硫酸法鈦白廢酸處理與濃縮工藝

黃麗麗

摘 要：在硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的過程中將產(chǎn)生較多的廢酸，需進(jìn)行廢酸的合理化處理及資源利用。文章在對于鈦白廢酸來源以及鈦白廢酸處理現(xiàn)狀深入分析的基礎(chǔ)上，對鈦白廢酸濃縮利用工藝進(jìn)行深入研究，包括廢酸真空濃縮工藝、廢酸預(yù)濃縮結(jié)合蒸汽蒸發(fā)濃縮工藝、噴霧濃縮工藝等，以推動鈦白硫酸工藝綠色、可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：硫酸法；鈦白；廢酸；濃縮工藝

1 鈦白廢酸概述

1.1 鈦白廢酸來源

硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的工藝流程圖如下圖1 所示，涵蓋了酸解、凈化、濃縮、水解、漂洗、鹽處理、煅燒及粉碎等工藝。

從生產(chǎn)工藝流程圖中發(fā)現(xiàn)，硫酸在鈦白的制備過程中僅起到中間介質(zhì)的作用，不進(jìn)入最終產(chǎn)品，僅參與化學(xué)反應(yīng)，因此，在實(shí)際的硫酸法制備鈦白粉的過程中，酸解及凈化、水解過程將排放大量廢酸，其中，酸解過程每生產(chǎn)1噸約排放8噸濃度約20%左右的廢酸，在凈化水解偏鈦酸的過程中，每生產(chǎn)1噸鈦白粉約排放80噸濃度為2～3%的廢酸。廢酸的成分主要為游離態(tài)硫酸以及硫酸鹽等，對廢酸的處理：對濃度約20%左右的廢酸通常進(jìn)行處理再利用，而對于濃度為2%的廢酸通常經(jīng)中和處理達(dá)標(biāo)后方可排放。

1.2 鈦白廢酸處理現(xiàn)狀

1.2.1 中和工藝

包括石灰中和工藝、氨中和工藝、礦石中和工藝以及堿性廢水中和工藝等，其中，我公司采用石灰石和石粉相結(jié)合，先用石粉將廢酸及廢酸的混合物中和至pH值為2.5～4.0，再用15%左右的石灰乳繼續(xù)中和，同時(shí)用空壓攪拌氧化其廢液中的二價(jià)鐵，氧化的同時(shí)控制液體的pH達(dá)到6～9，在中和好的水移至沉降池之前加入適量的沉降劑助沉，將中和好的水再通過板框壓濾機(jī)壓濾，最終水達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)后直接排放。該工藝具有操作簡便，系統(tǒng)簡單，成本較低的優(yōu)勢，然而其操作費(fèi)用高，廢液排放前需檢測其水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，同時(shí)中和的鈦石膏量多，生產(chǎn)每噸鈦白粉有12噸的產(chǎn)生含水量50%鈦石膏，造成二次污染；氨中和工藝?yán)煤睆U水進(jìn)行廢酸的中和處理，可用于生產(chǎn)肥料。該工藝流程較為繁雜，且處理過程中產(chǎn)生的含氨廢水不易處理，同時(shí)要求生產(chǎn)的條件受限；礦石中和工藝即利用橄欖石中和廢液，得到SiO2固體和MgSO4溶液，其中SiO2固體可安全堆存或進(jìn)一步處理，而MgSO4溶液經(jīng)沉淀除去重金屬離子后可安全排放，但該工藝前期投資較大；堿性廢水中和工藝?yán)霉S排放的堿液廢水進(jìn)行廢酸液的中和處理，至達(dá)標(biāo)排放，可對于兩類工業(yè)廢水進(jìn)行綜合處理，并進(jìn)一步降低治理成本，但該工藝受廠區(qū)條件及環(huán)境等客觀條件的制約。

1.2.2 浸出礦物工藝

主要包括制備人造金紅石工藝、制備硫酸銅工藝、制備磷肥工藝、制備活性白土工藝等，其中，制備人造金紅石工藝可利用廢酸制備金紅石，工藝簡單，經(jīng)濟(jì)效益較高，符合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，但該工藝生產(chǎn)流程較長，而高鎂鈣鈦精礦難以用硫酸浸出；制備硫酸銅工藝適于低品位銅礦和廢銅的浸出。具有操作簡單、經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)施范圍受限；制備磷肥工藝需配套一條磷酸生產(chǎn)線，制作工藝簡單但此工藝的應(yīng)用范圍有限；制備活性白土工藝流程簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，但廢酸消耗量較少。

