氯化法鈦白粉的生產(chǎn)工藝探究

馬艷萍，劉紅星，和奔流，趙波

（龍蟒佰利聯(lián)集團(tuán)股份有限公司，河南 焦作 454191）

1 鈦白粉及氯化法的基本原理

1.1 鈦白粉

鈦白粉是一種無(wú)機(jī)化工顏料，主要成分為TiO2，即二氧化鈦，白色、多晶化合物，相對(duì)密度最小，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，可溶于氫氟酸，不溶于水、堿、脂肪及無(wú)機(jī)酸，具有光化學(xué)活性，該特性使鈦白粉成為某些無(wú)機(jī)化合物的光敏氧化催化劑和還原催化劑。

1.2 氯化法的基本原理

氯化法是鈦白粉的主要生產(chǎn)工藝之一，具體是指以含鈦的原料，利用氯化高鈦渣、金紅石（天然或人造）與氯氣在特定的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而生成四氯化鈦，然后再以精餾提純的方法進(jìn)行精加工，經(jīng)氣相氧化和速冷處理，最后通過(guò)氣固分離，便可得到二氧化鈦。由于在反應(yīng)過(guò)程中，二氧化鈦吸附了一定量的氯，所以需要采用蒸氣或是加熱處理的方法，將氯從二氧化鈦中轉(zhuǎn)移出去，這樣便可得到鈦白粉。

2 氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程分析

2.1 氯化工藝

這是氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程中的關(guān)鍵部分，該部分主要目的是對(duì)粗四氯化鈦進(jìn)行制取，可以采用的技術(shù)包括以下幾種：流化床氯化、固定床氯化以及熔鹽氯化。含鈦原料，通過(guò)粉磨處理后，與石油焦混合，加入沸騰爐中，然后將氧化工序返回的可循環(huán)氯氣經(jīng)由沸騰爐的底部通入爐內(nèi)，并在925～1010℃的高溫條件下進(jìn)行連續(xù)的氧化反應(yīng)，二氧化鈦以及其它的金屬氧化物，則會(huì)被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氯化物，與氣體一并排出爐外。沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)的固體粉塵以及不具備揮發(fā)特性的氯化物，從反應(yīng)氣體中被分離出來(lái)，以冷凝的方法，對(duì)含有三氯化釩和四氯化硅的四氯化鈦進(jìn)行收集，再經(jīng)過(guò)濾，便可得到粗四氯化鈦。最后通過(guò)除釩和精餾可以獲得純度較高的四氯化鈦。

2.2 氧化工藝

通過(guò)氯化工藝得到純度較高的四氯化鈦之后，便可將其與一些相關(guān)的制劑一并加入到氧化反應(yīng)器當(dāng)中進(jìn)行反應(yīng)。經(jīng)由氧化反應(yīng)器在高溫條件下反應(yīng)的四氯化鈦會(huì)生成帶有二氧化鈦顆粒的氣體，此時(shí)需要通過(guò)氯氣進(jìn)行冷卻，使其溫度降低至700℃以下，經(jīng)管路冷卻至200℃，再用分離器和收集器對(duì)二氯化鈦進(jìn)行脫氯，對(duì)其中所含的氯氣進(jìn)行分離，轉(zhuǎn)入后處理工序。

2.3 后處理工藝

在氯化法鈦白粉的整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中，后處理涵蓋的內(nèi)容較多，其直接關(guān)系到鈦白粉的質(zhì)量，所以需要對(duì)后處理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。具體的工藝流程如圖1 所示。

圖1 氯化法鈦白粉后處理工藝流程示意圖

2.3.1 打漿與研磨

1）打漿

經(jīng)過(guò)脫氯之后的二氧化鈦會(huì)被送入到打漿槽內(nèi)，隨后將計(jì)量好的分散劑和脫鹽水，按照先后順序依次加入到打漿槽當(dāng)中，啟動(dòng)打漿槽對(duì)二氧化鈦粉料進(jìn)行打漿處理，質(zhì)量符合要求的漿液將會(huì)被送入到下一工序繼續(xù)處理。

