī)，硅藻土，木粉或珍珠巖進(jìn)行助濾，以確保濾液固含量小于等于30ppm。在實(shí)際生產(chǎn)中濾板經(jīng)常結(jié)垢，造成流道堵塞；濾布經(jīng)常結(jié)垢發(fā)硬，嚴(yán)重影響過濾效率，控制過濾過程中的結(jié)垢問題已成為硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中的一大難題，嚴(yán)重阻礙這一技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過對(duì)濾板，濾布結(jié)垢物的化學(xué)分析，其主要成分是硫酸鈣結(jié)晶。
為了解決控制過濾過程中，過濾設(shè)備結(jié)垢堵塞的難題，有部分廠家開始將控制過濾工序前移至真空結(jié)晶工序之前，即直接對(duì)上述步驟C得到的沉降清液進(jìn)行控制過濾操作，這種操作即所謂的熱過濾，雖然該方案能有效避免濾板結(jié)垢，但是冬季氣溫下降，沉降清液極易析出亞鐵結(jié)晶，嚴(yán)重堵塞濾板，在北方地區(qū)甚至無法生產(chǎn)，因此實(shí)際生產(chǎn)該方法仍然存在較大缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決控制過濾設(shè)備結(jié)垢堵塞的問題，本發(fā)明提供了一種鈦白粉生產(chǎn)過程中防止控制過濾設(shè)備結(jié)垢的方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：鈦白粉生產(chǎn)過程中防止控制過濾設(shè)備結(jié)垢的方法，包括以下步驟：
(1)將經(jīng)過除去七水硫酸亞鐵晶體處理后得到的結(jié)晶后濾液預(yù)熱到酸解鈦鐵礦得到的待浸取固相物的浸取溫度以上，得到預(yù)熱后濾液；
(2)對(duì)預(yù)熱后濾液進(jìn)行控制過濾處理。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在上述背景技術(shù)部分的步驟B中，由于硫酸鈣在稀硫酸溶液中溶解度較小(＜2.0g/l)，因此浸取過程中，大部分硫酸鈣隨沉降渣排掉，但仍有少部分硫酸鈣發(fā)生溶解，得到的浸取鈦液實(shí)際上為該浸取溫度下硫酸鈣的飽和溶液。
浸取鈦液經(jīng)過沉降除雜后，采用真空結(jié)晶或冷凍結(jié)晶的方法降低浸取鈦液的溫度至17～25℃，此時(shí)體系中的七水亞鐵達(dá)到飽和，結(jié)晶析出，通過常規(guī)的固液分離設(shè)備(如轉(zhuǎn)臺(tái)過濾，離心分離，沉降分離)除去固體七水亞鐵得到具有一定鐵鈦比的過濾鈦液。由于浸取鈦液中硫酸鈣的溶解度極小，雖然通過結(jié)晶操作，物料的溫度降低至17～25℃，但是由于沒有足夠的結(jié)晶中心，且總的硫酸鈣含量較少，短期內(nèi)(結(jié)晶周期通常40min)幾乎不會(huì)有硫酸鈣晶體析出。
但是又由于真空結(jié)晶所導(dǎo)致的溫度降低，因此最后得到的結(jié)晶后濾液實(shí)際上是硫酸鈣的過飽和溶液。發(fā)明人在試驗(yàn)中觀察到，當(dāng)對(duì)結(jié)晶后濾液進(jìn)行控制過濾操作時(shí)，濾板完全且長(zhǎng)時(shí)間處于硫酸鈣過飽和溶液中，極其細(xì)微的結(jié)晶中心會(huì)逐步長(zhǎng)大成較大的結(jié)晶，日積月累導(dǎo)致濾板流道完全堵塞，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和過濾效果。
