钛白粉生产工艺流程主要有硫酸法生产工艺流程和氯化法生产工艺流程。硫酸法钛白粉生产工艺流程是将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸亚钛,经水解生成偏钛酸,再经煅烧、粉碎即得到钛白粉产品。此法可生产锐钛型和金红石型钛白粉。硫酸法的优点是能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料,技术较成熟,设备简单,防腐蚀材料易解决。其缺点是流程长,只能以间歇操作为主,湿法操作,硫酸、水消耗高,废物及副产物多,对环境污染大。 氯化法 氯化法钛白粉生产工艺流程是将金红石或高钛渣粉料与焦炭混合后进行高温氯化生产四氯化钛,经高温氧化,再经过滤、水洗、干燥、粉碎得到钛白粉产品。氯化法钛白粉生产工艺流程只能生产金红石型产品。氯化法优点是流程短,生产能力易扩大,连续自动化程度高,能耗相对低,“三废”少,能得到优质产品。其缺点是投资大,设备结构复杂,对材料要求高,要耐高温、耐腐蚀,装置难以维修,研究开发难度大。
钛白粉生产工艺流程-硫酸法钛白粉生产工艺流程主要分为五大步骤:原矿准备;钛的硫酸盐制备;水合二氧化钛制备;水合二氧化钛煅烧;二氧化钛后处理。包括环节如下:干燥、磁选与磨砂、酸解、净化、浓缩、晶种与水解、水洗、漂白与漂后水洗、盐处理、煅烧、二氧化钛打浆分散分级、无机表面处理、水洗、干燥、气流粉碎和有机处理、包装、废副产品的回收、处理和利用。通过硫酸法工艺可以生产产锐钛型、金红石型、搪瓷等各级别种类的二氧化钛产品.
1、酸解。经研磨、干燥的钛铁矿或钛渣用浓硫酸在150-180℃的温度下酸解。由于白钛石、人造金红石和金红石不溶于硫酸,因此不能用硫酸法来制备。钛铁矿中的钛含量越低,所用硫酸的稀释程度就越高,对处理岩矿而言,合适的酸浓度为85%;而处理钛渣,硫酸浓度一般为91%-92%。酸解过程中需将三价铁还原成二价铁,三价铁会吸附在二氧化钛粒子表面,造成最终钛白粉白度指标降低,因此,在整个工艺过程中使铁保持二价形态至关重要。 硫酸法产生的空气污染大部分来自于酸解。反应中,大量硫氧化物、酸雾和夹带的未反应原料粒子在很短时间内释放出来。
2、沉降精滤。冷却酸解液、固体惰性物质和未反应的原料残余物溶液从酸解罐的底部全部排放到沉降池中。该工序的主要目的是除去钛矿杂质形成的可溶性残余物。这些残余物可能包括硅石、锆石/硫酸石、白钛石或金红石。加入酪蛋白、淀粉或其他有机絮凝剂,液体便通过简单的重力分解沉淀在沉降池中。沉降池中的固体物质排除后,先用废酸洗涤以回收未反应的原料,然后用水洗掉残留液。沉降后的钛液通过精滤除掉细小的残余粒子。这些精滤滤渣与沉降池中收集的其他固体物质送往堆放场。
3、水解。将可溶性硫酸氧钛在90℃时水解成不溶于水的水合二氧化钛沉淀物或称偏钛酸,为获得所需粒度的高质量水解产物,必须严格控制诸如加热速度、钛液的二价铁离子和四价钛离子含量以及其他因素等。其中,避免出现三价铁离子是此环节的关键。为控制水解速度、水解物的过滤洗涤性能和最终产品的细度及质量指标,需要再水解时加入晶种。晶种的加入方式有两种:自身晶种和外加晶种。自身晶种是在水解时利用预先加入的水解钛液和水所产生的晶种进行水解工序,不用另外制备晶种。外加晶种是向钛液加入经另外制备的金红石或锐钛型晶种。 水解沉淀物浆料经过滤、洗涤后,在还原条件下用硫酸酸浸以除去最后微量吸附铁和其他金属,即通常所说的漂白。此步骤是硫酸法中产生废酸的主要原因。
