年产5万吨硫酸法钛白粉生产工艺设计实现可行性方案

年产5万吨硫酸法钛白粉生产工艺设计

可行性方案

摘 要

本设计介绍了钛白粉的性质、用途、发展趋势、及各种钛白粉的生产方法并做相应的比较，最终采用目前国内普遍使用并且技术比较成熟的酸解法。

本设计的目的是完成年产5万吨酸解法钛白粉（金红石型）生产工艺设计，其中包括工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、主要设备的选型、生产过程中的三废处理以及废副产品的利用。

关键词：钛白粉；硫酸法；水解；工艺计算

目 录

第1章 概 述 ...................................................................................................................1

1.1 钛白粉的性质 ..................................................................................................................... 1 1.2 钛白粉的用途 ..................................................................................................................... 2 1.3 当前钛白粉生产质量标准 ............................................................................................. 4 1.4 全球钛白的发展情况 ....................................................................................................... 6

1.4.1 国际钛白粉生产发展史 ...................................................................................... 6 1.4.2 世界钛资源分布情况 .......................................................................................... 6 1.5 国内钛白粉的发展情况 .................................................................................................. 8

1.5.1 国内钛白粉生产发展史 ...................................................................................... 8 1.5.2 我国钛矿的分布情况 .......................................................................................... 9 1.5.3 国内钛白粉行业的发展前景 ............................................................................ 9 1.6 钛白粉生产工艺的比较及选择 ................................................................................. 10 1.7 国内外钛白粉的主要生产厂家 ................................................................................. 11

1.7.1 国外主要生产厂家 ............................................................................................ 11 1.7.2 国内主要生产厂家 ............................................................................................ 13 1.8 设计的目的及内容 ........................................................................................................ 14 第2章 酸解法钛白粉生产工艺流程设计及主要工段介绍 ........................................... 15

2.1 反应原理............................................................................................................................ 15 2.2 工艺流程方框图 ................................................................................................................ 15

2.3 主要工段介绍[12] ............................................................................................................ 18

2.3.1 酸解工段 .................................................................................................................. 18 2.3.2 浓缩工段 .................................................................................................................. 20 2.3.3 晶种的制备工段 ................................................................................................. 21 2.3.4 水解工段 .................................................................................................................. 23

第3章 酸解法生产钛白粉的工艺计算 ................................................................................. 26

3.1 物料衡算............................................................................................................................ 26

3.1.1 原料计算(以生产1吨100 %TiO2计) ..................................................... 26 3.1.3 结晶过程的物料衡算 .......................................................................................... 32 3.1.4 过滤过程物料衡算 ............................................................................................... 32 3.1.5 浓缩过程物料衡算 ............................................................................................ 34 3.1.6 水解过程中的物料衡算 ................................................................................... 35 3.2 能量衡算(以生产1吨100 %TiO2计) .................................................................. 36 第4章 主要设备计算及选型 .................................................................................................... 41

4.1 沉降池选型 ......................................................................................................................... 41 4.2 蒸发器选型 ....................................................................................................................... 41 4.3 水解罐选型 ....................................................................................................................... 41 4.5 主要设备一览表 ............................................................................................................. 42 第5章 污染物治理及废副产品的利用 ................................................................................. 44

5.1 废气的治理 ....................................................................................................................... 44 5.2 废水的治理 ....................................................................................................................... 45 5.3 废渣的处理 ....................................................................................................................... 46

5.4 噪音及粉尘的处理 ........................................................................................................ 46 5.5 废副产品的利用 ................................................................................................................ 47 第6章 车间布置说明 .................................................................................................................. 49 致 谢 .................................................................................................................................................... 50 参考文献 ............................................................................................................................................... 51 附录 ......................................................................................................................................................... 52

第1章 概 述

1.1 钛白粉的性质

钛白粉的化学名称为二氧化钛，化学性质稳定，在一般情况下与大部分物质不发生反应。在自然界中二氧化钛有三种结晶：板钛型、锐钛和金红石型。板钛型属不稳定晶型，无工业利用价值；锐钛型(Anatase，简称A型）和金红石型(Rutile，简称R型）都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料。与其他白色颜料相比，有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性，特别是没有毒性。在二氧化钛晶体结构中，一个钛粒子被六个氧粒子所包围，而四价钛粒子与二价氧粒子之间又有很强的结合力。这种晶体特性决定了二氧化钛具有较强的化学稳定性，微溶于碱和热硝酸，只有在长时间煮沸下才能完全溶于浓硫酸和氢氟酸。若没有还原剂存在，即使在1800 ℃的高温下也不与氯气作用。

二氧化钛不溶于水，对酸的作用很弱，只有在高温和长时间煮沸下才溶于氢氟酸和浓硫酸，能微溶于碱，与强碱或碱金属碳酸盐熔融可转化为微溶于酸的钛酸盐。以下是相关的反应式：

TiO2+6HF→H2TiF6+2H2O TiO2+2H2SO4→Ti(SO4)2+2H2O TiO2+H2SO4→TiSO4+H2O TiO2+2KHSO4→ Ti(SO4)2+K2SO4+H2O

第1章 概 述

1.1 钛白粉的性质

钛白粉的化学名称为二氧化钛，化学性质稳定，在一般情况下与大部分物质不发生反应。在自然界中二氧化钛有三种结晶：板钛型、锐钛和金红石型。板钛型属不稳定晶型，无工业利用价值；锐钛型(Anatase，简称A型）和金红石型(Rutile，简称R型）都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料。与其他白色颜料相比，有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性，特别是没有毒性。在二氧化钛晶体结构中，一个钛粒子被六个氧粒子所包围，而四价钛粒子与二价氧粒子之间又有很强的结合力。这种晶体特性决定了二氧化钛具有较强的化学稳定性，微溶于碱和热硝酸，只有在长时间煮沸下才能完全溶于浓硫酸和氢氟酸。若没有还原剂存在，即使在1800 ℃的高温下也不与氯气作用。

二氧化钛不溶于水，对酸的作用很弱，只有在高温和长时间煮沸下才溶于氢氟酸和浓硫酸，能微溶于碱，与强碱或碱金属碳酸盐熔融可转化为微溶于酸的钛酸盐。以下是相关的反应式：

TiO2+6HF→H2TiF6+2H2O TiO2+2H2SO4→Ti(SO4)2+2H2O TiO2+H2SO4→TiSO4+H2O TiO2+2KHSO4→ Ti(SO4)2+K2SO4+H2O

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