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2）研磨

經(jīng)打漿處理后質(zhì)量合格的漿料會(huì)先進(jìn)入砂磨機(jī)的進(jìn)料槽，由進(jìn)料槽對(duì)漿料進(jìn)行分散以后，通過(guò)進(jìn)料泵使?jié){料進(jìn)入到砂磨機(jī)內(nèi)，開(kāi)啟研磨機(jī)進(jìn)行研磨，使?jié){料的粒徑小于1，研磨好的漿料則會(huì)被送入到貯存槽內(nèi)，由分級(jí)器按粒徑大小對(duì)漿料進(jìn)行分級(jí)處理，粒徑大于1 返回重磨，小于1的漿料則會(huì)自行流至表面處理罐當(dāng)中。

2.3.2 表面處理與過(guò)濾洗滌

1）表面處理

先通過(guò)化學(xué)品制備制得所需的表面處理劑，然后通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)量，將化學(xué)處理劑加入到處理罐中，對(duì)漿料進(jìn)行表面處理，處理好的漿料以泵送的方式送入吸片槽，準(zhǔn)備過(guò)濾洗滌。

2）過(guò)濾洗滌

葉濾機(jī)會(huì)對(duì)吸片槽內(nèi)的漿料進(jìn)行真空吸濾，隨后吊機(jī)會(huì)將葉濾機(jī)吊起，送入到水洗槽，對(duì)漿料進(jìn)行洗滌，當(dāng)洗滌質(zhì)量達(dá)到要求之后，吊機(jī)會(huì)將葉濾機(jī)重新吊起，并將其中的漿料卸入卸料槽內(nèi)。

2.3.3 噴霧干燥

經(jīng)由均質(zhì)器對(duì)漿料進(jìn)行處理，使其變得均勻后，通過(guò)泵送的方式，使?jié){料進(jìn)入到噴霧干燥器內(nèi)進(jìn)行霧化，利用熱風(fēng)爐對(duì)漿料進(jìn)行干燥處理，從干燥器排出的尾氣會(huì)在袋濾器內(nèi)被分離，排風(fēng)機(jī)會(huì)將分離后的熱風(fēng)排放至空氣中，而二氧化鈦粉料則會(huì)被送入微粉碎工序。

2.3.4 微粉碎

經(jīng)噴霧干燥后的二氧化鈦粉料會(huì)被送入到氣流粉碎機(jī)內(nèi)，加入粉碎助劑后，以中壓過(guò)熱蒸汽作為工質(zhì)，將粉料粉碎至0.3 左右的粒徑，通過(guò)冷卻旋風(fēng)將粉料分離出來(lái)，再由袋濾器對(duì)粉料進(jìn)行收集，袋濾器內(nèi)的粉料便是成品鈦白粉，送入成品料倉(cāng)進(jìn)行包裝即可。

3 廢渣廢水的處理及尾氣的綜合利用

3.1 廢渣及廢水的處理方法

氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)較為明顯，如工藝過(guò)程的能耗較低、自動(dòng)化程度高、制得的鈦白粉質(zhì)量較佳。但是氯化法生產(chǎn)中，會(huì)產(chǎn)生一定的廢渣和廢水。因此，必須采取有效的方法進(jìn)行處理，從而降低對(duì)環(huán)境的污染和破壞。

3.1.1 廢渣的處理方法

采用氯化法進(jìn)行鈦白粉生產(chǎn)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生氯化廢渣及氫氧化物廢渣，可以采取溶解、中和、壓濾分離的方法對(duì)廢渣進(jìn)行處理。具體做法如下：

1）利用換熱器對(duì)渣漿進(jìn)行冷卻，并存儲(chǔ)于壓濾機(jī)的供料槽內(nèi)，以泵送的方法，將渣漿送入壓濾機(jī)中進(jìn)行過(guò)濾。

2）在渣漿過(guò)濾時(shí)，為確保濾除效果，可采用批次間歇操作的方法，單次的渣漿處理量可控制在8～15m3，過(guò)濾后的渣漿則需要用洗滌水進(jìn)行首次洗滌，此時(shí)可將用水量控制在1～5m3，隨后通入壓榨水，將渣漿濾餅中的水分壓出，再進(jìn)行第二次洗滌，此時(shí)可將用水量提高至6～13m3。

