专利名称：一种应用于钛白粉洗涤管式膜装置及洗涤方法
技术领域：
本发明涉及一种装置及方法，尤其涉及一种针对现有钛白粉洗涤工段装置和工艺存在的缺陷而提供一种全封闭式、处理量大，钛白粉和水洗液分离效果稳定的应用于钛白粉洗涤管式膜装置及洗涤方法。
背景技术：
钛白粉作为一种白色无机颜料，具有无毒，最佳白度和光亮度，是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶和化妆品等行业。 硫酸法生产工艺技术采用热的浓硫酸分解经精选粉碎过的钛铁矿，以铁粉为还原剂制得钛、二价铁及其它金属的硫酸盐混合溶液，俗称钛液。在正钛酸胶体为晶核的诱导下，将浓钛液微压水解生成水合二氧化钛，俗称偏钛酸。盐处理后的偏钛酸经过过滤，煅烧制得粗颗粒二氧化钛，经粉碎、包装即得钛白粉。
工业上采用滤饼洗涤方法除去偏钛酸中各种可溶性杂质，随着水洗过程pH的上升。铁以氢氧化铁沉淀的形式吸附在偏钛酸中而难以除去。高温煅烧时，氢氧化铁转变成具有与金红石二氧化钛型相同微晶结构的红色氧化铁，当铁的含量高于30X 10_3%。时，金红石二氧化钛呈现黄色，而铁含量高于90X10_3%。时，会影响锐钛型二氧化钛的白度。微量的铁会形成活性靶点，影响二氧化钛作为颜料的性能。为了能够去除Fe2+，还需要将偏钛酸滤饼打浆后加入浓硫酸和还原剂进行二次或多次水洗。
工业上一般采用真空叶滤机进行过滤，物料在叶滤机上形成滤饼，吊起进水洗槽水洗。缺点是滤饼厚度需要控制，过薄导致生产效率降低以及水洗时金属离子沉淀加速；太厚则导致滤饼龟裂现象，影响熟悉效果，若相邻滤饼连接在一起，则无法洗涤干净。并且因滤布精度较低，过滤及水洗后的滤液中还有偏钛酸颗粒，导致回收负荷较重。
工业上也有采用管式过滤机进行过滤，同样，过滤初期滤液中含有偏钛酸颗粒，而且管式过滤机的缺点是，滤布破裂时难以检修。
工业上还有采用离心机的方法进行洗涤，离心机每次出来的是含40%_50%的含固浆料，因为其中包裹由硫酸根离子，因此需要经过多次的打浆洗涤，操作劳动强度大，且洗涤液中固含量达到4%-5%，对生产成本影响较大，且耗水量大，后期还需对大量产生的白水进行回收处理，投资大。
形成滤饼的这种过滤方式还使得偏钛酸离子的相互交联成团，少量的Fe(OH)3和少量的Fe(OH)2易在偏钛酸颗粒上形成羟桥，分离效率较错流膜过滤 系统较低。
工业上采用CN过滤器对洗涤产生的白水及压滤产生的废酸进行浓缩，存在占地大，设备投资高，偏钛酸颗粒流失的问题，且需要不定时更换填料。
单独使用膜分离装置进行洗涤过滤时，分离效果较好，但是初始的硫酸浓度较高， 造成后续洗涤水量较大，而且不易于硫酸的回收。发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种针对现有钛白粉洗涤工段装置和工艺存在的缺陷而提供一种全封闭式、处理量大，钛白粉和水洗液分离效果稳定的应用于钛白粉洗涤管式膜装置及洗涤方法。
一种应用于钛白粉洗涤管式膜装置，所述装置采用复数级套洗方式，将后级清液用作于前级洗涤用水，所述装置包括膜浓缩系统和复数组膜洗涤系统。
在本发明的具体实施过程中，所述膜浓缩系统包括膜浓缩系统储罐、循环泵和膜浓缩组件，所述膜洗涤系统为两组，
其中第一组包括1号膜洗涤系统储罐、I号膜洗涤系统组件、I号循环泵；
第二组包括2号膜洗涤系统储罐、2号膜洗涤系统组件、2号循环泵，两组膜洗涤系统之间还安装有漂白釜；
