新型螺旋卸料沉降-過濾離心機在鈦白行業的應用

周均生

（上海英千分離機械有限公司，上海 201321）

目前，國內外鈦白粉的生產工藝主要為硫酸法和氯化法，其中硫酸法鈦白粉在生產過程中產生的副產品硫酸亞鐵與黑鈦液的分離技術，在整個工藝流程中占有極其重要的地位。在該法生產過程中，通常采用冷凍結晶法和真空結晶法得到硫酸亞鐵結晶，經過結晶后的鈦液中，硫酸亞鐵以七水硫酸亞鐵的形式存在。冷凍結晶法是利用冷凍機制冷系統將鹽水冷卻作為載冷劑，通過黑鈦液冷凍罐內紫銅（鈦材）盤管，間接使鈦液溫度在攪拌狀態下不斷下降，使硫酸亞鐵達到過飽和而結晶析出。冷凍結晶法降溫速度較慢，晶體成長時間長，攪拌強度低，所得到的硫酸亞鐵顆粒粒徑能達到0.2～0.6 mm，甚至更大；真空結晶法以蒸汽為動力，將其通過蒸汽噴射嘴高速噴出，從而使結晶罐產生真空，黑鈦液在真空狀態下蒸發，溫度降低，隨著結晶罐內真空度的提高，黑鈦液溫度不斷下降，從而使硫酸亞鐵達到過飽和而結晶析出。真空結晶法降溫速度快，晶體成長時間短，攪拌強度劇烈，所得到的硫酸亞鐵顆粒粒度較小，一般為 0.08～0.2 mm。

1 國內外鈦白粉行業分離設備的使用情況

目前國內外鈦白粉生產中硫酸亞鐵與黑鈦液的分離設備主要有：真空抽濾機、真空圓盤過濾機、活塞推料離心機、虹吸式刮刀卸料離心機等。

1.1 真空抽濾機

真空抽濾機是以真空負壓為推動力實現固液分離的設備，分為間歇操作和連續操作2種。前者可過濾各種濃度的懸浮液，后者適于過濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。但真空抽濾機因占地面積大、真空能耗多、勞動力強度大、耗用洗滌水多、后續濃縮的負擔大、無法實現連續操作等缺點正逐漸被業界淘汰。

1.2 真空圓盤過濾機

鈦白粉行業使用真空圓盤過濾機為水平式，屬于連續真空過濾設備，目前得到廣泛的應用。真空圓盤過濾機的缺點主要是分離池中硫酸亞鐵料層很厚，必須要用大量的洗滌水才可以，大大降低了分離后鈦液的濃度，使后續濃縮的負擔加大；而且設備占地面積較大，安裝精度要求高，在生產操作控制上，如果操作不規范時極易引起硫酸亞鐵殘鈦量的升高，影響收率，造成很大的浪費。并且真空圓盤過濾機屬于敞開式設備，而懸浮液是含硫酸根的酸性物質，氣霧對工作場所的污染程度很高，極大危害著操作工的身體健康。

1.3 臥式活塞推料離心機

臥式活塞推料離心機是連續進料、脈沖式卸料的離心機，該設備對懸浮液的濃度變化很敏感，要求懸浮液中固體質量分數應大于30%，最好控制在40%～60%，因此使用時需要在前面增設一個增稠器，以提高鈦液的固體含量，另外運行機器后細小顆粒的跑料比較多。目前，該設備主要用于冷凍結晶法硫酸亞鐵的分離，還不適用于真空結晶法生產的硫酸亞鐵。

1.4 虹吸式刮刀卸料離心機

虹吸式刮刀卸料離心機在硫酸亞鐵的分離中，由于虹吸口、刮刀都和物料作逆向相對運動，因此磨損非常厲害，尤其是當鈦礦中含硫量高時，酸性腐蝕嚴重，對虹吸口、刮刀的材質要求就非常高，導致運行費用較高；另外當物料性能有變化時，硫酸亞鐵的脫水性波動就較大，脫液效果不好，離心機震動較大，維修成本較高。