3）濾液的電導(dǎo)率達(dá)到工藝要求后，便可將濾液轉(zhuǎn)入到洗滌水儲(chǔ)存槽內(nèi)，待下次洗滌使用，這樣能夠達(dá)到節(jié)水的目的。第二次洗滌后的濾餅需要再次通入壓榨水壓出水分，并利用壓縮空氣，將濾餅中剩余的水分吹出。

4）金屬氯化物溶液儲(chǔ)槽內(nèi)含有大量氯化鐵的濾液，會(huì)被送往中和槽，經(jīng)氯氣洗滌器完成廢水處理。經(jīng)處理后的濾餅為惰性廢渣，其中水的含量在50%以上，二氧化鈦的含量約為15%，其余的35%為石油焦。

3.1.2 廢水的處理方法

對(duì)于氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的廢水，可以采取如下方法進(jìn)行處理：

1）可以使用石灰乳對(duì)廢水進(jìn)行中和處理，由此能夠得到含有氫氧化鐵的沉淀物，通過(guò)分離洗滌之后的廢渣可以直接運(yùn)至渣場(chǎng)進(jìn)行集中堆放。而分離出來(lái)的濾液當(dāng)中，含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～20%左右的氯化鈣廢水，可將這部分廢水直接排入到廢水貯存槽內(nèi)，然后送入到蒸發(fā)單元進(jìn)行蒸發(fā)處理。

2）使用石灰乳對(duì)廢水進(jìn)行中和處理的過(guò)程中，需要先將石灰乳送入中間的儲(chǔ)槽內(nèi)，并向槽內(nèi)加入金屬氯化物溶液和酸性廢水，而溶液當(dāng)中的氯化鎂及氯化鈣則會(huì)保留下來(lái)，隨后將溶液送入到蒸發(fā)裝置進(jìn)行結(jié)晶，并對(duì)其中的二水氯化鈣進(jìn)行回收。

3）在后處理工藝的過(guò)濾環(huán)節(jié)中，會(huì)產(chǎn)生出含鹽廢水，其中含有一定量的硫酸鈣和二氧化鈦，對(duì)此可以采取如下方法進(jìn)行處理：先對(duì)廢水進(jìn)行沉降，然后將廢水送入到含鹽廢水處理裝置當(dāng)中，通過(guò)反滲透膜對(duì)廢水進(jìn)行處理，這樣大部分的水便可作為循環(huán)水進(jìn)行使用，少部分濃水，則可送入水池進(jìn)行自然蒸發(fā)，由此可以使含鹽廢水得到有效地利用，不但有利于水資源的節(jié)約，而且還能減輕廢水過(guò)量排放對(duì)環(huán)境的污染。

3.2 尾氣的綜合利用

氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程會(huì)產(chǎn)生大量的尾氣，這樣可能會(huì)對(duì)尾氣系統(tǒng)的運(yùn)行造成不利影響，為此，對(duì)尾氣進(jìn)行有效處理及綜合利用顯得尤為必要。具體的利用思路如下：可額外增加一個(gè)淋洗塔，主要對(duì)二氯氧化鈦進(jìn)行處理，隨著新淋洗塔的加入，可與原本的兩個(gè)塔組成氯化尾氣三塔淋洗工藝。通過(guò)新加入的淋洗塔對(duì)氯化尾氣中的四氯化硅和四氯化鈦進(jìn)行去除，當(dāng)塔內(nèi)淋洗液中的二氯氧化鈦達(dá)到一定濃度之后，便可對(duì)其進(jìn)行回收利用。

4 結(jié)論

鈦白粉作為無(wú)機(jī)化工顏料，其用途非常廣泛，所以保證鈦白粉的品質(zhì)尤為重要。氯化法因能耗低、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)能易于擴(kuò)大等優(yōu)點(diǎn)，成為鈦白粉的主流生產(chǎn)工藝。在應(yīng)用氯化法進(jìn)行鈦白粉生產(chǎn)的過(guò)程中，要對(duì)具體的生產(chǎn)工藝流程加以明確，這是保證鈦白粉質(zhì)量的關(guān)鍵。同時(shí)，還要對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣廢水進(jìn)行有效處理，減輕環(huán)境污染，并對(duì)尾氣進(jìn)行綜合利用，變廢為寶，提高經(jīng)濟(jì)效益。