硫酸法钛白粉酸解预混系统技术改造

孙群山

（广西西陇化工有限公司，广西博白 537617）

酸解是硫酸法钛白生产中的重要环节之一，酸解过程直接关系到钛液质量及钛的收率。酸解预混工序是酸解反应前期的主要操作步骤，目的是将参与反应的硫酸和钛铁矿粉混合，使矿粉被硫酸浸润并均匀地分散在硫酸中。酸解预混过程直接影响酸解的效果，硫酸和钛铁矿粉混合效果越好，酸解反应越充分，残余固相物越少。若浓硫酸和钛铁矿粉混合不充分，则钛铁矿粉会在硫酸中团聚，形成致密难溶硬块，影响酸解率。在实际生产过程中，因预混设施设计缺陷、DCS程序局部设置不合理或操作不当等，容易出现预混罐内壁和搅拌器上粘结物料，需要人工定期清理。针对上述问题，技术人员认真分析原因并采取改进措施，对酸解预混系统进行技术改造，取得了较好的效果。

1 硫酸法钛白酸解工艺流程

某公司硫酸法钛白粉酸解同时采用间歇法和连续法，连续酸解工艺流程见图1。

图1 连续酸解工艺流程

将计量好的浓硫酸先放入带搅拌和冷却夹套的钢制酸解预混罐内，在搅拌条件下加入计量好的钛铁矿粉，搅拌混合，同时冷却夹套通入冷却水进行冷却（防止混合浆料温度升高，提前发生酸解反应），搅拌均匀后，放料至预混过渡罐，然后泵至酸解反应器中部。酸解反应器同时加入计量好的废硫酸或工艺水，利用硫酸的稀释热引发硫酸和钛铁矿粉发生化学反应，短时间内生成可溶性硫酸盐（硫酸钛、硫酸氧钛、硫酸铁等）和多孔固相物，进入下段工序。

2 酸解预混系统存在的问题

自2019年投产以来，酸解预混系统主要存在以下问题：

1）预混罐内壁粘结固相物，尤其是下矿口与硫酸液面交界点处固相物较多。

2）预混罐搅拌轴结垢，尤其是与硫酸液面交界点处结垢较多。

3）钛铁矿粉计量仓下料不均匀，有时下料速率过快，平均约2 t/min，导致硫酸和矿粉混合不充分，形成团聚物或粘壁结块。

4）预混罐放料口、放料阀、放料管线经常发生堵塞。

3 酸解预混系统改造

针对上述问题，技术人员研究每个细节，认真分析原因并采取改进措施，多次从设备、DCS控制、工艺三方面对酸解预混系统进行改造。

3.1 设备技术改造

1）改进预混罐搅拌形式。由桨式搅拌改为紧贴预混罐内壁的刮刀式搅拌，并将搅拌转速由40 r/min提高至50 r/min，同时升级搅拌电机，功率由7.5 kW改为15 kW。改造的目的是：①提高搅拌强度，使得酸矿快速混合；②及时铲除内壁附着的硬块；③电机提供足够的动力，增强特殊情况下的应急处理能力。

2）改进预混罐进酸口的位置和角度，使其对准液面搅拌轴位置。利用进料的硫酸冲洗搅拌轴上吸附的矿粉，减少搅拌轴结垢的机会。

3）改进预混罐进矿口的位置，将其布置在搅拌轴与筒体中间。使矿粉与筒体保持一定间距，可减少内壁吸附矿粉。

4）延长预混罐进钛铁矿粉管线，使出料口处于预混料液面上方200 mm，可以减少预混罐内扬尘，减少内壁吸附矿粉。

5）在预混放料管上增加压缩风管。要求每批次放完料后进行管道吹扫，防止管道积料发生堵塞现象。

6）改进人孔位置，将其布置在出料口对应上盖的位置或者新增检修孔，方便观察和清理出料口固相物。

7）改进钛铁矿粉计量仓，在下锥体加装2个对称的压缩风口，用压缩风松动堆积或结块的矿粉，提高矿粉的流动性，满足下料速度的要求。

8）预混罐增加排气口。在预混罐上盖的进矿口附近，增加1个直径为100 mm的排气口，通过管道连接至矿粉计量仓顶部的仓顶袋滤器，使预混罐形成负压状态，及时排出预混罐内扬尘，减少内壁吸附矿粉，改善现场工作环境。

9）改进钛铁矿粉计量仓出口阀门的类型。干燥的钛铁矿粉颗粒细小，粒径平均为0.3 μm，具有蓬松、流动性良好、休止角较小等特性，计量仓出口原来使用的阀门为插拔阀，矿粉出料量时大时小，较难控制。星型下料阀是由带有数个叶片的转子在圆筒形机壳内旋转，从上部料斗落入的物料充塞在叶片间的空格内，随叶片的旋转而卸出。将插拔阀改为星型下料阀，并同步安装变频器，以控制星型下料阀电机的转速，进而控制下料速度，很好地解决了下料不均匀的问题。

