一种硫酸法钛白粉偏钛酸漂白方法及系统与流程

1.本发明属于硫酸法钛白生产的技术领域，具体为一种硫酸法钛白粉偏钛酸漂白方法及系统。


背景技术：

2.目前国内钛白粉生产技术主要是采用硫酸法，硫酸法年产能已超过300万吨，国内利用该技术已建成并运行了众多生产装置。其中偏钛酸的还原方法，几乎所有厂家均采用水洗后的偏钛酸为原料，加入浓硫酸酸溶后，然后再加铝粉或锌粉来制备漂白用的三价钛。
3.从多数生产厂家反映数据来看，每吨硫酸法钛白平均消耗铝粉或锌粉0.6kg左右，以年产10万吨钛白粉计算，年消耗铝粉或锌粉需要60吨左右，成本就达到123.6万元左右。
4.另外采用水洗后的偏钛酸为原料来制备三价钛时必须加入浓硫酸来酸溶，且部分铝粉或锌粉与硫酸反应后生成无用的al2(so4)3或znso4和氢气，消耗更多的硫酸，这些硫酸最后大部分以废酸水形式外排处理，又增加了环保运行费用。而且该过程为间断操作，制备过程容易发生冒锅事故，劳动强度较大，无法实现连续自动生产。


技术实现要素：

5.针对背景技术中的问题，本发明提供一种硫酸法钛白粉偏钛酸漂白方法及系统，可以降低生产成本和能耗、同时降低劳动强度并有效避免事故，减少对环境污染。
6.具体技术方案如下：一种硫酸法钛白粉偏钛酸漂白方法，包括以下步骤，步骤（1）：三价钛液制备工序，将来自钛液浓缩工序的浓缩钛液通入电解槽1，接通电解槽1的直流电源后发生电化学反应如下：阳极：4oh-ꢀ‑
4e = 2h2o o2↑
阴极：fe
3 e = fe
2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
ti
4 e = ti
3
总反应式：2fe2(so4)3 2h2o= 4feso4 2h2so4 o2↑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2tioso
4 h2so4= ti2(so4)3 h2o反应得到三价钛液，反应温度为65℃~75℃，使得三价钛液经匀质后总钛含量为180~220 g/l，f值为1.75~1.95；步骤（2）：冷却工序，三价钛液通入冷却器4，和来自漂白浆液泵6的漂白浆液换热冷却，且该漂白浆液的操作压力大于三价钛液的操作压力，冷却后的三价钛液通入电解槽1内，使得电解槽1内操作温度维持在65℃~75℃；步骤（3）：漂白工序，三价钛液和来自水洗工序的水洗后偏钛酸按照质量比为0.4%~1.0%加入漂白罐5中，并向漂白罐5中加入适量浓硫酸，使得漂白罐5中的浆液ph＜1.5，通入蒸汽加热并开启
搅拌，使得漂白罐5内的反应温度维持在50℃~55℃；当漂白罐5中的浆液三价钛浓度达到0.3~0.5g/l时即完成漂白过程，此时将漂白合格的浆液送往下游漂洗工序。
7.本发明还包括上述硫酸法钛白粉偏钛酸漂白方法的系统，包括电解槽1、三价钛贮槽2、换热器4和漂白罐5，所述电解槽1和漂白罐5内均设有搅拌器；所述电解槽1的底部出液口通过液位控制阀71管道连通三价钛贮槽2的顶部进口，三价钛贮槽2的下部出口管道连通循环泵3的进口，循环泵3的出口分为两支路，第一支路管道连通换热器4底部的热料进口，第二支路管道连通漂白罐5的顶部进口，漂白罐5的底部出口通过漂白浆液泵6管道连通换热器4上部的冷料进口，换热器4顶部的热料出口管道连通着电解槽1顶部进口，换热器4下部的冷料出口管道连通着漂白罐5的顶部进口；所述漂白罐5的顶部分别通过管道连通有水洗后偏钛酸进口、低压蒸汽进口和浓硫酸进口；所述电解槽1的顶部分别通过管道连通有氧气放空管和浓缩钛液进口。