4、煅烧。水合二氧化钛在900-1250℃下煅烧,通过煅烧环节脱去水分和除去残余的三氧化硫,同时还可以将锐钛型转变成金红石型。煅烧有助于增强最终钛白粉产品的化学惰性和确定其粒度。煅烧后,二氧化钛经研磨破碎烧结成颗粒,然后对其进行后处理。在煅烧阶段,随着三氧化硫和酸雾的排出,其中夹带着一些细微的二氧化钛粒子,这是硫酸法中产生废气的主要来源。
5、后处理。后处理主要有湿磨、无机包膜、干燥、气流磨及有机包膜和产品包装等工序。
6、湿磨,将二氧化钛颗粒在无机或有机分散剂的存在下进行湿磨,将二氧化钛聚集粒子尽量磨细解聚,以利于进行无机包膜。湿磨设备主要采用介质磨,有机球磨、球磨机、砂磨机、重介质磨等。
7、无机包覆和干燥,经湿磨解聚后的二氧化钛需要进行无机包膜,以屏蔽紫外光,提高钛白粉的耐候性。常用的无机包膜剂有硅、铝的氧化物及水和氢氧化物。近年来采用锆进行混合包膜,达到高耐候、高光泽的效果。采用带式干燥机、喷雾干燥机等进行干燥。
8、 气流粉碎与有机包膜。目前采用的粉碎机多数为扁平式气流粉碎机,此过程中根据产品用途加入有机包膜剂。有机包膜剂一方面可以中和钛白粉表面能,避免其重新团聚,起到助磨效果,另一方面改变钛白粉的表面物理化学性能,提高其在涂料、塑料等物质的配伍性及相容性。有机包膜剂用于涂料有胺、醇胺类、硅烷类;用于塑料有二甲基硅烷、聚乙醇、三乙醇胺等。
硫酸法钛白粉生产工艺的优点是:
(1)主要原料来源简单,硫酸和钛矿(既可以使用钛精矿也可以使用酸溶性高钛渣做原料);
(2)生产工艺成熟简单,还可以生产氯化法钛白技术不能生产的锐钛型钛白粉;
(3)废副产品的处理相对简单,使用简单的设备技术就可以达到国家的环保要求。
硫酸法钛白粉生产工艺的缺点是:
(1)流程长而复杂、生产过程不连续、设备庞大;
(2)环保压力大,由于废水产生量大,而且环保的投资和环保的成本也很大,这主要是废水中的硫酸含量较大造成的。
钛白粉生产工艺流程-氯化法钛白粉生产工艺流程-为:原矿准备、钛的氯化物制备、钛的氯化物氧化、二氧化钛表面处理。包括环节如下:矿焦干燥、矿焦粉碎、氯化、钛的氯化物精制、钛的氯化物氧化、二氧化钛打浆分散分级、无机表面处理、水洗、干燥、气流粉碎和有机处理、包装、废副产品的回收、处理和利用。
1、氯化工段
金红石矿或高钛渣等富钛料经粉磨后,与一定比例的石油焦从沸腾层上方加入沸腾炉,从氧化工序返回的循环氯气从炉底加入,氯化反应在 925~1 010℃下连续进行,TiO2及铁、硅、矾、钙、镁及其他金属的氧化物被转化成相应的氯化物,随气体离开氯化炉。反应气体先经旋风分离器将未反应的固体粉尘和不挥发的氯化物从反应气体中分离出来,随后,进行逐级冷却、冷凝,先分离出亚铁的氯化物,再分离中沸点的氯化物三氯化铁,然后,用冷四氯化钛喷淋等办法冷凝收集低沸点的四氯化钛 (内含四氯化硅和三氯氧矾等),经过滤除泥浆,得到粗四氯化钛。粗四氯化钛经除矾(一般用矿物油),再经蒸馏除去四氯化硅等低沸点杂质,得到相对高纯度的精制四氯化钛。
2、氧化工段
