課程設(shè)計---氯化法生產(chǎn)鈦白粉工藝流程設(shè)計

1、<p><b>　　本科課程設(shè)計</b></p><p>　　氯化法生產(chǎn)鈦白粉工藝流程設(shè)計</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué)生學(xué)號： </p><p>　　院（系）： 材料工程學(xué)院 </p>

2、<p>　　年級專業(yè)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　助理指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年 6 月 11日</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><

3、;p>　　注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　氯化法是將金紅石或高鈦熔渣粉料與焦炭混合后進(jìn)行高溫氯化生產(chǎn)精四氯化鈦，精餾、除釩后，進(jìn)行高溫氧化，分級、表面處理，再經(jīng)過濾、水洗、干燥、粉碎得到鈦白粉產(chǎn)品。氯化法只能生產(chǎn)金紅石型產(chǎn)品。氯化法優(yōu)點是流程短，生產(chǎn)能力易擴(kuò)大，連續(xù)自動化程度高，能耗相對低，“三廢”少

4、，能得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。缺點是投資大，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對材料要求高，要耐高溫、耐腐蝕，裝置難以維修，研究開發(fā)難度大。本文一方面介紹了氯化法生產(chǎn)鈦白粉在國內(nèi)外的生產(chǎn)概況。另一方面，從氯化鈦白生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝路線、工業(yè)三廢處理以及后處理技術(shù)設(shè)備等三方面詳細(xì)的闡述了氯化鈦白生產(chǎn)工藝的整個流程。</p><p>　　關(guān)鍵字 生產(chǎn)現(xiàn)狀，生產(chǎn)工藝路線，廢氣處理，后處理設(shè)備 </p><p><b>

5、;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　2 設(shè)計原理2</b></p><p>　　2.1 氯化法主要反應(yīng)6</p><p&g

6、t;<b>　　3 工藝路線3</b></p><p><b>　　4 三廢處理6</b></p><p>　　4.1 廢氣排放及處理6</p><p>　　4.2 性廢水和廢渣處理6</p><p>　　4.2.1 固化處理6</p><p>　　4.2.2三

7、氯化鐵回收工藝6</p><p>　　4.2.3 其他廢水處理7</p><p>　　5 后處理工藝設(shè)備8</p><p><b>　　5.1 研磨8</b></p><p><b>　　5.2濕法分級8</b></p><p>　　5.3無機(jī)表面處理包膜8&l

8、t;/p><p>　　5.4 水洗、過濾與干燥階段8</p><p>　　5.5 有機(jī)包膜與包裝9</p><p><b>　　7 結(jié)論10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　緒論</b><

9、/p><p>　　當(dāng)今世界鈦白產(chǎn)業(yè)的潮流是氯化法鈦白不斷發(fā)展，硫酸法鈦白逐漸萎縮淘汰。同世界先進(jìn)水平相比，我國鈦白行業(yè)仍是規(guī)模小、產(chǎn)量低、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、環(huán)境污染嚴(yán)重的硫酸法鈦白一統(tǒng)天下。面對全球二氧化鈦產(chǎn)業(yè)界的兼并重組、激烈的市場競爭以及我國加入WTO，民族鈦白工業(yè)正面臨著日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。只有對國內(nèi)鈦白行業(yè)大力推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，提高鈦白生產(chǎn)技術(shù)水平，提高產(chǎn)品的檔次及科技含量，擴(kuò)大高檔金紅石型鈦白的產(chǎn)能，才能緩解