2 新型LWLC450×1250螺旋卸料沉降-過濾離心機的開發

根據結晶物料的特性和國內外離心機的使用情況，開發了新型LWLC450×1250螺旋卸料沉降-過濾離心機（簡稱“新型離心機”），以提高硫酸亞鐵中殘鈦的回收、降低后續鈦液濃縮蒸汽消耗、改善工作環境、降低勞動強度。

2.1 新型離心機基本結構和工作原理（見圖1）

新型離心機的工作原理：啟動主、副電機后，轉鼓和螺旋體構成的回轉體穩步升速，并達到額定轉速r1和r2，由于差速器的作用，使螺旋產生一個超前轉鼓的穩定差轉速△r，以實現螺旋卸料功能，懸浮液通過進料管連續進入螺旋體加速斗內加速，因強大離心力的作用，物料均勻地分布在轉鼓內腔，密度大的物料貼在轉鼓壁上（外層），密度越小的物料則趨向聚集在中間部分（內層），形成二相或多相的分層。此時，固相經過螺旋葉片推動至過濾段轉鼓處進行二次離心脫水，固體從固相出口處排出機外，分離后的清液在沉降段從第一液相出口排出機外，在過濾段經濾網孔隙從第二液相出口排出機外，完成整個脫水過程；但固相細小顆粒還會通過篩網縫隙進入第二液相中，由管道進入上游冷凍結晶后，再進入離心機分離，解決了固相漏料的問題；同時為了解決物料的洗滌問題，還設計了一種復合洗滌進料結構，使固相中殘留的有效成分大大降低。

圖1 新型離心機結構圖

離心機自動控制系統采用PLC電氣控制，其中雙變頻調速采用共直流母線接線法，使副電動機再生的能量反饋給主變頻器被主電動機利用，從而實現了機器的節能，電耗至少節約30%。

2.2 新型離心機實際應用情況

采用新型離心機，對山東東佳集團鈦白粉生產過程中的硫酸亞鐵與黑鈦液進行分離，分離后質量指標取樣見表1。

表1 新型離心機取樣指標

新型離心機與18 m2真空圓盤過濾機各項指標比較見表2。

表2 新型離心機與18m2真空圓盤過濾機參數與分離指標對比

由表2可見，新型離心機分離后的混合液相總鈦含量要比真空圓盤過濾機高11.7 g/L。按工藝0.78蒸發系數計算，折算成1 t純鈦濃縮蒸汽消耗降低了0.6252 t，按蒸汽180元/t計算，則同等條件下蒸汽消耗可節約112.54元。

由表2可見，分離后的硫酸亞鐵中鈦的質量分數比真空圓盤過濾機低0.39%。按1 t純鈦產硫酸亞鐵2.3 t計，則生產1 t純鈦可以多回收8.97 kg純鈦；再按純鈦10500元/t計算，則同等條件下可增加收入94.185元。

根據實際處理量計算耗電情況：生產1 t純鈦，真空圓盤過濾機能耗為34.6 kW·h，而新型離心機采用雙變頻共直流母線調速系統，能耗為22.137 kW·h，可節約能耗 12.463 kW·h。如果按照企業電價0.7元/（kW·h）計，則生產1 t純鈦可節約電費8.72元。

此外，新型離心機還采用了復合洗滌進料結構，使物料洗滌比較充分，大大減少了洗滌水的用量。

3 結論

根據上述應用效果分析，僅從硫酸亞鐵中鈦液的回收、鈦液濃縮所需蒸汽的消耗及電耗方面，采用LWLC4502×1250螺旋卸料沉降-過濾離心機生產1 t純鈦，可為企業創效益約為215.45元。目前1臺新型離心機可滿足年產1萬t純鈦的需要，即可創造效益約為215.45萬元/a。并且該設備具有可連續進料、自動卸料、結構緊湊、占地面積小、操作維修方便等特點，有利于在鈦白行業中推廣使用。

［1］龔家竹.鈦白粉生產工藝技術進展［J］ .無機鹽工業，2003，35（6）：5-7.

［2］張益都.硫酸法鈦白粉生產技術創新［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［3］施震榮.工業離心機選用手冊［M］.北京：化學工業出版社，1999.