8.进一步，所述电解槽1、三价钛贮槽2、三价钛冷却器4和漂白罐5的外侧均设有外保温层；进一步，所述水洗后偏钛酸的进口管道上设有偏钛酸流量计72和偏钛酸流量调节阀73；所述第二支路上设有三价钛液流量计74和三价钛液流量调节阀75；偏钛酸流量计72和钛液流量计74实时监测着对应管路的流量，并通过偏钛酸流量调节阀73和钛液流量调节阀75按比例调节通入漂白罐5的水洗后偏钛酸和三价钛液的质量比。
9.进一步，所述电解槽1的底部设有温度计76，所述漂白浆液泵6和换热器4冷料进口之间的连通管道上设有浆液流量调节阀77，温度计76实时监测电解槽1内的反应温度，并通过浆液流量调节阀77调节通入换热器4的漂白浆液的量。
10.进一步，所述循环泵3的出口设有第一在线分析仪78，用于检测循环泵3出口的三价钛浓度，所述漂白浆液泵6的出口设有第二在线分析仪79，用于检测漂白浆液泵6出口的三价钛浓度。
11.进一步，所述换热器4为立式石墨换热器。
12.进一步，所述电解槽1为内外衬胶密闭型设备，且内部阳极和阴极均为石墨板电极。
13.本发明的创新点如下：本发明的偏钛酸漂白方法，将送到下游漂洗工序的漂白浆液指标控制如下常压水解颜料级：三价钛含量：0.3~0.5 g/l温度：50~55℃三价铁：＜30ppm同时存在以下优点：（1）不使用铝粉或锌粉来制备三价钛液，而是利用钛液浓缩工序的浓缩钛液通入电解槽内，电解还原法来制备三价钛液，减少了劳动强度、改善了劳动环境，可以取消相关库房、起吊设施和计量给料装置，从而减少人力成本和投资成本。
14.（2）制备同样数量的三价钛液，电费比铝粉或锌粉费用便宜很多，电解还原比铝粉或锌粉还原操作时间短，由于铝粉或锌粉在制备过程中还与硫酸反应生成al2(so4)3或
znso4及氢气，浪费铝粉或锌粉和硫酸较多，另外，铝粉或锌粉通常直接加到三价钛制备釜中，由于酸度大，温度高，铝粉或锌粉在其中发生激烈反应，经常发生“冒锅”失控现象；相比铝粉或锌粉还原法，电解还原法做到高效便捷，除了在电解过程中产生少量热量外，基本没有浪费，真正做到节能降耗和节约成本；同时进一步实现钛白的清洁生产打下了坚实基础。
15.（3）常规方法采用40℃左右的水洗后偏钛酸为原料，其制备过程中还需要采用蒸汽加热，而本发明采用浓缩后的70℃的钛液，不仅省去蒸汽加热，而且无需加入额外浓硫酸，制备过程中只需要向漂白罐内通入低压蒸汽，不仅节约成本而且还节约制备时间。
16.（4）采用电解还原方法制备三价钛，水洗后偏钛酸的进口管道上设有偏钛酸流量计和偏钛酸流量调节阀；所述第二支路上设有三价钛液流量计和三价钛液流量调节阀；偏钛酸流量计和钛液流量计实时监测着对应管路的流量，并通过偏钛酸流量调节阀和钛液流量调节阀按比例调节通入漂白罐的水洗后偏钛酸和三价钛液的质量比；同时循环泵的出口设有第一在线分析仪，用于检测循环泵出口的三价钛浓度，漂白浆液泵6的出口设有第二在线分析仪，用于检测漂白浆液泵出口的三价钛浓度，当漂白罐中的浆液三价钛浓度达到0.3~0.5g/l时即完成漂白过程，此时将漂白合格的浆液自动送往下游漂洗工序，因此本发明可实现自动连续操作，制备过程反应温和、清洁高效，无危险性可燃氢气产生。
附图说明
17.图1为本发明硫酸法钛白粉偏钛酸漂白方法的系统图。