所述循环泵安装在膜浓缩系统储罐和膜浓缩组件之间的管道上；
所述I号循环泵安装在I号膜洗涤系统储罐和I号膜洗涤系统组件之间的管道上；
所述2号循环泵安装在2号膜洗涤系统储罐和2号膜洗涤系统组件之间的管道上；
所述漂白釜和第二组膜洗涤系统之间的管道上还安装有物料输送泵。
一种利用上述的装置应用于钛白粉的洗涤方法，所述方法包括如下步骤
A :将水解后的水解液直接进入膜浓缩系统，将物料浓缩至初始值的1-4倍；
B :采用复数级膜洗涤系统套洗方式，具体级数为2级或2级以上，将后级水洗清液用于前级洗涤水，后级水洗加入纯水，套洗级数越多用水量越少；
C :水洗过程中可用于前级套洗的清液出水分别进入清液储罐，经泵或重力自流进入物料储罐，作为洗涤用水洗涤前级偏钛酸浆料；
D :当洗涤至系统内Fe2+含量在600-700ppm时，进入漂白釜漂白，漂白完成后继续洗涤至Fe2+含量达到要求；
E :洗涤合格后的偏钛酸浓液进入后续干燥工段；
在本发明的具体实施过程中，所述膜浓缩系统及I号膜洗涤系统中分离出的清液根据废液中酸浓度不同，浓度较高的去硫酸后续处理，回收此部分硫酸；浓度较低的部分去废水处理或用于尾气吸收。
在本发明的具体实施过程中，所述膜浓缩系统和膜洗涤系统所用膜材料为耐酸的 PVDF膜管，无机陶瓷膜管或碳化硅膜管，膜表面孔径为0. 01-1. 0 μ m。
在本发明的具体实施过程中，膜洗涤系统和膜浓缩系统为防腐蚀耐酸的内衬PTFE 结构。
在本发明的具体实施过程中，设定偏钛酸洗涤膜分离系统和废酸回收膜分离系统中，采用恒速过滤时，膜装置压差超过0. 2MPa时开始反冲洗；采用恒压过滤时，膜装置通量下降至设定值时开始反冲洗，使用纯水作为反冲洗的物料。
在本发明的具体实施过程中，反冲洗过程中的反冲压差为0. 1-0. 5MPa。
在本发明的具体实施过程中，在过滤过程中膜面流速设定为2_5m s—1，跨膜压差设定为 0. 1-0. 3MPa。
在本发明的具体实施过程中，在漂白工段，可用锌粉、铝粉、三价钛漂白。
本发明的积极进步效果在于本发明和现有的同类应用于钛白粉洗涤管式膜装置及洗涤方法相对比，本发明膜分离系统为封闭式，不会引入其他杂质；管式膜清液侧通量高处理量大，钛白粉和水洗液分离效果稳定，钛白粉颗粒截留率可达99%以上；管式膜过滤系统操作简单，工艺流程短，自动化程度高，节约劳动力，降低成本投资；清洗周期长，清洗后管式膜通量恢复率高，清洗简单，通量的恢复率可达90%以上。
本发明采用膜分离的方式，能够有效降低钛白粉颗粒中杂质含量，提高钛白粉产品品质；固体颗粒截留率高，降低成本；操作可自动控制，操作简单，劳动强度低；通过水套用方式，降低用水量，处理能力大，投资少；废酸的回收能够提高回收硫酸质量，提高钛白粉产量。
图1是本发明提供的应用于钛白粉洗涤管式膜装置及洗涤方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
图1是本发明提供的应用于钛白粉洗涤管式膜装置及洗涤方法的流程框图。如图1所示本发明的装置采用复数级套洗方式，将后级清液用作于前级洗涤用水，所述装置包括膜浓缩系统和复数组膜洗涤系统。
具体地，膜浓缩系统包括膜浓缩系统储罐1、循环泵2和膜浓缩组件3，所述膜洗涤系统为两组，
其中第一组包括1号膜洗漆系统储罐4、I号膜洗漆系统组件6、I号循环泵5 ；
