一种新型硫酸法钛白粉水洗系统的制作方法

本实用新型涉及硫酸法钛白粉生产技术领域，具体涉及一种新型硫酸法钛白粉水洗系统。

背景技术：

钛白粉制造方法有两种：硫酸法和氯化法。中国的钛白粉工厂以硫酸法为主。硫酸法是将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛，经水解生成偏钛酸，再经煅烧、粉碎即得到钛白粉产品。此法可生产锐钛型和金红石型钛白粉。硫酸法能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料，技术较成熟，设备简单，防腐蚀材料易解决。

传统的硫酸法钛白粉水洗生产过程中，水洗工艺分为一洗、漂白、二洗三个阶段，二洗水套用至一洗，一洗水直接排放，洗涤水量大，洗涤流程长，洗涤效果差，药剂消耗大。同时，为了消除偏钛酸浆料中三价铁离子的影响，传统的生产工艺需要将水洗后偏钛酸滤饼打浆后加入浓硫酸和还原剂，把水洗过程中形成的三价铁离子还原为二价铁后，再进行第二次水洗将其去除。整个工艺流程长，操作繁琐。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种新型硫酸法钛白粉水洗工艺，能够简化硫酸法钛白粉的流程，操作简单。

本实用新型的另一个目的是提供一种新型硫酸法钛白粉水洗系统。

本实用新型提供的技术方案如下：

本实用新型提供了一种新型硫酸法钛白粉生产系统，其包括：

水解分相单元，其包括用于对水解料进行相分离处理的分相膜组件，得到偏钛酸浆料和液相洁净废酸；

浆料膜洗涤单元，其包括用于对所述偏钛酸浆料进行洗涤的洗涤膜组件；

洗水处理单元，其包括用于对所述浆料膜洗涤单元得到的洗涤后出水进行处理的洗水处理组件；

所述水解分相单元、所述浆料膜洗涤单元、所述洗水处理单元均为密闭结构。

进一步地，所述水解分相单元包括水解料分相槽、分相循环泵、分相膜组件，所述水解料分相槽和所述分相膜组件之间通过所述分相循环泵建立浆料循环；所述水解料分相槽的出口与所述分相循环泵的入口连通，所述分相循环泵的出口与所述分相膜组件连通，所述分相膜组件的浆料侧与所述水解料分相槽连通；

所述浆料膜洗涤单元包括洗脱槽、合格料槽、洗脱循环泵、合格料转料泵、洗脱进水泵、洗涤膜组件，所述洗脱槽的入口与所述水解料分相槽的另一出口连通，所述洗脱槽和所述洗涤膜组件之间通过所述洗脱循环泵建立浆料循环；所述洗脱槽的出口与所述洗脱循环泵的入口连通，所述洗脱循环泵的出口与所述洗涤膜组件连通，所述洗涤膜组件的浆料侧与所述洗脱槽连通。所述合格料槽的入口与所述洗脱槽的出口连通，所述合格料槽的出口与所述合格料转料泵连通。所述洗脱进水泵的出口与所述洗脱槽的入口连通，所述洗脱进水泵的进口与洗前水槽的出口连通；

所述洗水处理单元包括洗水处理进水泵、洗水处理组件、洗前水槽、洗后水槽，所述洗水处理进水泵的入口与所述洗后水槽出口连通，所述洗水处理进水泵的出口与所述洗水处理组件连通；所述洗前水槽的入口与所述洗水处理组件的清液侧连通；

进一步地，所述的新型硫酸法钛白粉生产系统还包括：

浆料制浆单元，其包括打浆槽和附属搅拌装置；所述打浆槽的入口与所述水解料分相槽的出口连通，所述打浆槽的出口与所述洗脱槽连通；所述附属搅拌装置设置于所述打浆槽内部；所述洗后水槽的出口同时还和所述打浆槽的入口连通。

所述水解料分相槽、打浆槽、洗脱槽、合格料槽、洗前水槽、洗后水槽、分相膜组件、洗涤膜组件、洗水处理组件均为密闭结构。

进一步地，所述洗前水槽的入口还与外部脱氧脱盐水口连通。

进一步地，所述分相膜组件和洗涤膜组件包括但不限定于管式十字流微滤膜；

进一步地，所述洗水处理组件包括但不限定于纳滤膜和反渗透膜；

进一步地，所述水解料分相槽和所述洗脱槽集成为一体；

进一步地，所述分相膜组件的废酸侧与废酸处理装置连接。

本实用新型提供的一种新型硫酸法钛白粉水洗系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本实用新型采用全封闭隔绝空气的生产方式，防止偏钛酸浆料中二价铁氧化为三价铁；更优地，还采用脱氧脱盐水进行打浆和水洗，也能够进一步防止铁离子的氧化，从而可以省去传统工艺的漂白还原过程，实现洗涤过程一次完成，比传统工艺流程更简洁、高效、节能环保。

