硫酸法钛白粉水洗机水循环膜处理工艺

文/曲波，张春洁(山东道恩钛业有限公司)

摘要：在硫酸法钛白粉生产过程中，保证钛白粉产品质量的一道重要工序为水洗工序，传统水洗工序有着粉体流失严重、废水排放量大等情况，不利于钛白粉行业发展，因此水洗及水循环膜处理工艺就显得尤为重要。实例表明，该工艺浆料单质铁含量低于10mg/kg，固含量为300g/L。

关键词：硫酸法；钛白粉；水洗；水循环；膜处理；工艺

Water Washing and Water Circulating Membrane Treatment Process of Titanium Dioxide Produced by Sulfuric Acid ProcessQu Bo, Zhang Chun Je (Shandong Daoen Titanium Industry Co., Ltd.)

Abstract：In the production process of titanium dioxide by sulfuric acid method, an important process to ensure the quality of titanium dioxide products is the washing process. The traditional washing process has serious powder loss and large wastewater discharge, which is not conducive to the development of titanium dioxide industry. Therefore, the washing and water circulation membrane treatment process is particularly important. The example shows that the iron content of the slurry is less than 10 mg/kg and the solid content is 300 g/L.

Keywords：sulfuric acid process; titanium dioxide; water washing; water circulation; membrane treatment; process

0 引言

钛白粉有着较为广泛的应用，包括塑料行业、油漆行业、日化行业等，其中硫酸法与氯化法属于钛白粉的主要生产工艺。氯化法有着较大的技术难度。同时有着比较苛刻的原料要求，因此我国大多情况下会通过硫酸法来处理钛白粉。钛白粉通过硫酸法生产会有着较高的污染物，比如在废水污染中，酸性废水的产生就是来自于水洗工序，不仅会导致粉体流失严重，同时还会对环境产生污染，因此不利于我国钛白粉行业的良好发展。而硫酸法钛白粉水洗及水循环膜处理工艺是能够起到清洁生产与节能减排的目标，需要给予足够重视^[1]。

1 硫酸法钛白粉传统洗涤技术
1.1 水洗原理

在对钛白粉进行水解后，在正常情况下，偏钛酸浆料是H2SO422%～30%、TiO2160～180g/L、FeSO4·7H2O200～250g/L，同时还需要通过水洗的方式，将浆料中的可溶性杂质离子取出。水洗原理就是充分利用偏钛酸不溶于水的特征，采用过滤器来拦截偏钛酸，随后再通过水来洗涤滤饼。水洗涤滤饼的过程中会在浓度差的推动作用下将杂质离子转移，这种较高的可溶性杂质离子滤饼能够实现可溶性杂质目的。

1.2 水洗工艺流程

水解料中的偏钛酸进行第一次水洗后，虽然能够去除可溶性杂质离子，但无法彻底将其去除，而且在水洗过程中，偏钛酸的Fe²⁺还会产生氧化作用，从而再浆料中形成Fe(OH)₃沉淀，从而无法将其去除。所以，偏钛酸在经过第一次水洗后，还需要漂白处理浆料，并在其中加入还原性药剂来对高价氧化物进行还原，还原为低价氧化物后再对其实施第二次水洗^[2]。其中在偏钛酸一次水洗初期以及水洗进料阶段，会产生废酸，因此在第一次水洗过程中，所产生的洗水均将其作为废水处理。为了最大程度地降低水量使用，可以通过套洗方法进行水洗，即二次水洗过程中使用脱盐水，然后将洗出水作为一洗的使用水。除此之外，为了将第一次水洗的相关指标进行有效控制，在偏钛酸第一次水洗后期，洗涤过程中需要应用少量脱盐水，详情如图1所示。

1.3 水洗工序设备

固液分离是滤饼洗涤的过程，因此偏钛酸洗涤工序中，必不可少的设备为固液分离设备。就目前而言，管式过滤机、真空叶滤机、隔膜压滤机在硫酸法钛白粉水洗工序中有着比较广泛的应用。其中，真空叶滤机的主要优点是洗涤无死角、系统无动力部件、更换滤板方便、操作简单；主要缺点是有着较高的洗涤水耗，真空叶滤机在运行的过程中，容易出现吸片困难的情况，而且有着较高的水解料质量与工艺参数设置要求。管式过滤机、隔膜压滤机是能够降低水洗时间，属于正压操作的一种，从而能够最大程度地降低用水量；主要缺点是有着严重的偏钛酸粉体流失问题，而且在水洗过程中，有着较为麻烦的滤布更换问题。