第二组包括2号膜洗涤系统储罐9、2号膜洗涤系统组件11、2号循环泵10，两组膜洗涤系统之间还安装有漂白釜7 ；
循环泵2安装在膜浓缩系统储罐I和膜浓缩组件3之间的管道上；
I号循环泵5安装在I号膜洗涤系统储罐4和I号膜洗涤系统组件6之间的管道上；
2号循环泵10安装在2号膜洗涤系统储罐9和2号膜洗涤系统组件11之间的管道上；
漂白釜7和第二组膜洗涤系统之间的管道上还安装有物料输送泵8。
本发明提供的洗涤方法 具体包括如下步骤
A :将水解后的水解液直接进入膜浓缩系统，将物料浓缩至初始值的1-4倍；
B :采用复数级膜洗涤系统套洗方式，具体级数为2级或2级以上，将后级水洗清液用于前级洗涤水，后级水洗加入纯水，套洗级数越多用水量越少；
C :水洗过程中可用于前级套洗的清液出水分别进入清液储罐，经泵或重力自流进入物料储罐，作为洗涤用水洗涤前级偏钛酸浆料；
D :当洗涤至系统内Fe2+含量在600-700ppm时，进入漂白釜漂白，漂白完成后继续洗涤至Fe2+含量达到要求；
E :洗涤合格后的偏钛酸浓液进入后续干燥工段；
以下是一个具体的实施例子
实例1:钛白粉水洗工段洗涤、浓缩。
目前国内使用硫酸法生产纳米二氧化钛的过程中，易产生大量杂质离子，杂质离子含量过高，会影响纳米二氧化钛粉体的品质，因此需要对钛白粉进行水洗以去除其中的杂质离子，而常规水洗方法耗水量大，劳动强度高。选用膜分离工艺，对钛白粉颗粒进行浓缩、稀释洗涤，去除杂质离子效果好，洗涤水用量少，劳动强度低。
水解后的水解液直接进入膜浓缩系统储罐1，经循环泵2输送至膜浓缩组件3进行高精度错流过滤，清液进入废酸回收工段，将物料浓缩1-4倍后，进入I号膜洗涤系统储罐4并加水稀释至一定浓度，经I号循环泵5输送至I号膜洗涤系统组件6进行高精度错流过滤，清液进入下游工段，重复上述步骤直至系统内Fe2+含量在600-700ppm，后进入漂白釜漂白，加入适当还原剂及硫酸，漂白完全后经物料输送泵8输送至2号膜洗涤系统储罐9， 加水稀释至一定浓度，经2号循环泵10输送至2号膜洗涤系统组件进行高精度错流过滤， 清液收集至相应储罐供前级水洗用水，重复进行直至系统内Fe2+含量在40ppm左右，后进入盐处理及煅烧工段。
本发明和现有的同类应用于钛白粉洗涤管式膜装置及洗涤方法相对比，本发明膜分离系统为封闭式，不会引入其他杂质；管式膜清液侧通量高处理量大，钛白粉和水洗液分离效果稳定，钛白粉颗粒截留率可达99%以上；管式膜过滤系统操作简单，工艺流程短，自动化程度高，节约劳动力，降低成本投资；清洗周期长，清洗后管式膜通量恢复率高，清洗简单，通量的恢复率可达90%以上。
本发明采用膜分离的方式，能够有效降低钛白粉颗粒中杂质含量，提高钛白粉产品品质；固体颗粒截留率高，降低成本；操作可自动控制，操作简单，劳动强度低；通过水套用方式，降低用水量，处理能力大，投资少；废酸的回收能够提高回收硫酸质量，提高钛白粉产量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和 改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种应用于钛白粉洗涤管式膜装置，其特征在于所述装置采用复数级套洗方式，将后级清液用作于前级洗涤用水，所述装置包括膜浓缩系统和复数组膜洗涤系统。
