硫酸法鈦白粉酸解預混系統技術改造

孫群山

（廣西西隴化工有限公司，廣西博白 537617）

酸解是硫酸法鈦白生產中的重要環節之一，酸解過程直接關系到鈦液質量及鈦的收率。酸解預混工序是酸解反應前期的主要操作步驟，目的是將參與反應的硫酸和鈦鐵礦粉混合，使礦粉被硫酸浸潤并均勻地分散在硫酸中。酸解預混過程直接影響酸解的效果，硫酸和鈦鐵礦粉混合效果越好，酸解反應越充分，殘余固相物越少。若濃硫酸和鈦鐵礦粉混合不充分，則鈦鐵礦粉會在硫酸中團聚，形成致密難溶硬塊，影響酸解率。在實際生產過程中，因預混設施設計缺陷、DCS程序局部設置不合理或操作不當等，容易出現預混罐內壁和攪拌器上粘結物料，需要人工定期清理。針對上述問題，技術人員認真分析原因并采取改進措施，對酸解預混系統進行技術改造，取得了較好的效果。

1 硫酸法鈦白酸解工藝流程

某公司硫酸法鈦白粉酸解同時采用間歇法和連續法，連續酸解工藝流程見圖1。

圖1 連續酸解工藝流程

將計量好的濃硫酸先放入帶攪拌和冷卻夾套的鋼制酸解預混罐內，在攪拌條件下加入計量好的鈦鐵礦粉，攪拌混合，同時冷卻夾套通入冷卻水進行冷卻（防止混合漿料溫度升高，提前發生酸解反應），攪拌均勻后，放料至預混過渡罐，然后泵至酸解反應器中部。酸解反應器同時加入計量好的廢硫酸或工藝水，利用硫酸的稀釋熱引發硫酸和鈦鐵礦粉發生化學反應，短時間內生成可溶性硫酸鹽（硫酸鈦、硫酸氧鈦、硫酸鐵等）和多孔固相物，進入下段工序。

2 酸解預混系統存在的問題

自2019年投產以來，酸解預混系統主要存在以下問題：

1）預混罐內壁粘結固相物，尤其是下礦口與硫酸液面交界點處固相物較多。

2）預混罐攪拌軸結垢，尤其是與硫酸液面交界點處結垢較多。

3）鈦鐵礦粉計量倉下料不均勻，有時下料速率過快，平均約2 t/min，導致硫酸和礦粉混合不充分，形成團聚物或粘壁結塊。

4）預混罐放料口、放料閥、放料管線經常發生堵塞。

3 酸解預混系統改造

針對上述問題，技術人員研究每個細節，認真分析原因并采取改進措施，多次從設備、DCS控制、工藝三方面對酸解預混系統進行改造。

3.1 設備技術改造

1）改進預混罐攪拌形式。由槳式攪拌改為緊貼預混罐內壁的刮刀式攪拌，并將攪拌轉速由40 r/min提高至50 r/min，同時升級攪拌電機，功率由7.5 kW改為15 kW。改造的目的是：①提高攪拌強度，使得酸礦快速混合；②及時鏟除內壁附著的硬塊；③電機提供足夠的動力，增強特殊情況下的應急處理能力。

2）改進預混罐進酸口的位置和角度，使其對準液面攪拌軸位置。利用進料的硫酸沖洗攪拌軸上吸附的礦粉，減少攪拌軸結垢的機會。

3）改進預混罐進礦口的位置，將其布置在攪拌軸與筒體中間。使礦粉與筒體保持一定間距，可減少內壁吸附礦粉。

4）延長預混罐進鈦鐵礦粉管線，使出料口處于預混料液面上方200 mm，可以減少預混罐內揚塵，減少內壁吸附礦粉。

5）在預混放料管上增加壓縮風管。要求每批次放完料后進行管道吹掃，防止管道積料發生堵塞現象。

6）改進人孔位置，將其布置在出料口對應上蓋的位置或者新增檢修孔，方便觀察和清理出料口固相物。

7）改進鈦鐵礦粉計量倉，在下錐體加裝2個對稱的壓縮風口，用壓縮風松動堆積或結塊的礦粉，提高礦粉的流動性，滿足下料速度的要求。

8）預混罐增加排氣口。在預混罐上蓋的進礦口附近，增加1個直徑為100 mm的排氣口，通過管道連接至礦粉計量倉頂部的倉頂袋濾器，使預混罐形成負壓狀態，及時排出預混罐內揚塵，減少內壁吸附礦粉，改善現場工作環境。

9）改進鈦鐵礦粉計量倉出口閥門的類型。干燥的鈦鐵礦粉顆粒細小，粒徑平均為0.3 μm，具有蓬松、流動性良好、休止角較小等特性，計量倉出口原來使用的閥門為插拔閥，礦粉出料量時大時小，較難控制。星型下料閥是由帶有數個葉片的轉子在圓筒形機殼內旋轉，從上部料斗落入的物料充塞在葉片間的空格內，隨葉片的旋轉而卸出。將插拔閥改為星型下料閥，并同步安裝變頻器，以控制星型下料閥電機的轉速，進而控制下料速度，很好地解決了下料不均勻的問題。

