蘇東隔膜壓濾機(jī)在鈦白粉生產(chǎn)中的應(yīng)用案例
我國鈦白粉工業(yè)歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了從無到有、從弱到強(qiáng)的跨越式提升。1954年我國開始硫酸法鈦白粉研究試制，初期僅能生產(chǎn)非顏料級(jí)產(chǎn)品，1959年逐步試驗(yàn)生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉，至1992年產(chǎn)量?jī)H68kt，產(chǎn)品以銳鈦型為主。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，我國鈦白粉工業(yè)加速發(fā)展，2001年全國鈦白粉產(chǎn)量達(dá)330kt，超越日本躍居世界第二位，生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提升，為裝備國產(chǎn)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在鈦白粉生產(chǎn)的固液分離關(guān)鍵環(huán)節(jié)，蘇東隔膜壓濾機(jī)憑借優(yōu)異性能，成為推動(dòng)行業(yè)節(jié)能降耗、提質(zhì)增效的核心裝備之一。
鈦白粉生產(chǎn)核心工藝及裝備需求
磨機(jī)及風(fēng)掃磨系統(tǒng)
鈦白粉生產(chǎn)第一道工序?yàn)槟サV，進(jìn)料礦料粒度通常在60-100目，要求出料達(dá)到325目、篩余10%?15%。傳統(tǒng)小型鈦白粉廠沿用的雷蒙磨存在產(chǎn)量低、能耗高、故障多等弊端，后續(xù)通過國產(chǎn)大型球磨機(jī)和風(fēng)掃磨工藝改進(jìn)，優(yōu)化磨機(jī)襯板、鋼球配比、分級(jí)器結(jié)構(gòu)及風(fēng)機(jī)配置，單臺(tái)350kW、10kV電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磨機(jī)系統(tǒng)，可滿足15kt/a鈦白粉生產(chǎn)的粒度要求，實(shí)現(xiàn)了磨礦環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化升級(jí)。
酸解及尾氣處理
酸解是鈦白粉生產(chǎn)的核心反應(yīng)環(huán)節(jié)，圍繞該環(huán)節(jié)的工藝優(yōu)化的核心目標(biāo)是穩(wěn)定操作、降低酸耗、達(dá)標(biāo)排放，具體改進(jìn)如下：
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配礦工藝：采用1?5種不同組成礦粉混合配礦，有效穩(wěn)定生產(chǎn)操作，降低酸耗，為后續(xù)反應(yīng)奠定基礎(chǔ)。
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酸解罐大型化：小型裝置酸解罐容積30m3、單批投礦6.5t，現(xiàn)萬噸級(jí)裝置酸解罐容積擴(kuò)大至130m3，單批投礦27?28t，大幅提升生產(chǎn)效率。
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還原工藝優(yōu)化：摒棄傳統(tǒng)機(jī)械加工鐵屑還原劑，采用鐵粉（鑄鐵粉）替代，解決了鐵屑油污多、計(jì)量不準(zhǔn)、Ti3+合格率低等問題，還原時(shí)間縮短、消耗量減少，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
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降低酸耗技術(shù)：優(yōu)化酸解礦粉最佳酸用量，將F值從1.6?2.1放寬至1.8-2.2，利用水解后返回的20%~23%廢稀硫酸替代部分濃硫酸，大幅降低硫酸單耗，典型案例中噸鈦白粉可節(jié)約用酸450kg。
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尾氣處理改進(jìn)：酸解反應(yīng)每噸礦粉可排出約450kg水蒸汽（180~200℃）、1300m3氣體及2000mg/m3酸霧，主反應(yīng)期小時(shí)排氣量可達(dá)1.0×10?m3以上。傳統(tǒng)多級(jí)噴射吸收法難以達(dá)到45mg/m3的國家排放標(biāo)準(zhǔn)，引進(jìn)裝置采用二級(jí)噴水工藝實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。
連續(xù)澄清桶
連續(xù)澄清桶用于酸解液澄清，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中1個(gè)酸解罐配置1個(gè)同容積澄清桶，鈦液靜置沉降需8?10h；優(yōu)化后澄清桶容積提升至單個(gè)酸解罐的3~5倍，鈦液與絮凝劑經(jīng)泵送入后，僅需2.5~3h即可分離上部清液，大幅縮短澄清周期，提升生產(chǎn)連續(xù)性。
真空結(jié)晶技術(shù)
硫酸亞鐵結(jié)晶是鈦白粉生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接影響水解沉淀效果，主要有機(jī)械冷凍結(jié)晶和真空結(jié)晶兩種方式。真空結(jié)晶憑借降溫均勻、效率高、利于晶核成長(zhǎng)、附帶濃縮等優(yōu)勢(shì)，成為優(yōu)選工藝——冷凍結(jié)晶需10-12h，而真空結(jié)晶僅需3h；澄清后含TiO?125~135g/l的鈦液，經(jīng)真空結(jié)晶離心分離后濃度可達(dá)170~180g/l，優(yōu)于冷凍結(jié)晶工藝。
以10kt/a鈦白粉生產(chǎn)裝置為例，真空結(jié)晶與冷凍結(jié)晶的性能對(duì)比如下：
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對(duì)比項(xiàng)目
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真空結(jié)晶法
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冷凍結(jié)晶法
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備注
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廠房面積
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390
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800