10）酸解预混罐底部优化。预混罐原设计底部是斜底且在出料最低处水平安装出口短接，在生产过程中经常发生积料、结块，对精准称量有干扰。将出口短接由原来的水平安装改为在罐底最低处垂直安装，使每批次物料排放干净，不积料。

3.2 DCS控制系统补充完善

1）为了提高预混罐进硫酸和钛铁矿下料准确度，在预混罐设有称量装置，分别与进酸阀和进矿粉星型下料阀电机联锁，按操作界面设定硫酸量、矿粉量，先下酸后下矿的步序，实现DCS自控，同时实现异常情况报警。

2）为了实现预混操作的连续性和供料及时性，预混过渡罐液位与预混罐的进酸阀联锁，实现预混过渡罐液位达到设定液位时，自动启动预混系统。

3）为了预防预混过渡罐漫料或缺料，预混过渡罐高、低液位与预混罐转料泵联锁，实现DCS自控，同时实现异常情况报警。

3.3 工艺改进

1）控制钛铁矿粉下料速率。间歇酸解时钛铁矿粉下料速率控制在0.8～1 t/min，连续酸解时控制在0.3～0.6 t/min，有利于酸矿混合均匀，避免下料过快，矿粉聚团分散在硫酸中或粘壁结块。

2）控制预混温度，间歇酸解时低于45 ℃，连续酸解时低于35 ℃。需提前控制硫酸和钛铁矿粉温度，否则容易发生早期反应而在预混罐中结成硬块，无法达到预混效果。采取的措施有：①降低硫酸和钛铁矿粉的温度，连续酸解设硫酸与冷水换热器，球磨岗位设钛铁矿粉冷却窑，以满足工艺要求；②夏季间歇酸解可采用低温法，即先放入硫酸，硫酸冷却降温后，再加入钛铁矿粉。

3）控制硫酸浓度，间歇酸解w（H2SO4）控制在92%～94%，连续酸解直接用 w（H2SO4）98% 的工业硫酸。间歇酸解在酸解罐中进行，每批次投入的硫酸和钛铁矿粉较多，相应积蓄热能较多，会造成剧烈反应，反应温度超标，进而引起后续钛液质量稳定性不合格，甚至出现难溶固相物或冒锅事故，为避免异常情况发生，需要控制适宜的硫酸浓度；而连续酸解投入的硫酸和钛铁矿粉较少，需要w（H2SO4）为98%，以提供更多稀释热。

4）控制钛铁矿粉w（H2O）≤0.3%。减少矿粉中的水分含量，有利于降低硫酸和矿粉预混时的温升，一般温升为5～10 ℃。

5）控制钛铁矿粉的细度。间歇酸解时，325目（45 μm）筛网筛余物控制在10%～15%，连续酸解时控制在小于2%，优选小于1%。钛铁矿粉的粒度越小，比表面积越大，与硫酸接触面越大，有利于钛铁矿粉和硫酸充分反应，以得到较高的酸解率。但对于间歇酸解来说，要兼顾酸解反应可控，故钛铁矿粉不能太细。

6）预混搅拌使用变频、分段控制。通过摸索总结，操作步骤调整为：①硫酸下料过程，变频器控制在50 Hz，通过高速旋转对上批次罐内残留的少量钛铁矿粉进行洗涤；②钛铁矿粉下料过程，变频器控制在40 Hz，保证其搅拌强度适中，防止混合物液面过分抬高，造成内壁结垢；③放料过程，变频控制15 Hz，降低转速，加快放料速度。

7）保证预混罐内加完料后有足够的预混时间。预混时间一般控制在10～15 min，使得硫酸和矿粉充分混合均匀再放料。连续酸解还设有预混过渡罐，预混时间更长。

8）必要时，可考虑增加分散助剂，与硫酸同步加入，加快矿粉分散速度。

9）控制适宜的硫酸和钛铁矿粉比例。由于使用 w（H2SO4）20% 水 洗 废 硫 酸 或 w（H2SO4）30%～60%浓缩酸（水洗废酸浓缩得到）替代工艺水引发酸解反应[2]，可减少新鲜浓硫酸的用量，一般1 t钛白可节约 w（H2SO4）98% 硫酸 200～1 100 kg。随着新鲜浓硫酸用量的减少，对应的预混时硫酸和钛铁矿粉比例下降，增加了硫酸和矿粉混合均匀的难度。此时，需注意控制适宜的硫酸和钛铁矿粉比例，根据实践经验，硫酸和钛铁矿粉的质量比一般不能低于1.3 ∶1。

通过上述技改，酸解预混系统运行正常，再未发生堵塞故障。

4 结语

酸解预混工序对酸解效果有重要影响，在设计时预混罐应尽量缩短与间歇酸解反应器或连续预混过渡罐的间距，缩短放料管线，以保证放料管线畅通，减少发生管道堵塞现象。在操作过程中要严格控制工艺参数，使硫酸和钛铁矿粉混合均匀，提高酸解率。