经蒸发预热的精制四氯化钛、经预热的氧气以及反应所必需的成核剂、晶型转化促进剂等反应物加入氧化反应器。氧化反应引发温度为 800 ℃以上,主反应一般在 1300~1 800 ℃进行。从反应器出来的气流(夹带反应生成的二氧化钛颗粒)用低温的循环氯气骤冷至 700 ℃以下,再经沿程管路冷却至200℃, 逐级用旋风分离器和布袋收集器将二氧化钛从氯气中分离出来, 二氧化钛经脱氯处理后送后处理工序。
3、后处理阶段
后处理工段由打浆、研磨、化学品制备、表面处理、过滤洗涤、喷雾干燥、微粉碎及成品包装等主要工序组成。
(1)氧化工序来的 TiO2粉料进入打浆槽,分散剂、脱盐水计量后分别加入打浆槽,打浆合格的浆液送研磨工序。
(2)打浆工序来的浆料进砂磨机进料槽再分散后,经砂磨机进料泵打入砂磨机,研磨成粒径小于1μm 的浆料 ,磨后浆料送入磨后贮槽 ,经料浆分级泵送至分级器分级,粗料返回砂磨机,细料自流至表面处理罐。
(3)研磨工序来的浆料经计量后进入表面处理罐,再计量加入化学品制备工序来的各种表面处理剂,反应完成后送往过滤工序。
(4)表面处理工序来的浆料用泵送入吸片槽,叶滤机在吸片槽内真空吸滤,完成上片后,桥吊吊起叶滤机,放入充满脱盐水的水洗槽中进行浆料洗涤。洗涤合格后,桥吊吊起叶滤机在卸料槽中卸下浆料。
(5)喷雾干燥工序来的粉料经气流输送系统送入汽粉前料仓,料仓下设置螺旋输送机输送粉料进入气流粉碎机,在气流粉碎机入口处,用移动泵向粉料中加入粉碎助剂,在气流粉碎机内用中压过热蒸汽作为工质,粉碎粉料至平均粒径约 0.3μm,出气流粉碎机物流进蒸汽旋风分离粉料,出蒸汽旋风尾气流进高温袋滤器再分离出夹带的 TiO2粉料,出高温袋滤器气流经喷水激冷后,进入洗涤器,洗涤后的冷凝水去洗涤水槽用于水洗,出洗涤器的不凝性气体经汽液分离器,由排风机排入大气。由蒸汽旋风收集的粉料由空气风机鼓入空气流态化,粉料被空气冷却,物流进入冷却旋风分离出粉料,出冷却旋风气流进袋滤器再分离夹带粉料,出袋滤器气流由排风机排入大气。由冷却旋风、袋滤器收集的粉料进入成品包装工序。
(7)微粉碎工序来的 TiO2成品进入螺旋输送机,送入成品料仓,可根据需要供 25 kg/袋包装机或供1000 kg/袋包装机使用。
钛白粉生产工艺流程的生产成本:1吨钛白粉的直接成本为 9012.624元,其中,原辅料成本为7276.224元,公用工程成本为 1736.4 元;则10万t/a 钛白粉全年制造成本为90126.24万元,外购原辅料72762.24万元,公用工程17364万元。单位钛白粉产品的完全成本为 12511.94 元/t,则10万t/a 氯化法钛白粉项目年净利润为:( 220 530.55/1.17-125 119.455)×(1-25%)=47 526.15(万元)。
氯化法钛白粉生产工艺流程是行业发展趋势。国内钛白粉企业应协力合作,资源共享,合作研发,技术抱团,借鉴吸收各自在氯化法钛白粉生产上所获得的经验,打破国外技术垄断。氯化法和硫酸法将长期存在,二者是一个互补而非替代的关系,这也是整个中国钛白粉长期发展的局面。后期氯化的产能在中国产业政策指导之下将逐渐提升,但是硫酸法在中国短期内不可能退出市场。研究开发高品质钛白粉,扩大应用领域,如专用造纸钛白粉、食品级钛白粉、日化用钛白粉、高端涂料专用钛白粉和钛白粉的深加工产品等,这些产品都会对钛白粉提出新的需求,成为下一时期新的增长点。