10、國內(nèi)市場高檔金紅石型鈦白供應(yīng)緊張局面，提高與進(jìn)口產(chǎn)品的競爭能力，擴(kuò)大我國鈦白工業(yè)的生存空間。對于硫酸法鈦白生產(chǎn)而言，氯化法具有工藝流程短、操作易實現(xiàn)連續(xù)自動化、“三廢”排放少、更易獲得高質(zhì)量金紅石型鈦白等優(yōu)點，而逐漸占據(jù)了全球鈦白行業(yè)的主導(dǎo)地位。由于環(huán)保法規(guī)的日益強(qiáng)化和用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的日益提高，氯化法在鈦白生產(chǎn)中已占有明顯的優(yōu)勢。但是，氯化法鈦白生產(chǎn)技術(shù)難度大，關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求采用耐高溫耐腐蝕抗氧化的特殊材料，研究開發(fā)形成商業(yè)

11、化生產(chǎn)需巨額投資，因此，氯化法鈦白生產(chǎn)技術(shù)至今仍被國外少數(shù)幾家公司所壟斷。我國氯化法鈦白的開發(fā)研究始于六十年代，至八十年代，分別建設(shè)了中試裝置和千噸級的工業(yè)性</p><p><b>　　設(shè)計原理</b></p><p>　　鈦白粉是目前最佳的、無可替代的白色無機(jī)化工顏料。由于工業(yè)化國家與發(fā)展中國家的差距，鈦白粉的主要生產(chǎn)商均集中在歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，近8O%的生產(chǎn)

12、能力和市場占有量為不到1O家的生產(chǎn)商所壟斷(杜邦、美利聯(lián)、科美基、亨茲曼、克洛朗斯、石原、克米娜、撒其賓)，氯化法法制備鈦白粉是其大多數(shù)采用的最重要的制備方法。本文通過分析并采集相關(guān)資料得出了比較常用的氯化法法制備鈦白粉流程。鈦白粉制造工藝主要有兩種：即硫酸法與氯化法。由于氯化法鈦白生產(chǎn)過程是連續(xù)地、全自動化的生產(chǎn)過程，采用此法生產(chǎn)出來的鈦白相比硫酸法質(zhì)量更好，光學(xué)、化學(xué)性能更佳。生產(chǎn)成本相對硫酸法低，較少的三廢排放，可實現(xiàn)基本無害，減

13、少環(huán)境問題。操作及生產(chǎn)人員數(shù)量較少，工藝路線較短，生產(chǎn)廠房相對少，設(shè)備數(shù)量也相對少。</p><p>　　2.1 氯化法主要化學(xué)反應(yīng):</p><p><b>　　氯化反應(yīng):</b></p><p><b>　　金紅石氯化：</b></p><p><b>　　鈦精礦氯化：</b&g

14、t;</p><p><b>　　氧化反應(yīng): </b></p><p><b>　　生產(chǎn)工藝路線</b></p><p>　　氯化法生產(chǎn)二氧化鈦由三個主要部分組成：氯化、氧化和后處理，分為以下幾個步驟：</p><p>　　原料準(zhǔn)備；2）沸騰氯化；3）固體雜質(zhì)除去；4）粗四氯化鈦的冷凝；5）氯化尾氣

15、處理；6）四氯化鈦的精制；7）氧化；8）二氧化鈦表面處理； 9）過濾和干燥；10）汽流粉碎；11）產(chǎn)品包裝。</p><p>　　氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程圖</p><p><b>　　3.1 原料準(zhǔn)備</b></p><p>　　主要的原料有石油焦和富鈦料（如天然金紅石、人造金紅石、高鈦渣，該文章以高鈦渣為例）。石油焦和高鈦渣的存放必須防潮，

16、沸騰氯化爐對原料的含濕量有特殊要求，原料中的含H物質(zhì)會和氯氣反應(yīng)生成鹽酸。高鈦渣一般不需要干燥，而石油焦需要進(jìn)行干燥。</p><p><b>　　3.2 沸騰氯化</b></p><p>　　本階段通過高鈦渣的沸騰氯化得到四氯化鈦高溫?zé)煔狻碜栽蠝?zhǔn)備工序受料斗混合后的高鈦渣和石油焦原料通過FK泵進(jìn)入氯化爐，氯氣從氯化爐底部進(jìn)入。氯化爐產(chǎn)生的四氯化鈦煙氣通過氯化爐頂

