硫酸法鈦白廢酸處理與濃縮工藝

黃麗麗

摘 要：在硫酸法生產鈦白粉的過程中將產生較多的廢酸，需進行廢酸的合理化處理及資源利用。文章在對于鈦白廢酸來源以及鈦白廢酸處理現狀深入分析的基礎上，對鈦白廢酸濃縮利用工藝進行深入研究，包括廢酸真空濃縮工藝、廢酸預濃縮結合蒸汽蒸發濃縮工藝、噴霧濃縮工藝等，以推動鈦白硫酸工藝綠色、可持續發展。

關鍵詞：硫酸法；鈦白；廢酸；濃縮工藝

1 鈦白廢酸概述

1.1 鈦白廢酸來源

硫酸法生產鈦白粉的工藝流程圖如下圖1 所示，涵蓋了酸解、凈化、濃縮、水解、漂洗、鹽處理、煅燒及粉碎等工藝。

從生產工藝流程圖中發現，硫酸在鈦白的制備過程中僅起到中間介質的作用，不進入最終產品，僅參與化學反應，因此，在實際的硫酸法制備鈦白粉的過程中，酸解及凈化、水解過程將排放大量廢酸，其中，酸解過程每生產1噸約排放8噸濃度約20%左右的廢酸，在凈化水解偏鈦酸的過程中，每生產1噸鈦白粉約排放80噸濃度為2～3%的廢酸。廢酸的成分主要為游離態硫酸以及硫酸鹽等，對廢酸的處理：對濃度約20%左右的廢酸通常進行處理再利用，而對于濃度為2%的廢酸通常經中和處理達標后方可排放。

1.2 鈦白廢酸處理現狀

1.2.1 中和工藝

包括石灰中和工藝、氨中和工藝、礦石中和工藝以及堿性廢水中和工藝等，其中，我公司采用石灰石和石粉相結合，先用石粉將廢酸及廢酸的混合物中和至pH值為2.5～4.0，再用15%左右的石灰乳繼續中和，同時用空壓攪拌氧化其廢液中的二價鐵，氧化的同時控制液體的pH達到6～9，在中和好的水移至沉降池之前加入適量的沉降劑助沉，將中和好的水再通過板框壓濾機壓濾，最終水達到排放的標準后直接排放。該工藝具有操作簡便，系統簡單，成本較低的優勢，然而其操作費用高，廢液排放前需檢測其水質是否達標，同時中和的鈦石膏量多，生產每噸鈦白粉有12噸的產生含水量50%鈦石膏，造成二次污染；氨中和工藝利用含氨廢水進行廢酸的中和處理，可用于生產肥料。該工藝流程較為繁雜，且處理過程中產生的含氨廢水不易處理，同時要求生產的條件受限；礦石中和工藝即利用橄欖石中和廢液，得到SiO2固體和MgSO4溶液，其中SiO2固體可安全堆存或進一步處理，而MgSO4溶液經沉淀除去重金屬離子后可安全排放，但該工藝前期投資較大；堿性廢水中和工藝利用工廠排放的堿液廢水進行廢酸液的中和處理，至達標排放，可對于兩類工業廢水進行綜合處理，并進一步降低治理成本，但該工藝受廠區條件及環境等客觀條件的制約。

1.2.2 浸出礦物工藝

主要包括制備人造金紅石工藝、制備硫酸銅工藝、制備磷肥工藝、制備活性白土工藝等，其中，制備人造金紅石工藝可利用廢酸制備金紅石，工藝簡單，經濟效益較高，符合工業生產實際，但該工藝生產流程較長，而高鎂鈣鈦精礦難以用硫酸浸出；制備硫酸銅工藝適于低品位銅礦和廢銅的浸出。具有操作簡單、經濟效益高的優點，但實施范圍受限；制備磷肥工藝需配套一條磷酸生產線，制作工藝簡單但此工藝的應用范圍有限；制備活性白土工藝流程簡單，易于實現工業化，但廢酸消耗量較少。

1.2.3 廢酸再生工藝

主要包括WSA工藝以及焙燒法工藝等兩方面，WSA工藝由托普索公司研發而成，即濕法硫酸工藝，其中硫回收率及氧化物脫除率均較高在90%以上，可回收大量熱量，但該工藝較為復雜，運行成本較高；焙燒法工藝利用Fe3O4與廢酸混合后，通過氣體燃料的加熱作用，逐漸脫水，使得硫酸亞鐵分解，硫鐵礦被氧化，但該工藝運行成本較高。

1.2.4 萃取法工藝

萃取法工藝主要利用臭氧將廢酸中的亞鐵離子氧化為三價鐵離子，然后利用甲基丁基酮作萃取劑，萃取比選用萃取劑與鈦白廢酸體積之比為1：1，研究表面，該工藝是采用酸鹽分離的方法，分離效果好，酸回收率高，具有較好的自動化控制性能，其主要的缺點在于回收酸的成本較高。

1.2.5 溶解度原理法

由于在不同濃度的硫酸中，硫酸鹽的溶解度也不盡相同，利用該理論，可通過鹽析和共沉降作用對于廢酸中其他鹽類進行排除，再經過蒸發濃縮作用，有利于廢酸濃縮工藝的平穩運行，因此該方案具有良好發展前景。

2 鈦白廢酸濃縮利用工藝

2.1 廢酸真空濃縮工藝

廢酸真空濃縮技術現已發展成為一種比較成熟的廢酸濃縮利用工藝，廢酸的真空濃縮工藝其流程圖如下圖2所示：

廢酸溶液與轉窯煅燒來的350～400℃的尾氣進行質量和熱量交換，尾氣經凈化及電除霧直接真空排放。此時廢酸溶液濃度升至28%，然后再經過多效蒸發濃縮，后冷卻、熟化結晶，再通過壓濾去除廢酸中的硫酸亞鐵，從而得到純質濃度高的硫酸溶液。此濃縮工藝可取得理想的處理效果，同時具有運行成本的優勢，也被國內企業所采用，其弊端在于尚未完全解決石墨加熱器堵塞的問題。

2.2 廢酸預濃縮結合蒸汽蒸發濃縮工藝

廢酸預濃縮結合蒸汽蒸發濃縮可實現高效化廢酸濃縮利用，首先利用廢熱對于廢酸進行預濃縮，再利用水蒸氣真空蒸發，對于廢酸進行進一步濃縮，然后利用高溫煅燒尾氣對于廢酸進行再次濃縮，此時其硫酸濃度可達82%，濃縮經濟效益較高，但也存在管道堵塞的問題。

2.3 噴霧濃縮工藝

將鈦白廢酸通過泵的作用輸送至噴霧濃縮裝置，然后在裝置內部發生霧化作用，由于霧化液滴粒徑較小，在與熱空氣接觸后發生熱量及質量的傳遞作用，水分被蒸發，因此會析出硫酸鹽，得到的懸濁液通過離心分離機實現固液分離。該工藝熱量利用率較高，濃縮成本低，因此可推廣應用。

參考文獻

[1]陳朝華.鈦白粉生產及應用技術[M].北京：化學工業出版社，2006.

[2]李亮.國內外鈦白廢酸綜合治理及回收利用研究現狀[J].濕法冶金，2010，29（3）：150-158.

（作者單位：廣西藍星大華化工有限責任公司）