專利名稱：利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法。
背景技術：
硫酸法生產鈦白粉具有原料來源充足、成本低等優點，但每生產一噸鈦白粉將產生大約為含硫酸20 %左右的廢酸6 8噸，此廢酸如不加以回收利用，勢必造成大量寶貴資源的浪費，處理不當也會對環境造成二次污染和傷害。目前，鈦白粉廢硫酸的處理方法主要有以下幾種 ①直接返回生產線用于稀釋濃硫酸。優點在于直接回用，不需要增加太多的處理和輸送設備，但由于廢酸的排量非常大，而濃硫酸由98左右或者105%硫酸稀釋到酸解工序所需濃度的需要量不大，而且廢酸內含硫酸亞鐵等無機鹽對后續工序存在影響，剩余的大量廢酸仍然需要采用其他措施處理后才能排放，工廠環保處理壓力大。②石灰中和法，即采用石灰、電石渣(主要含石灰)中和處理，然后進行沉淀分離。這種處理方式往往需要加進絮凝劑和助沉劑，以促進固液分離和水體澄清，同時產生大量二次廢渣工業石膏，且廢酸中的硫酸、鈦酸、硫酸氧鈦和硫酸亞鐵等未能回收；分離出的水分呈微堿性，含有大量石膏等微溶性無機鹽，易于在設備表面結垢，不能回收應用于生產線，造成二次污水；且此法設備運行費用巨大，企業難以承受。③應用到其他非鈦白粉生產部門。已有大量應用此法的報道。但由于廢酸里面含有大量硫酸亞鐵、硫酸氧鈦、鈦酸等，不免會影響到應用部門的產品質量。其次，工廠設備大量增加、設備管理難度加大、二次環保等問題也要考慮。再次，應用于生產硫酸錳、硫酸鎂、磷肥等時，由于錳礦、鎂礦、磷礦等與鈦礦不同源，設備不配套，技術上不具普適性。④廢酸再生。在1000°C左右溫度下硫酸分解出來的二氧化硫氣體，經凈化、轉化、吸收等工序，制成濃硫酸和發煙硫酸。已見報道的WSA(濕法硫酸)工藝和焙燒法都存在流程長、工藝復雜，運行成本高的問題。⑤采用多效蒸發濃縮法回收廢硫酸。中國專利“鈦白粉生產過程中產生的廢硫酸、廢氣的回收方法”(CN1608716)、“硫酸法鈦白粉生產中廢硫酸濃縮回收利用的工業化方法”(CN1724339)、“一種去除鈦白廢酸中亞鐵及其它金屬鹽的方法” (CN101157447A)都采用三段濃縮、兩次固液分離的方法回收鈦白稀廢酸。這些方法不足之處在于1)在一段濃縮中使用轉窯尾氣，只注重了熱的利用，而忽略了尾氣中鈦白粉的經濟價值；2)從轉窯尾氣中帶出的鈦白粉粉塵，在酸中有一定的溶解能力，加上未水解殘留在酸中的硫酸氧鈦，不僅造成酸的粘度增大，而且給后續蒸發濃縮帶來更大的麻煩；3)在二段濃縮中采用的圓塊式石墨換熱器，結構形式不利于含有結垢物質和大量固相析出物的鈦白廢酸的換熱，結垢的清理相對頻繁，既耗資又耗時；4)在三段濃縮中采用碳化硅蒸發器，將已濃縮至70%的廢酸進一步加熱濃縮至80%，不僅設備投資大、工藝的降溫升溫能耗大。為解決上述問題，中國專利申請“防止鈦白廢硫酸濃縮的一效加熱設備結垢方法及專用裝置”(CN102320580A)增加了工藝流程，使其操作更加復雜化。
中國專利“硫酸法生產鈦白粉過程中稀硫酸的濃縮除雜方法”(CN101214931A)雖然對中國專利申請“一種稀硫酸濃縮除雜生產方法”(CN1376633)進行了修正，加大石墨列管換熱器的管徑，以利于對垢層清理再生，但仍然未能徹底解決結垢及阻止傳熱問題，且設備及其配件未能全部國產化；每噸濃縮成品硫酸要消耗蒸汽2. O 2. 4t (硫酸法鈦白廢酸濃縮技術研究現狀及發展方向[J]，無機鹽工業，2008，40 (8):1 3)此外，在已有中國專利申請中，多有提及窯尾和窯頭廢熱的應用，但對窯頭出料時700 900°C高溫的鈦白粉帶出的熱能的利用卻未見有文獻報道。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種簡化工藝、縮短流程、節能降耗、減少設備、降低投資的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法。