17、部的冷卻煙道進(jìn)入后續(xù)工序。</p><p>　　3.3 固體雜質(zhì)去除</p><p>　　本階段主要通過冷卻除去四氯化鈦煙氣中的固體雜質(zhì)，并加入堿液除去煙氣中的三氯化鋁。 </p><p>　　3.4 粗四氯化鈦的冷凝</p><p>　　四氯化鈦煙氣在冷凝系統(tǒng)中冷凝，成為液態(tài)的四氯化鈦。冷凝的四氯化鈦稱為粗四氯化鈦。未被冷凝的氣體包括但不限

18、于一氧化碳、二氧化碳、氮氣、鹽酸，和氯氣以及很微量的氯化物。 </p><p>　　3.5 氯化尾氣處理</p><p>　　本階段使用稀酸和堿液來洗滌尾氣，除去尾氣中的鹽酸和氯氣等有害成分。 </p><p><b>　　3.6 氯化鈦精制</b></p><p>　　本工序是采用脂肪酸對粗四氯化鈦進(jìn)行除釩處理得到精制

19、四氯化鈦。 </p><p><b>　　3.7 氧化</b></p><p>　　本階段完成精四氯化鈦氧化反應(yīng)生產(chǎn)二氧化鈦初品。氧化是一個將數(shù)個操作集中在一起的連續(xù)反應(yīng)過程的密閉系統(tǒng)，但與氯化爐之間有以下聯(lián)系：1）如果氯化爐不能生產(chǎn)，氧化反應(yīng)器就停止；2）如果氧化反應(yīng)器不能生產(chǎn)，氯化爐可繼續(xù)生產(chǎn)。 </p><p><b>　　3.

20、8 表面處理</b></p><p>　　本階段對二氧化鈦進(jìn)行無機(jī)包膜，提高最終產(chǎn)品的顏料性能。包膜有連續(xù)包膜和間歇包膜兩種方式，本工藝采用間歇包膜。表面處理完的二氧化鈦進(jìn)入過濾和水洗工序。 </p><p><b>　　3.9 過濾和洗滌</b></p><p>　　過濾和洗滌是采用水洗除去包膜后漿料中的可溶性鹽。目前普遍使用的過

21、濾和水洗設(shè)備有隔膜壓濾機(jī)和轉(zhuǎn)鼓式過濾器，各有優(yōu)缺點。轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)由于使用和維修方便，建議采用4套共8個轉(zhuǎn)鼓式過濾器。 </p><p><b>　　3.10 干燥</b></p><p>　　本階段對洗滌后的鈦白漿料進(jìn)行干燥，保證鈦白產(chǎn)品水份小于0.5%。 </p><p><b>　　3.11 粉碎</b></p&g

22、t;<p>　　本階段對干燥后的鈦白顆粒進(jìn)行超微粉碎，提高產(chǎn)品的顏料性能。鈦白產(chǎn)品的粉碎在氣流粉碎機(jī)中完成。二氧化鈦從4臺給料斗分別進(jìn)入4臺汽粉進(jìn)料器再通過1.0MPa蒸汽輸送分別進(jìn)入4臺汽粉機(jī)。汽粉機(jī)是一個很強(qiáng)的噴射粉碎裝置。過熱蒸汽（3.0MPa）經(jīng)過噴嘴進(jìn)入汽粉機(jī)的磨腔產(chǎn)生超聲速的沖擊波，從而在粉化室產(chǎn)生渦流對二氧化鈦進(jìn)行粉碎。有的二氧化鈦產(chǎn)品品種需要有機(jī)包膜，有機(jī)添加劑的加入也是在汽粉機(jī)的入口完成的。汽粉機(jī)的出口在