10）酸解預混罐底部優化。預混罐原設計底部是斜底且在出料最低處水平安裝出口短接，在生產過程中經常發生積料、結塊，對精準稱量有干擾。將出口短接由原來的水平安裝改為在罐底最低處垂直安裝，使每批次物料排放干凈，不積料。

3.2 DCS控制系統補充完善

1）為了提高預混罐進硫酸和鈦鐵礦下料準確度，在預混罐設有稱量裝置，分別與進酸閥和進礦粉星型下料閥電機聯鎖，按操作界面設定硫酸量、礦粉量，先下酸后下礦的步序，實現DCS自控，同時實現異常情況報警。

2）為了實現預混操作的連續性和供料及時性，預混過渡罐液位與預混罐的進酸閥聯鎖，實現預混過渡罐液位達到設定液位時，自動啟動預混系統。

3）為了預防預混過渡罐漫料或缺料，預混過渡罐高、低液位與預混罐轉料泵聯鎖，實現DCS自控，同時實現異常情況報警。

3.3 工藝改進

1）控制鈦鐵礦粉下料速率。間歇酸解時鈦鐵礦粉下料速率控制在0.8～1 t/min，連續酸解時控制在0.3～0.6 t/min，有利于酸礦混合均勻，避免下料過快，礦粉聚團分散在硫酸中或粘壁結塊。

2）控制預混溫度，間歇酸解時低于45 ℃，連續酸解時低于35 ℃。需提前控制硫酸和鈦鐵礦粉溫度，否則容易發生早期反應而在預混罐中結成硬塊，無法達到預混效果。采取的措施有：①降低硫酸和鈦鐵礦粉的溫度，連續酸解設硫酸與冷水換熱器，球磨崗位設鈦鐵礦粉冷卻窯，以滿足工藝要求；②夏季間歇酸解可采用低溫法，即先放入硫酸，硫酸冷卻降溫后，再加入鈦鐵礦粉。

3）控制硫酸濃度，間歇酸解w（H2SO4）控制在92%～94%，連續酸解直接用 w（H2SO4）98% 的工業硫酸。間歇酸解在酸解罐中進行，每批次投入的硫酸和鈦鐵礦粉較多，相應積蓄熱能較多，會造成劇烈反應，反應溫度超標，進而引起后續鈦液質量穩定性不合格，甚至出現難溶固相物或冒鍋事故，為避免異常情況發生，需要控制適宜的硫酸濃度；而連續酸解投入的硫酸和鈦鐵礦粉較少，需要w（H2SO4）為98%，以提供更多稀釋熱。

4）控制鈦鐵礦粉w（H2O）≤0.3%。減少礦粉中的水分含量，有利于降低硫酸和礦粉預混時的溫升，一般溫升為5～10 ℃。

5）控制鈦鐵礦粉的細度。間歇酸解時，325目（45 μm）篩網篩余物控制在10%～15%，連續酸解時控制在小于2%，優選小于1%。鈦鐵礦粉的粒度越小，比表面積越大，與硫酸接觸面越大，有利于鈦鐵礦粉和硫酸充分反應，以得到較高的酸解率。但對于間歇酸解來說，要兼顧酸解反應可控，故鈦鐵礦粉不能太細。

6）預混攪拌使用變頻、分段控制。通過摸索總結，操作步驟調整為：①硫酸下料過程，變頻器控制在50 Hz，通過高速旋轉對上批次罐內殘留的少量鈦鐵礦粉進行洗滌；②鈦鐵礦粉下料過程，變頻器控制在40 Hz，保證其攪拌強度適中，防止混合物液面過分抬高，造成內壁結垢；③放料過程，變頻控制15 Hz，降低轉速，加快放料速度。

7）保證預混罐內加完料后有足夠的預混時間。預混時間一般控制在10～15 min，使得硫酸和礦粉充分混合均勻再放料。連續酸解還設有預混過渡罐，預混時間更長。

8）必要時，可考慮增加分散助劑，與硫酸同步加入，加快礦粉分散速度。

9）控制適宜的硫酸和鈦鐵礦粉比例。由于使用 w（H2SO4）20% 水 洗 廢 硫 酸 或 w（H2SO4）30%～60%濃縮酸（水洗廢酸濃縮得到）替代工藝水引發酸解反應[2]，可減少新鮮濃硫酸的用量，一般1 t鈦白可節約 w（H2SO4）98% 硫酸 200～1 100 kg。隨著新鮮濃硫酸用量的減少，對應的預混時硫酸和鈦鐵礦粉比例下降，增加了硫酸和礦粉混合均勻的難度。此時，需注意控制適宜的硫酸和鈦鐵礦粉比例，根據實踐經驗，硫酸和鈦鐵礦粉的質量比一般不能低于1.3 ∶1。

通過上述技改，酸解預混系統運行正常，再未發生堵塞故障。

4 結語

酸解預混工序對酸解效果有重要影響，在設計時預混罐應盡量縮短與間歇酸解反應器或連續預混過渡罐的間距，縮短放料管線，以保證放料管線暢通，減少發生管道堵塞現象。在操作過程中要嚴格控制工藝參數，使硫酸和鈦鐵礦粉混合均勻，提高酸解率。