2.根据权利要求1所述的应用于钛白粉洗涤管式膜装置，其特征在于所述膜浓缩系统包括膜浓缩系统储罐、循环泵和膜浓缩组件，所述膜洗涤系统为两组， 其中第一组包括1号膜洗涤系统储罐、I号膜洗涤系统组件、I号循环泵； 第二组包括2号膜洗涤系统储罐、2号膜洗涤系统组件、2号循环泵，两组膜洗涤系统之间还安装有漂白釜； 所述循环泵安装在膜浓缩系统储罐和膜浓缩组件之间的管道上； 所述I号循环泵安装在I号膜洗涤系统储罐和I号膜洗涤系统组件之间的管道上； 所述2号循环泵安装在2号膜洗涤系统储罐和2号膜洗涤系统组件之间的管道上； 所述漂白釜和第二组膜洗涤系统之间的管道上还安装有物料输送泵。
3.一种利用权利要求1-2所述的装置应用于钛白粉的洗涤方法，其特征在于所述方法包括如下步骤 A :将水解后的水解液直接进入膜浓缩系统，将物料浓缩至初始值的1-4倍； B :采用复数级膜洗涤系统套洗方式，具体级数为2级或2级以上，将后级水洗清液用于前级洗涤水，后级水洗加入纯水，套洗级数越多用水量越少； C :水洗过程中可用于前级套洗的清液出水分别进入清液储罐，经泵或重力自流进入物料储罐，作为洗涤用水洗涤前级偏钛酸浆料； D :当洗涤至系统内Fe2+含量在600-700ppm时，进入漂白釜漂白，漂白完成后继续洗涤至Fe2+含量达到要求； E :洗涤合格后的偏钛酸浓液进入后续干燥工段；
4.根据权利要求3所述的洗涤方法，其特征在于所述膜浓缩系统及I号膜洗涤系统中分离出的清液根据废液中酸浓度不同，浓度较高的去硫酸后续处理，回收此部分硫酸；浓度较低的部分去废水处理或用于尾气吸收。
5.根据权利要求3所述的洗涤方法，其特征在于所述膜浓缩系统和膜洗涤系统所用膜材料为耐酸的PVDF膜管，无机陶瓷膜管或碳化硅膜管，膜表面孔径为O. 01-1. O μ m。
6.根据权利要求3所述的洗涤方法，其特征在于膜洗涤系统和膜浓缩系统为防腐蚀耐酸的内衬PTFE结构。
7.根据权利要求3所述的洗涤方法，其特征在于设定偏钛酸洗涤膜分离系统和废酸回收膜分离系统中，采用恒速过滤时，膜装置压差超过O. 2MPa时开始反冲洗；采用恒压过滤时，膜装置通量下降至设定值时开始反冲洗，使用纯水作为反冲洗的物料。
8.根据权利要求3所述的洗涤方法，其特征在于反冲洗过程中的反冲压差为O.1-0. 5MPa。
9.根据权利要求3所述的洗涤方法，其特征在于在过滤过程中膜面流速设定为2-5m · s_\跨膜压差设定为O. 1-0. 3MPa。
10.根据权利要求3所述的洗涤方法，其特征在于在漂白工段，可用锌粉、铝粉、三价钦漂白。
全文摘要
本发明涉及一种应用于钛白粉洗涤管式膜装置及洗涤方法，其装置结构主要包括储罐、泵、膜分离系统、漂白釜等，所述装置采用复数级套洗方式，将后级清液用作于前级洗涤用水，所述装置包括膜浓缩系统和复数组膜洗涤系统，水解后的偏钛酸浆液直接进入膜浓缩系统除去大部分硫酸后，进入1号膜洗涤系统，加入水洗涤偏钛酸，当系统内Fe2+含量达到一定程度后，进入漂白釜漂白，漂白完成后进入2号膜洗涤系统继续加水洗涤，直至系统内Fe2+含量达到要求。本发明采用膜分离的方式，能够有效降低偏钛酸颗粒中杂质含量，提高钛白粉产品品质；固体颗粒截留率高，成本低，操作简单，耗水量低。
文档编号C01G23/047GK103043714SQ20121059226
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者杨积志, 李海波, 王鸣 申请人:上海安赐机械设备有限公司