因此本發(fā)明將結(jié)晶后濾液的溫度預(yù)熱到待浸取固相物的浸取溫度以上，如上所述，由于在真空結(jié)晶過程中溫度的下降導(dǎo)致了結(jié)晶后濾液實(shí)際上是硫酸鈣的過飽和溶液，而浸取鈦液實(shí)際上為該硫酸鈣的飽和溶液。因此，當(dāng)結(jié)晶后濾液的溫度上升到浸取溫度以上時(shí)，結(jié)晶后濾液變成了硫酸鈣的飽和溶液或非飽和溶液，使得在過濾過程中，硫酸鈣晶體不會(huì)析出。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，將結(jié)晶后濾液預(yù)熱到高于待浸取固相物的浸取溫度1～5℃。發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在預(yù)熱溫度略高于待浸取固相物的浸取溫度時(shí)，即可幾乎完全避免控制過濾過程硫酸鈣晶體的析出。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述預(yù)熱方法為間接加熱，間接加熱相比于直接加熱能耗更低，加熱速率更快，加熱效果更均勻。更佳的，所述預(yù)熱方法為采用蒸汽盤管間接加熱。
本發(fā)明的有益效果是：1)可徹底解決在控制過濾過程中濾板結(jié)垢堵塞的問題；2)提高整個(gè)鈦白粉生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)效率；3)工藝簡(jiǎn)單，易于推廣。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一：
控制過濾設(shè)備板框壓濾機(jī)一臺(tái)，過濾面積220平方米(濾板規(guī)格1.5m×1.5m)，加入硅藻土500kg和10方除鐵結(jié)晶后濾液(20℃)進(jìn)行打漿布料，然后將除鐵結(jié)晶后濾液采用蒸汽盤管間接預(yù)熱至77℃，預(yù)熱除鐵結(jié)晶后濾液(77℃)進(jìn)行控制過濾，確保經(jīng)控制過濾后鈦液固含量小于等于30ppm，當(dāng)整體壓濾機(jī)壓力達(dá)到0.4MPa，即更換助濾層，如此往復(fù)使用，濾布每15天更換一次，每隔10天取一張濾板，徹底清理結(jié)垢物并稱重，連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月(本實(shí)施例中待浸取固相物加水浸取溫度為75℃)。
對(duì)比例一：
控制過濾設(shè)備板框壓濾機(jī)一臺(tái)，過濾面積220平方米(濾板規(guī)格1.5m×1.5m)，加入硅藻土500kg和10方除鐵結(jié)晶后濾液(20℃)進(jìn)行打漿布料，然后進(jìn)除鐵結(jié)晶后濾液(20℃)進(jìn)行控制過濾，確保經(jīng)控制過濾后鈦液固含量小于等于30ppm，當(dāng)整體壓濾機(jī)壓力達(dá)到0.4MPa，即更換助濾層，如此往復(fù)使用，濾布每15天更換一次，每隔10天取一張濾板，徹底清理結(jié)垢物并稱重，連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月(本對(duì)比例中待浸取固相物加水浸取溫度為75℃)。
對(duì)比例二：
控制過濾設(shè)備板框壓濾機(jī)一臺(tái)，過濾面積220平方米(濾板規(guī)格1.5m×1.5m)，加入硅藻土500kg和10方除鐵結(jié)晶后濾液(20℃)進(jìn)行打漿布料，然后將除鐵結(jié)晶后濾液采用蒸汽盤管間接預(yù)熱至70℃，預(yù)熱除鐵結(jié)晶后濾液(70℃)進(jìn)行控制過濾，確保經(jīng)控制過濾后鈦液固含量小于等于30ppm，當(dāng)整體壓濾機(jī)壓力達(dá)到0.4MPa，即更換助濾層，如此往復(fù)使用，濾布每15天更換一次，每隔10天取一張濾板，徹底清理結(jié)垢物并稱重，連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月(本對(duì)比例中待浸取固相物加水浸取溫度為75℃)。
對(duì)實(shí)施例一、對(duì)比例一、對(duì)比例二的濾板結(jié)垢情況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表一。
表一：?jiǎn)螐垶V板結(jié)垢物稱重情況(單位：克)