23、上端，可以調(diào)整出口高度來對出口產(chǎn)品的粒度進(jìn)行微調(diào)。</p><p>　　從汽粉機(jī)出來二氧化鈦分別排到4臺袋式過濾器進(jìn)行分離，產(chǎn)生的氣體使用冷凝器收集，冷凝器是一個直接噴淋裝置，使用冷凝循環(huán)水來噴淋氣體中的蒸汽，噴淋產(chǎn)生的冷凝水使用換熱器進(jìn)行冷卻，并通過循環(huán)泵作循環(huán)噴淋用。從冷凝器出來的氣體經(jīng)氣液分離器除去液滴后，經(jīng)真空泵（P-953A～D）排入大氣。</p><p><b>　　

24、3.12 產(chǎn)品包裝</b></p><p>　　本階段使用包裝機(jī)完成二氧化鈦產(chǎn)品的包裝。從汽粉系統(tǒng)過來的二氧化鈦經(jīng)過兩臺雙向閥分別輸送到兩臺包裝前料倉中。包裝前料倉底部帶有活底，二氧化鈦經(jīng)過旋轉(zhuǎn)下料閥分別進(jìn)入2臺產(chǎn)品包裝機(jī)。二氧化鈦產(chǎn)品稱重后以每袋25kg的標(biāo)準(zhǔn)裝袋后送到產(chǎn)品倉庫。產(chǎn)品包裝系統(tǒng)由高精度半自動包裝機(jī)、自動碼垛機(jī)、自動塑封機(jī)、運輸裝置等設(shè)備組成，工作流程是人工套袋，采用25kg閥口袋，自動

25、灌裝，自動計量，自動碼垛，自動塑封，稱量精度0.2%。包裝系統(tǒng)同時具有單包下線功能。根據(jù)用戶要求，二氧化鈦產(chǎn)品也可以進(jìn)行其它規(guī)格的包裝，如噸包裝。</p><p><b>　　4 三廢處理</b></p><p>　　氯化鈦白三廢包括廢氣、廢水、廢渣，經(jīng)過必要的處理后，達(dá)到環(huán)保要求，描述如下：</p><p>　　4.1 廢氣排放及處理<

26、;/p><p>　　氯化尾氣是使用高鈦渣生產(chǎn)粗四氯化鈦，經(jīng)過去除固體雜質(zhì)、冷凝回收四氯化鈦后產(chǎn)生尾氣，主要含二氧化碳、一氧化碳、氮氣以及少量鹽酸、四氯化鈦、四氯化硅、氯氣等，尾氣經(jīng)FD旋風(fēng)分離器初步酸洗后，進(jìn)入酸洗塔進(jìn)行酸洗，再進(jìn)入堿洗塔堿洗后達(dá)標(biāo)排放。</p><p>　　氯化工序出現(xiàn)緊急事故及開停車時產(chǎn)生大量的氯氣、鹽酸、四氯化鈦等氣體，可增大堿液泵的液堿流量而將氯氣、鹽酸、四氯化鈦等氣體

27、淋洗達(dá)標(biāo)排放。</p><p>　　氧化系統(tǒng)正常生產(chǎn)時產(chǎn)生的少量尾氣進(jìn)入氯化尾氣工序處理。發(fā)生緊急事故及開停車時，氧化尾氣主要含氯氣、氮氣、氧氣、鹽酸、二氧化碳、四氯化鈦等，也進(jìn)入氯化尾氣處理工序進(jìn)行處理，此時要加大酸、堿用量，達(dá)標(biāo)后排放。</p><p>　　4.2 酸性廢水和廢渣處理</p><p>　　氯化法鈦白廢水主要來自氯化含三氯化鐵廢水，廢渣主要來自氯化