2 水洗及水循环膜处理技术

2.1 技术原理

在水洗过程中，管式微滤膜是主要部件，其过滤方式如图2所示。在运行过程中，压力会驱动管式微滤膜管表面流动的偏钛酸浆料，其水溶性的杂质离子会与硫酸以及水共同在管外渗出，同时偏钛酸固体则会被拦截进行膜管内的循环运动。随后不断在管膜内将新鲜水添加，并持续采出洗涤水，这样能够效去除可溶性杂质离子。除此之外，管式微滤膜的“错流”过滤与水洗水的循环利用有着密切联系，所以能够将反渗透技术应用其中，能够有效分离低价离子与高价离子。FeSO₄和H₂SO₄属于水洗水主要成分，利用选择性反渗透膜元件将其分离后，便能够得到不含Fe²⁺的酸性水与高浓度的FeSO₄浓水，将这股酸性水作为偏钛酸第二次洗水，不仅能够将新鲜脱盐水量极大地降低，同时还能够对水洗系统的酸性环境进行有效保持，从而确保水洗过程中，Fe²⁺不会发生氧化。

2.2 工艺流程

膜分离系统、膜洗涤系统、粉体回收系统是工艺流程的主要组成部分，详情如图3所示。在本工艺中，整个系统值需要将少量脱盐水引入，就能够对水平衡进行维持，偏钛酸浆料会全部转化为合格洗涤料。并且该系统不会外排废水，同时能够更方便对引出的洁净废酸进行深度加工处理。

2.2.1 粉体回收系统

将水解料以及板框引入水解料储罐，之后对其压滤，通过膜分离装置产生的浓水进行预洗，通过管式微滤膜系统进行粉体回收，然后将回收浆料返回水解料储罐，并将洁净废酸引入废酸处理车间。预洗板框滤饼后下片至打浆槽，之后再将其引入到一洗系统。将浓水预洗操作应用到板框滤饼中，是能够将板框滤饼中的铁含量进行进一步地降低，从而有效提高工作效率。高精度管式微滤膜的使用时，能够将废酸中偏钛酸粉体100%回收，从而能够有效避免风险。

2.2.2 膜洗涤系统

偏钛酸的第一次水洗过程中，在一洗循环罐中，将打浆好的偏钛酸浆料分批次引入，浆料所含混合液会送入膜分离进水罐，包括硫酸氧钛、硫酸亚铁、硫酸。二洗膜洗涤出水在洗涤过程中会持续引入一洗循环罐，并持续采取清液，偏钛酸浆料的固含量在这个过程中能够保持不变。在偏钛酸第一次水洗合格后，将其浆料引入漂白罐，并进行老化还原，然后见漂白浆料在二洗膜洗涤装置中洗涤。为了保持水平衡，二次水洗时还需要将少量脱盐水补充其中。第二次水洗后，将收集的采出水在一洗膜洗涤装置中套用，合格后便送至下一个工段。高精度管式微滤膜产出的清液浊度不会超过1NTU，这样不仅能够对膜分离系统的进水要求进行直接满足，同时还能够有效实现偏钛酸粉体零流失。在膜洗涤过程中，偏钛酸在浆料中有着较高的分散性，而且洗涤充分，混合均匀，在第二次水洗后，单质铁含量(10mg/kg)与行业内传统的水洗工艺水平(20～40mg/kg)相比有着较高价值。

2.2.3 膜分离系统

酸性水在膜分离进水罐内会被送往打浆槽和膜分离系统，其中膜分离系统产出的脓液会在板框系统中预洗，随后产出的清液会送往二洗膜洗涤装置，然后供偏钛酸第二次水洗使用。水洗水经过膜分离装置处理后，对其进行循环利用是能减少新鲜脱盐水的消耗。同时还能对水洗水的酸度进行有效保持，从而确保偏钛酸在水洗过程中，一直处于酸性环境之下，而且不需要额外将硫酸调节系统来对酸度进行调节。

3 结语

简而言之，硫酸法钛白粉行业应用水洗及水洗水循环膜处理工艺，不仅能够实现水洗水的循环利用。同时还能够降低新鲜脱盐水的消耗，并且极大地缓解了废水处理负担，因此该技术重要的现实意义。

参考文献：

[1]邢斌斌，韩涛，梁东东，等. 浅谈硫酸法钛白粉水洗与水循环膜处理工艺[J]. 名城绘，2018(003)：663.

[2]李选芝，刘银伟，邢斌斌，等. 硫酸法钛白粉水洗及水循环膜处理工艺探讨[J]. 名城绘，2018(004)：410.

文章发表于《化工管理》2021年3月