1.2.3 廢酸再生工藝

主要包括WSA工藝以及焙燒法工藝等兩方面，WSA工藝由托普索公司研發(fā)而成，即濕法硫酸工藝，其中硫回收率及氧化物脫除率均較高在90%以上，可回收大量熱量，但該工藝較為復(fù)雜，運(yùn)行成本較高；焙燒法工藝?yán)肍e3O4與廢酸混合后，通過氣體燃料的加熱作用，逐漸脫水，使得硫酸亞鐵分解，硫鐵礦被氧化，但該工藝運(yùn)行成本較高。

1.2.4 萃取法工藝

萃取法工藝主要利用臭氧將廢酸中的亞鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，然后利用甲基丁基酮作萃取劑，萃取比選用萃取劑與鈦白廢酸體積之比為1：1，研究表面，該工藝是采用酸鹽分離的方法，分離效果好，酸回收率高，具有較好的自動化控制性能，其主要的缺點(diǎn)在于回收酸的成本較高。

1.2.5 溶解度原理法

由于在不同濃度的硫酸中，硫酸鹽的溶解度也不盡相同，利用該理論，可通過鹽析和共沉降作用對于廢酸中其他鹽類進(jìn)行排除，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮作用，有利于廢酸濃縮工藝的平穩(wěn)運(yùn)行，因此該方案具有良好發(fā)展前景。

2 鈦白廢酸濃縮利用工藝

2.1 廢酸真空濃縮工藝

廢酸真空濃縮技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展成為一種比較成熟的廢酸濃縮利用工藝，廢酸的真空濃縮工藝其流程圖如下圖2所示：

廢酸溶液與轉(zhuǎn)窯煅燒來的350～400℃的尾氣進(jìn)行質(zhì)量和熱量交換，尾氣經(jīng)凈化及電除霧直接真空排放。此時(shí)廢酸溶液濃度升至28%，然后再經(jīng)過多效蒸發(fā)濃縮，后冷卻、熟化結(jié)晶，再通過壓濾去除廢酸中的硫酸亞鐵，從而得到純質(zhì)濃度高的硫酸溶液。此濃縮工藝可取得理想的處理效果，同時(shí)具有運(yùn)行成本的優(yōu)勢，也被國內(nèi)企業(yè)所采用，其弊端在于尚未完全解決石墨加熱器堵塞的問題。

2.2 廢酸預(yù)濃縮結(jié)合蒸汽蒸發(fā)濃縮工藝

廢酸預(yù)濃縮結(jié)合蒸汽蒸發(fā)濃縮可實(shí)現(xiàn)高效化廢酸濃縮利用，首先利用廢熱對于廢酸進(jìn)行預(yù)濃縮，再利用水蒸氣真空蒸發(fā)，對于廢酸進(jìn)行進(jìn)一步濃縮，然后利用高溫煅燒尾氣對于廢酸進(jìn)行再次濃縮，此時(shí)其硫酸濃度可達(dá)82%，濃縮經(jīng)濟(jì)效益較高，但也存在管道堵塞的問題。

2.3 噴霧濃縮工藝

將鈦白廢酸通過泵的作用輸送至噴霧濃縮裝置，然后在裝置內(nèi)部發(fā)生霧化作用，由于霧化液滴粒徑較小，在與熱空氣接觸后發(fā)生熱量及質(zhì)量的傳遞作用，水分被蒸發(fā)，因此會析出硫酸鹽，得到的懸濁液通過離心分離機(jī)實(shí)現(xiàn)固液分離。該工藝熱量利用率較高，濃縮成本低，因此可推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]陳朝華.鈦白粉生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]李亮.國內(nèi)外鈦白廢酸綜合治理及回收利用研究現(xiàn)狀[J].濕法冶金，2010，29（3）：150-158.

（作者單位：廣西藍(lán)星大華化工有限責(zé)任公司）