18.其中：1电解槽、2三价钛贮槽、3循环泵、4换热器、5漂白罐、6漂白浆液泵、71液位控制阀、72偏钛酸流量计、73偏钛酸流量调节阀、74三价钛液流量计、75三价钛液流量调节阀、76温度计、77浆液流量调节阀、78第一在线分析仪、79第二在线分析仪。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.实施例1见图1，硫酸法钛白粉偏钛酸漂白方法的系统，包括电解槽1、三价钛贮槽2、换热器4和漂白罐5，所述电解槽1和漂白罐5内均设有搅拌器；所述电解槽1的底部出液口通过液位控制阀71管道连通三价钛贮槽2的顶部进口，三价钛贮槽2的下部出口管道连通循环泵3的进口，循环泵3的出口分为两支路，第一支路管道连通换热器4底部的热料进口，第二支路管道连通漂白罐5的顶部进口，漂白罐5的底部出口通过漂白浆液泵6管道连通换热器4上部的冷料进口，换热器4顶部的热料出口管道连通着电解槽1顶部进口，换热器4下部的冷料出口管道连通着漂白罐5的顶部进口；所述漂白罐5的顶部分别通过管道连通有水洗后偏钛酸进口、低压蒸汽进口和浓硫酸进口；所述电解槽1的顶部分别通过管道连通有氧气放空管和浓缩钛液进口。
21.所述电解槽1、三价钛贮槽2、三价钛冷却器4和漂白罐5的外侧均设有外保温层；所述水洗后偏钛酸的进口管道上设有偏钛酸流量计72和偏钛酸流量调节阀73；所
述第二支路上设有三价钛液流量计74和三价钛液流量调节阀75；偏钛酸流量计72和钛液流量计74实时监测着对应管路的流量，并通过偏钛酸流量调节阀73和钛液流量调节阀75按比例调节通入漂白罐5的水洗后偏钛酸和三价钛液的质量比。
22.所述电解槽1的底部设有温度计76，所述漂白浆液泵6和换热器4冷料进口之间的连通管道上设有浆液流量调节阀77，温度计76实时监测电解槽1内的反应温度，并通过浆液流量调节阀77调节通入换热器4的漂白浆液的量。
23.所述循环泵3的出口设有第一在线分析仪78，用于检测循环泵3出口的三价钛浓度，所述漂白浆液泵6的出口设有第二在线分析仪79，用于检测漂白浆液泵6出口的三价钛浓度。
24.所述换热器4为立式石墨换热器。
25.所述电解槽1为内外衬胶密闭型设备，且内部阳极和阴极均为石墨板电极。
26.实施例2一种硫酸法钛白粉偏钛酸漂白方法，包括以下步骤，步骤（1）：三价钛液制备工序，将来自钛液浓缩工序的浓缩钛液通入电解槽1，接通电解槽1的直流电源后发生电化学反应如下：阳极：4oh-ꢀ‑
4e = 2h2o o2↑
阴极：fe
3 e = fe
2
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ti
4 e = ti
3
总反应式：2fe2(so4)3 2h2o= 4feso4 2h2so4 o2↑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
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4 h2so4= ti2(so4)3 h2o反应得到三价钛液，反应温度为65℃~75℃，使得三价钛液经匀质后总钛含量为180~220 g/l，f值为1.75~1.95；步骤（2）：冷却工序，三价钛液通入冷却器4，和来自漂白浆液泵6的漂白浆液换热冷却，且该漂白浆液的操作压力大于三价钛液的操作压力，冷却后的三价钛液通入电解槽1内，使得电解槽1内操作温度维持在65℃~75℃；步骤（3）：漂白工序，三价钛液和来自水洗工序的水洗后偏钛酸按照质量比为0.4%~1.0%加入漂白罐5中，并向漂白罐5中加入适量浓硫酸，使得漂白罐5中的浆液ph＜1.5，通入蒸汽加热并开启搅拌，使得漂白罐5内的反应温度维持在50℃~55℃；当漂白罐5中的浆液三价钛浓度达到0.3~0.5g/l时即完成漂白过程，此时将漂白合格的浆液送往下游漂洗工序。
27.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。