28、工序產(chǎn)生的金屬氯化物和部分沒有反應(yīng)的礦粉、石油焦以及石英等。廢水、廢渣的處理有以下二種處理方案：</p><p>　　4.2.1 固化處理</p><p>　　來自氯化工序排渣罐和冷卻罐的三氯化鐵及其它金屬氯化物的漿料收集到攪拌罐中，向攪拌罐中加入水泥進(jìn)行攪拌，再用輸送泵將攪拌罐中的固液混合物送到固化養(yǎng)生場進(jìn)行固化處理后送到渣場堆放，固化渣經(jīng)適當(dāng)處理后可用于建筑材料。</p>

29、<p>　　4.2.2 三氯化鐵回收工藝</p><p>　　來自氯化工序排渣罐和冷卻罐的含有三氯化鐵的金屬氯化物溶液用泵送到緩沖池，經(jīng)過緩沖池收集到的溶液用輸送泵輸送到濃縮池，進(jìn)行濃縮，三氯化鐵溶液經(jīng)過自然濃縮后，濃度提高到38%，作為水處理劑外售，三氯化鐵中的固體雜質(zhì)沉積到濃縮池底部，定期清理，送渣場堆放。</p><p>　　4.2.3 其它廢水處理</p>

30、<p>　　氯化鈦白生產(chǎn)工藝其它廢水主要來源于氯化尾氣產(chǎn)生的稀堿液和后處理產(chǎn)生的中性廢水，上述廢水集中后，調(diào)節(jié)pH值，送工廠界區(qū)外園區(qū)廢水處理中心集中處理。</p><p>　　5 后處理工藝及設(shè)備</p><p><b>　　5.1研磨</b></p><p>　　由氧化工序制得的二氧化鈦粗品漿料中的二氧化鈦粒子是以原級粒子、聚

31、集粒子、附聚粒子、絮凝粒子的形式存在，因此在經(jīng)過漿料分散后，還必須通過研磨、分級操作來獲得符合無機(jī)表面處理（即包膜）要求的二氧化鈦粒徑與粒徑分布。在燃燒器（氧化爐）形成基料的過程中會產(chǎn)生結(jié)塊。砂磨工序的目的是通過砂磨機(jī)進(jìn)行濕法研磨，加入分散劑分級，最終把顏料研磨到要求粒徑。</p><p>　　濕磨對漿料的濃度、溫度、黏度、KL、分散狀態(tài)和裝珠量都有一定的要求。氯化法鈦白濕磨生產(chǎn)中采用的密閉立式砂磨機(jī)對其排料的溫

32、度也有嚴(yán)格的控制要求。砂磨機(jī)容易出現(xiàn)的問題是砂子上浮堵住頂篩的孔，造成出料困難，以致影響研磨的質(zhì)量。因此砂磨機(jī)的研磨效果將直接影響二氧化鈦無機(jī)表面處理的效果，從而影響二氧化鈦產(chǎn)品的耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性。</p><p><b>　　5.2 濕法分級</b></p><p>　　濕法分級是對漿料中二氧化鈦粒子研磨效果的把關(guān)環(huán)節(jié)，主要通過離心式分級器中的水力旋流器分離漿料中

33、的粗細(xì)顆粒，并將分離出來的大顆粒聚集返回，重新研磨，同時除去被磨碎的細(xì)砂等機(jī)械雜質(zhì)，進(jìn)一步確保獲得符合工藝要求的粒徑和粒徑分布狹窄的二氧化鈦粉體。實踐證明，分級對鈦白粉的消色力等應(yīng)用性能有著重要的影響。</p><p>　　5.3無機(jī)表面處理包膜</p><p>　　無機(jī)表面處理包膜過程實質(zhì)上是運用了溶膠－凝膠理論，表面處理時通過沉淀或吸附，在二氧化鈦粒子表面包上一層或多層無機(jī)水合氧化物，