本發明以如下技術方案解決上述技術問題一種利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，其特征是在常溫常壓和攪拌下，將適量的吸水劑投入含硫酸質量百分比濃度為20% 25%的鈦白廢酸中，吸水劑與水接觸、反應，攪拌下冷卻懸浮液至室溫，使得液態水以固態結晶水形式隨吸水劑水合物析出，固液分離出吸水劑水合物結晶，濾液為濃度較高的廢酸；濾液冷卻至-5 10°C，使得溶液中七水硫酸亞鐵結晶析出，固液分離出七水硫酸亞鐵結晶，使酸液得到進一步濃縮；重復進行上述兩步驟，至最后的濾液中硫酸達到質量百分比濃度為60%以上時，濾液即可返回酸解工序循環利用；含結晶水的吸水劑利用除塵后的焙燒爐尾氣為熱源干燥脫水再生后重返流程，干燥產生的水蒸氣可以用廢酸間壁換熱冷卻返回流程做鈦酸洗滌用水或排空。其生產工藝步驟是步驟⑴常溫常壓和攪拌下，根據不同的吸水劑確定吸水劑的投放量，并將吸水劑投入廢酸中進行吸水反應，溫度控制在40 60°C ；步驟⑵攪拌下把步驟⑴所得的懸浮液冷至室溫，固液分離出吸水劑水合物結晶，同時獲得硫酸濃度較聞的濾液；步驟⑶攪拌下，把步驟⑵所得濾液冷凍至-5 10°C，使得溶液中七水硫酸亞鐵結晶析出，固液分離出七水硫酸亞鐵結晶，廢酸得到進一步濃縮；步驟⑷步驟⑴、步驟⑵、步驟⑶按需要可以重復進行，直至濾液中硫酸濃度達到質量百分比為60%時，即送酸解工序作配酸使用；步驟(5):利用除塵后的焙燒爐廢氣為熱源，對吸水劑水合物結晶加熱和脫水，使吸水劑再生；步驟(6): 步驟(5)所得再生吸水劑不需冷卻，直接返回步驟⑴循環使用，干燥產生的水蒸氣可以用常溫廢酸間壁換熱冷卻返回酸洗工序做鈦酸洗滌用水或直接排空。 步驟⑴所述吸水劑為無水硫酸鈉、無水硫酸亞鐵、一水硫酸亞鐵、無水硫酸鎂或無水硫酸錳；不同的吸水劑，總的使用量不同；其中，一份質量的廢酸，無水硫酸鈉使用質量為O. 5 2份；無水硫酸亞鐵使用質量為O. 8 2份；一水硫酸亞鐵使用質量為I
2.5份；無水硫酸鎂使用質量為O. 6 I份；一水硫酸錳使用質量為I 2份。步驟⑴所述吸水劑在廢酸中的吸水反應是在管式反應器內進行。步驟⑴、步驟⑵和步驟⑶所述的攪拌速度均為60 80r/min。
步驟⑶所述反應液冷凍在三到五個間歇式冷凍槽中進行，其冷源通過氨制冷獲得。步驟(5)所述焙燒爐廢熱是回轉窯窯頭和窯尾的熱氣通過旋風分離器去除粉塵后獲得。步驟(5)所述窯頭鈦白粉夾帶的熱能是通過窯頭和窯尾的廢氣氣固相換熱及旋風分離器去除粉塵后獲得。本發明的技術方案，其優點在于I、用吸水劑把廢酸中大部分液態水變為結晶水、并隨結晶體固液分離排出，解決了現有多段蒸汽濃縮工藝的設備繁多、工藝流程長、硫酸亞鐵等及二氧化鈦在設備內表面結垢和堵塞等問題，減少了設備投資和操作費用；
2、利用了鈦白粉生產中焙燒爐廢氣為熱源干燥再生吸水劑，節能降耗，增效明顯；3、所用吸水劑可以再生后循環使用，再生時產生的水蒸氣可以排空或循環使用，整個工藝無三廢產生，實現清潔生產目標；5、方法可操作性強，裝置生產效率高，流程簡單、投資少、操作費用低、節能減排，經濟效益、社會效益和環境效益顯著。本發明也可應用于鋼鐵酸洗、石油化工、精細化工、醫藥等行業的廢酸回收循環使用。
圖I是本發明的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法的工藝流程圖。
具體實施例方式本發明主要是根據現有多效蒸發濃縮鈦白粉廢硫酸技術存在設備多、工藝流程長、管路易結垢、投資大、能耗高、易引起二次污染等問題的實情，提供一種可簡化工藝、縮短流程、減少設備、降低投資、達到節能降耗、清潔生產、增加工廠環境效益、經濟效益和社會效益的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法。本發明的原理是基于以下化學反應進行脫水的
權利要求
1.一種利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，其特征是在常溫常壓下，將適量吸水劑投入含硫酸質量百分比濃度為20% 25%的鈦白廢酸中，吸水劑與水接觸、反應，攪拌下冷卻懸浮液至室溫，使得液態水以固態結晶水形式隨吸水劑水合物析出，固液分離出吸水劑水合物結晶，濾液為濃度較高的廢酸；濾液冷卻至-5 10°C，使得溶液中七水硫酸亞鐵結晶析出，固液分離出七水硫酸亞鐵結晶，使酸液得到進一步濃縮；重復進行上述兩步驟，至最后的濾液中硫酸達到質量百分比濃度為60%以上時，濾液即可返回酸解工序循環利用；含結晶水的吸水劑利用除塵后的回轉窯頭和窯尾氣為熱源干燥脫水再生后重返流程，干燥產生的水蒸氣可以用廢酸冷卻返回流程做鈦酸洗滌用水或排空。