2、本实用新型工艺的产品出料中杂质铁含量更低，无须添加漂白剂、硫酸等药剂再进行处理，节约流程，更为环保。

3、本实用新型的管式十字流微滤膜这种高效膜组件可以实现连续操作、自动化程度高，避免了管式过滤机、真空叶滤机、隔膜压滤机等设备低效、能耗高、占地大的弊端。

4、本实用新型使用高效膜组件，无粉体穿滤的风险，废酸无需进行粉体回收处理，可直接引入废酸处理装置，节省处理成本

5、本实用新型首次将纳滤膜水处理技术应用在钛白粉水洗回收上，产水回收率高、浓水排放量少，将洗水处理后的清液用于膜洗涤过程的注入水，实现了水洗水的循环利用，极大地降低了新鲜脱氧水的用量和外排废水量，减少了污水处理成本。

6、本实用新型的部分实施例还可以省去偏钛酸浆料制浆步骤，水解分相得到的偏钛酸浆料浓度已符合要求，可直接进行洗涤。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本申请的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型新型硫酸法钛白粉水洗系统一种实施例的使用流程示意图；

图2是本实用新型新型硫酸法钛白粉水洗系统另一种实施例的使用流程示意图；

图3是本实用新型新型硫酸法钛白粉水洗系统一种实施例的示意图；

图4是本实用新型新型硫酸法钛白粉水洗系统另一种实施例的示意图。

附图标记：

101-水解料分相槽；102-打浆槽；103-洗脱槽；104-合格料槽；105-洗前水槽；106-洗后水槽；201-分相循环泵；202-洗脱循环泵；203-合格料转料泵；204-洗脱进水泵；205-洗水处理进水泵；301-分相膜组件；302-洗涤膜组件；303-洗水处理组件。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

在本实用新型新型硫酸法钛白粉水洗工艺的实施例一中，生产工艺包括如下步骤：

水解料分相，将水解料进行相分离处理，得到偏钛酸浆料和液相洁净废酸；

浆料膜洗涤，将偏钛酸浆料进行水洗，去除偏钛酸浆料中的杂质铁离子；

洗水处理，将浆料膜洗涤得到的洗涤后出水进行处理，拦截杂质铁离子；

水解料分相、浆料膜洗涤及洗水处理均在密闭环境下进行。

在实施例一中，水解料为水解后得到的偏钛酸，将该水解料进行相分离，以得到偏钛酸浆料，同时得到液相洁净废酸。对偏钛酸浆料进行洗涤，以去除杂质铁离子。进一步地，对洗涤得到的洗涤后出水进行处理，以拦截杂质铁离子，满足洗水循环利用的要求。水解料分相、浆料膜洗涤及洗水处理均在全封闭隔绝空气的密闭环境下进行，可以有效防止偏钛酸浆料中的二价铁氧化为三价铁，从而可以省去传统工艺的漂白还原过程，实现洗涤过程一次完成，比传统工艺流程更简洁、高效、节能环保。

在本实用新型新型硫酸法钛白粉水洗工艺的实施例二中，在前述实施例一的基础上进行细化。在水解料分相的步骤中，通过分相膜组件对水解料进行相分离处理。在浆料膜洗涤步骤中，通过洗涤膜组件对偏钛酸浆料进行连续出水式的洗涤。分相膜组件和洗涤膜组件相较于现有的管式过滤机、真空叶滤机、隔膜压滤机等大型设备来说，这种高效膜组件过滤精度高，能耗低，占用空间小。优选地，分相膜组件和洗涤膜组件的核心部件为管式十字流微滤膜，且管式十字流微滤膜的精度为50-1000nm，耐温为≥50℃。

为防止膜组件发生堵塞，浆料在膜组件内流速为2～8m/s，浆料内液相在0.1～0.5MPa压差作用下透过膜，可通过循环泵实现流速和压差的控制。固相被拦截在浆料侧，该微滤膜可以实现偏钛酸粉体的有效拦截，膜产出清液浊度小于1NTU。