34、堵塞晶格缺陷，提高二氧化鈦顏料的耐侯性和化學(xué)穩(wěn)定性。無機(jī)表面處理劑通常有三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鋯等。無機(jī)包膜的主要設(shè)備是恒溫水浴鍋，一般都是不銹鋼內(nèi)膽，水溫控制十分精確，通常在±0.1℃以下。</p><p>　　無機(jī)表面處理最理想的狀態(tài)是將包膜劑包在每一個原級粒子的表面，而濕磨是除去二氧化鈦漿料中聚集粒子、聚粒子等大顆粒最有效的超微粉碎手段。</p><p>　　5.4水

35、洗、過濾與干燥階段</p><p>　　無機(jī)表面處理后的二氧化鈦漿料經(jīng)過濾、洗滌和干燥后，二氧化鈦粒子之間存在著絮凝、附聚等現(xiàn)象，導(dǎo)致二氧化鈦的吸油量高，研磨分散性差，顏料體積濃度低，消色力、遮蓋力、光澤等物性指標(biāo)差，因此必須通過二次超微粉碎，即采用氣流粉碎機(jī)進(jìn)行解聚，利用高速氣流或過熱蒸氣的能量，使顆粒相互沖擊、碰撞、摩擦，將絮凝、附聚的大顆粒粉碎，有效地確保了二氧化鈦產(chǎn)品的粒徑和均勻、狹窄的粒徑分布，使二氧化

36、鈦粒子表面光滑，顆粒形態(tài)規(guī)整，保證了二氧化鈦產(chǎn)品的消色力、吸油量、分散性、光澤、抗老化性等顏料性能。</p><p>　　5.5 有機(jī)包膜與包裝</p><p>　　鈦白后處理的微粉碎基本都采用氣流粉碎機(jī)，產(chǎn)品細(xì)度通?？蛇_(dá) 1μm~5μm，在此過程中同時進(jìn)行有機(jī)包膜，微粉碎之后的鈦白產(chǎn)品便可包裝出廠。</p><p>　　有機(jī)表面處理劑可以有效改善鈦白在溶劑中的表面

37、能、表面潤濕性、電性和分散性能等，主要有偶聯(lián)劑、高級脂肪酸、不飽和有機(jī)酸及有機(jī)硅等，近年使用性能比較好的是有機(jī)硅表面處理劑，生產(chǎn)廠家主要有成都道奇威實業(yè)有限公司、美國道康寧公司，國內(nèi)也有生產(chǎn)有機(jī)硅的廠家，如廣州億克有機(jī)硅有限公司。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在我國鈦白工業(yè)40多年的發(fā)展過程中，經(jīng)歷了自行開發(fā)、發(fā)展和完善階段；引進(jìn)

38、國外技術(shù)和主要設(shè)備階段；在消化吸收國外技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)備國產(chǎn)化和擁有自主知識產(chǎn)權(quán)建成15～20kt／a金紅石型鈦白粉裝置三個階段。當(dāng)前我們要考慮的是鈦白工業(yè)如何與國際接軌，要以重組聯(lián)合、做大做強(qiáng)為指導(dǎo)思想，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，正確選擇工藝路線和設(shè)備，加速產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，注重國內(nèi)急需的金紅石鈦白粉等產(chǎn)品的生產(chǎn)，使我們鈦白工業(yè)充滿勃勃生機(jī)并不斷向前發(fā)展。氯化法鈦白具有強(qiáng)有力的競爭能力，有其優(yōu)越性和完善性。隨著國內(nèi)的 3 家氯化法鈦白陸續(xù)上馬，氯化

39、法鈦白大量依賴進(jìn)口的局面很快便會結(jié)束。后處理通過砂磨、包膜、過濾、干燥、汽粉、儲存、包裝幾個環(huán)節(jié)，不僅實現(xiàn)對二氧化鈦產(chǎn)品的性能改善，同時實現(xiàn)了對其粒徑和均勻、狹窄的粒徑分布的控制。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 龔家竹 《鈦白粉生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)展》 無機(jī)鹽工業(yè)-2003年6期</p><p>