2.如權利要求I所述的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，其特征是生產工藝步驟是步驟⑴常溫常壓和攪拌下，根據不同的吸水劑確定吸水劑的投放量，并將吸水劑投入廢酸中進行吸水反應，溫度控制在40 60°C ；步驟⑵攪拌下把步驟⑴所得的懸浮液冷至室溫，固液分離出吸水劑水合物結晶，同時獲得硫酸濃度較高的濾液；步驟⑶攪拌下，把步驟⑵所得濾液冷凍至-5 10°C，使得溶液中七水硫酸亞鐵結晶析出，固液分離出七水硫酸亞鐵結晶，廢酸得到進一步濃縮；步驟⑷步驟⑴、步驟⑵、步驟⑶按需要可以重復進行，直至濾液中硫酸濃度達到質量百分比為60%時，即送鈦礦酸解工序作配酸使用；步驟(5): 利用除塵后的回轉窯頭和窯尾氣為熱源，對吸水劑水合物結晶加熱和干燥、脫水，使吸水劑再生；步驟(6): 步驟(5)所得再生吸水劑不需冷卻，直接返回步驟⑴循環使用，干燥產生的水蒸氣可以用常溫廢酸間壁換熱冷卻返回酸洗工序做鈦酸洗滌用水，或直接排空。
3.如權利要求2所述的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，其特征是步驟⑴所述吸水劑為無水硫酸鈉、無水硫酸亞鐵、一水硫酸亞鐵、無水硫酸鎂或一水硫酸錳；不同的吸水劑,總的使用量不同；其中，一質量份廢酸，無水硫酸鈉使用質量為O. 5 2份；無水硫酸亞鐵使用質量為O. 8 2份；一水硫酸亞鐵使用質量為I 2. 5份；無水硫酸鎂使用質量為O. 6 I份；一水硫酸猛使用質量為I 2份。
4.如權利要求2所述的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，其特征是步驟⑴所述吸水劑在廢酸中的吸水反應是在管式反應器內進行。
5.如權利要求2所述的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，其特征是步驟⑴、步驟⑵和步驟⑶所述的攪拌速度均為60 80r/min。
6.如權利要求2所述的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，其特征是步驟⑶所述反應液冷凍在三到五個間歇式冷凍槽中進行，其冷源通過氨制冷獲得。
7.如權利要求2所述的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，其特征是步驟(5)所述窯頭或窯尾廢熱是回轉窯窯頭和窯尾的熱氣通過旋風分離器去除粉塵后獲得。
8.如權利要求2所述的利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，其特征是步驟(5)所述窯頭鈦白粉夾帶的熱能是通過窯頭和窯尾的廢氣與高溫鈦白粉氣固相換熱及旋風分離器去除粉塵后獲得。
全文摘要
一種利用鈦白粉焙燒爐廢熱濃縮廢硫酸的方法，在常溫常壓下，將適量吸水劑投入鈦白廢酸中，吸水劑使液態水以固態結晶水形式析出，固液分離后的濾液冷卻使溶液中七水硫酸亞鐵結晶析出，使酸液得到進一步濃縮；重復進行上述兩步驟，至最后的濾液中硫酸達到濃度為60％以上時濾液返回酸解工序利用；吸水劑利用焙燒爐除塵尾氣為熱源干燥脫水再生，干燥再生產生的蒸氣冷卻返回流程做鈦酸洗滌用水或排空。本發明的方法解決了現有工藝的設備多、流程長、易堵塞等問題，減少了設備投資和操作費用；吸水劑再生后循環使用節能降耗，增效明顯；整個工藝無三廢產生，操作性強，裝置產能高，流程簡單、投資少、費用低，節能減排，效益顯著。
文檔編號C01D5/18GK102910594SQ20121043725
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者黃正源 申請人:黃正源