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投資費(fèi)用（萬元）
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430
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450
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按設(shè)備價(jià)格計(jì)算
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運(yùn)行費(fèi)用（萬元）
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310
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580
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據(jù)工業(yè)實(shí)際數(shù)據(jù)
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能耗
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70650
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106416
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–
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目前，國產(chǎn)化真空結(jié)晶工藝已成功應(yīng)用于20kt/a鈦白粉生產(chǎn)裝置，適用于3kt/a~20kt/a廠家的擴(kuò)建改造。
亞鐵分離
硫酸亞鐵與鈦液的分離主要采用離心分離和圓盤過濾分離，其中離心分離具有濾餅含水量低、鈦損失少、占地小等優(yōu)勢(shì)，但設(shè)備投資較高。隨著國產(chǎn)化設(shè)備升級(jí)，相關(guān)離心分離設(shè)備逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品，降低投資成本的同時(shí)，滿足生產(chǎn)需求。
蒸發(fā)
蒸發(fā)工序能力與水解方法密切相關(guān)：常壓自生晶種水解需將鈦液濃度從170g/l濃縮至>240g/l，而加晶種微壓水解僅需濃縮至190~210g/l，蒸發(fā)能力可減少50%，大幅節(jié)省基建投資。傳統(tǒng)升膜蒸發(fā)器蒸汽全部冷凝，優(yōu)化后將蒸汽分兩部分利用，一部分冷凝，另一部分與新鮮蒸汽混合作為加熱熱源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
水解
外加晶種微壓水解新工藝優(yōu)勢(shì)顯著：一是配置高活性晶種；二是將水解液TiO?濃度從240g/l降至190~210g/l，減輕濃縮負(fù)荷，掛片時(shí)間從1.5h縮短至20~40min，水洗時(shí)間從14-16h縮短至5~6h；三是采用蒸汽直接加熱替代銅管間接加熱，罐內(nèi)維持300~500Pa壓力，無需加入稀釋水，提升生產(chǎn)效率。
水洗
水洗（含一次水洗、漂洗和TiO?洗滌）目前仍以葉濾機(jī)工藝為主，各廠家通過改進(jìn)葉濾機(jī)結(jié)構(gòu)、更換濾布（滌綸布改為聚丙烯濾布）、優(yōu)化助濾層（聚丙酰胺改為纖維素）、控制水洗水溫和加水方式等，縮短水洗時(shí)間、提升水洗質(zhì)量，為后續(xù)固液分離環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)。
蘇東隔膜壓濾機(jī)在鈦白粉生產(chǎn)中的核心應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)
蘇東機(jī)械從事壓濾機(jī)研究、設(shè)計(jì)和制造二十余年，是原化工部定點(diǎn)產(chǎn)品、國家環(huán)保局首批認(rèn)定產(chǎn)品，擁有60多項(xiàng)國家專利，其生產(chǎn)的隔膜壓濾機(jī)規(guī)格齊全、性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于鈦白粉生產(chǎn)多個(gè)關(guān)鍵固液分離環(huán)節(jié)，尤其在水洗、漿料壓濾等環(huán)節(jié)的應(yīng)用效果突出，成為鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)提質(zhì)增效的優(yōu)選裝備。
蘇東隔膜壓濾機(jī)不僅適用于鈦白粉生產(chǎn)中一洗、漂洗、TiO?洗滌，還可替代真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)應(yīng)用于進(jìn)轉(zhuǎn)窯前的漿料壓濾（該應(yīng)用場(chǎng)景已在鈦白粉生產(chǎn)中得到實(shí)踐驗(yàn)證，如部分廠家將轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)改為隔膜壓濾機(jī)用于窯尾進(jìn)料壓濾），有效提高濾餅含固量，節(jié)省后續(xù)煅燒環(huán)節(jié)能耗，其核心優(yōu)勢(shì)如下：
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節(jié)省廠房空間：蘇東隔膜壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，相較于傳統(tǒng)過濾設(shè)備，可大幅縮減廠房建筑面積，降低基建投入成本。
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簡(jiǎn)化操作，節(jié)約人力：設(shè)備支持PLC程控、DCS遠(yuǎn)程控制及HMI人機(jī)界面操作，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，部分型號(hào)配備龍門振打與水沖洗機(jī)架，解決濾布粘泥問題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸泥，大幅簡(jiǎn)化操作流程，減少人工投入，降低人工成本。
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改善環(huán)境，提升產(chǎn)品質(zhì)量：設(shè)備密封性能優(yōu)良，濾板采用“三A”牌復(fù)合橡膠板、增強(qiáng)聚丙烯板等優(yōu)質(zhì)材料，耐酸堿腐蝕、抗老化，可有效避免物料泄漏，改善生產(chǎn)環(huán)境；同時(shí)，過濾精度高，能有效去除雜質(zhì)，提升鈦白粉產(chǎn)品純度與質(zhì)量穩(wěn)定性。
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提高廢酸回收率，降本增效：通過高效過濾，可提高廢酸回收率，回收的廢酸經(jīng)濃縮后可返回酸解工序循環(huán)使用，進(jìn)一步降低硫酸單耗，提升經(jīng)濟(jì)效益。
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節(jié)水減排，綠色環(huán)保：大幅減少水洗用水量和廢水排放量，降低廢水處理費(fèi)用，契合鈦白粉行業(yè)綠色低碳發(fā)展需求，兼具顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
蘇東隔膜壓濾機(jī)經(jīng)江蘇鈦白粉廠工業(yè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在TiO?洗滌和進(jìn)轉(zhuǎn)窯前漿料壓濾環(huán)節(jié)應(yīng)用效果顯著，已成功應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中；針對(duì)一洗、漂洗環(huán)節(jié)的優(yōu)化正在持續(xù)推進(jìn)，進(jìn)一步拓展應(yīng)用場(chǎng)景。設(shè)備過濾壓力可達(dá)0.2~2.0MPa，濾板使用壽命達(dá)5年以上，綜合維護(hù)成本低，可適配不同規(guī)模鈦白粉生產(chǎn)裝置的需求。
鈦白粉生產(chǎn)后續(xù)關(guān)鍵工藝
漂白
漂白是提升鈦白粉白度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要有兩種傳統(tǒng)方法：一是調(diào)整一洗后偏鈦酸濃度，注入漂白罐并加入硫酸加熱，再用鋅粉（或鋁粉）將Fe3+還原為Fe2+；二是將水洗后偏鈦酸與硫酸反應(yīng)生成可溶性TiOSO?，再用鋅粉（或鋁粉）還原生成Ti3+鹽，實(shí)現(xiàn)偏鈦酸漂白。
優(yōu)化后的漂白工藝的操作流程為：先將少量偏鈦酸懸浮液注入漂白罐，加入硫酸充分反應(yīng)生成Ti3+，靜置一段時(shí)間后加入鋅粉混合均勻，再注入剩余偏鈦酸，全程攪拌、加熱、保溫，確保漂白效果均勻穩(wěn)定。
偏鈦酸煅燒
偏鈦酸在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)完成脫水、脫氟、晶型轉(zhuǎn)化和粒子成長(zhǎng)，決定鈦白粉顏料粒子的基本性能。國內(nèi)小型裝置多采用直徑2.2m（或2.3m）、長(zhǎng)36m的小轉(zhuǎn)窯，經(jīng)優(yōu)化改造（降低進(jìn)料水分、增設(shè)窯內(nèi)襯擋圈、提升控制水平等），轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)能力可提升21%。目前，15-20kt/a大型轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，技術(shù)成熟可靠。
后處理
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濕磨分級(jí)：為滿足涂料、塑料等行業(yè)對(duì)鈦白粉分散穩(wěn)定性、粒徑均勻性的要求，采用砂磨機(jī)和分級(jí)機(jī)工藝提升產(chǎn)品檔次。
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化學(xué)處理（包膜）：采用無機(jī)包膜工藝，在鈦白顆粒表面沉積金屬氫氧化物或水合氧化物，降低光化學(xué)活性、提高耐候性；目前包膜罐已實(shí)現(xiàn)大型化，采用DCS控制實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)加料、便捷操作。
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干燥：包膜后濾餅干燥主要采用噴霧干燥、帶式干燥、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥三種方式，國產(chǎn)化大型帶式干燥機(jī)已投入試運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥正在開展工業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)，即將實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。
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氣粉：采用氣流粉碎技術(shù)，使鈦白粉達(dá)到亞微米級(jí)細(xì)度，粒度分布狹窄、表面光滑、分散性好，不受雜質(zhì)污染。國產(chǎn)化氣粉機(jī)已逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品，解決了耐磨性等關(guān)鍵問題，滿足生產(chǎn)需求。
結(jié)語
我國鈦白粉工業(yè)歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，除大型雷蒙磨外，各類核心生產(chǎn)設(shè)備均已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。產(chǎn)量從1992年的59.5kt/a增長(zhǎng)至2001年的330kt/a，年均增長(zhǎng)率達(dá)20.9%，遠(yuǎn)超世界同期水平，躍居世界第二位，生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提升。
在鈦白粉生產(chǎn)固液分離關(guān)鍵環(huán)節(jié)，蘇東隔膜壓濾機(jī)憑借結(jié)構(gòu)緊湊、操作便捷、節(jié)能降耗、綠色環(huán)保等突出優(yōu)勢(shì)，在TiO?洗滌、進(jìn)轉(zhuǎn)窯前漿料壓濾等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用，有效幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量、減少環(huán)保壓力，成為鈦白粉行業(yè)升級(jí)改造的核心裝備選擇。未來，隨著蘇東機(jī)械在超高壓壓濾機(jī)等領(lǐng)域的持續(xù)研發(fā)投入，將進(jìn)一步推動(dòng)鈦白粉行業(yè)綠色化、智能化、高效化發(fā)展。
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