水解料分相步骤得到的偏钛酸浆料浓度为300～500g/L；浆料膜洗涤步骤得到的洗涤合格料的浆料浓度为150～350g/L，其中单质铁含量为10ppm以下。

在本实施例中，在洗水处理的步骤中，通过洗水处理组件将洗涤后出水进行处理；洗水处理组件包括纳滤膜和反渗透膜。洗水处理组件的核心元件由纳滤膜和反渗透膜组成，经处理后，清液中铁含量可达到2ppm以下。本实用新型首次将纳滤膜水处理技术应用在钛白粉水洗回收上，产水质量较高。优选地，将洗水处理得到的清液返回用于浆料膜洗涤的步骤中，作为主要的水源补充，从而洗水处理产水的回收率高、浓水排放量少，实现了水洗水的循环利用，极大地降低了新鲜脱氧水的用量和外排废水量，减少了污水处理成本。

本实施例通过惰性气体的密封实现密闭环境，密封压力为1-10KPa，可以极佳地隔绝氧气，杜绝对二价铁的氧化。进一步地，在浆料膜洗涤步骤中，由于还需补充少量新鲜水，考虑到对二价铁的氧化影响，补充新鲜水使用脱氧脱盐水，水温20-50℃。

现结合图1对本实用新型新型硫酸法钛白粉水洗工艺进行描述。首先向系统各浆料罐、水罐中通入惰性气体，排除空气，并在各设备放空口取样分析，含氧量合格后，系统准备进料。

(1)水解料引入，并通过高效膜组件进行分相，得到偏钛酸浆料和废酸。废酸直接送去废酸处理装置进行处理。

(2)偏钛酸浆料送入浆料膜洗涤单元。在浆料膜洗涤过程中，由洗前水槽持续向浆料膜洗涤过程补水，洗涤过程连续出水，并将出水汇集至洗后水槽。洗前水槽同时有少量脱氧脱盐水进行补充。最终得到满足要求的洗涤合格料。

(3)洗后水槽的水被送去进行洗水处理，得到的清液送回洗前水槽循环使用，洗水处理单元得到的浓水排出进行废水处理。

在本实用新型新型硫酸法钛白粉水洗工艺的实施例三中，在前述实施例二的基础上进行调整和优化。在所述水解料分相和所述浆料膜洗涤之间还包括：

偏钛酸浆料制浆，将水解料分相得到的偏钛酸浆料稀释打浆至预设浓度。该浓度可以为150～350g/L。且优选地，打浆所用水采用前述浆料膜洗涤过程产出的清液，将洗后水槽的清液引至打浆过程即可，节约用水量。

参照图2所示，新型硫酸法钛白粉水洗工艺包括以下步骤：

首先向系统(除泵体外的)各浆料罐、水罐中通入惰性气体，排除空气，并在各设备放空口取样分析，含氧量合格后，系统准备进料。

(1)水解料引入，并通过高效膜组件进行分相，得到偏钛酸浆料和废酸。废酸直接送去废酸处理装置进行处理。

(2)将水解分相得到的偏钛酸浆料稀释打浆至预设浓度。打浆用水由浆料膜洗涤过程中的洗后水槽提供。

(3)偏钛酸浆料送入浆料膜洗涤单元。在浆料膜洗涤过程中，由洗前水槽持续向浆料膜洗涤过程补水，洗涤过程连续出水，并将出水汇集至洗后水槽。洗前水槽同时有少量脱氧脱盐水进行补充。最终得到满足要求的洗涤合格料。

(4)洗后水槽的水被送去进行洗水处理，得到的清液送回洗前水槽循环使用，洗水处理单元得到的浓水排出进行废水处理。

本实用新型还提供了一种新型硫酸法钛白粉水洗系统。在该生产系统的实施例一中，包括：

水解分相单元，其包括用于对水解料进行相分离处理的分相膜组件，得到偏钛酸浆料和液相洁净废酸；

浆料膜洗涤单元，其包括用于对偏钛酸浆料进行洗涤的洗涤膜组件；

洗水处理单元，其包括用于对浆料膜洗涤单元得到的洗涤后出水进行处理的洗水处理组件；

水解分相单元、浆料膜洗涤单元、洗水处理单元均为密闭结构。

在本实施例中，分相膜组件和洗涤膜组件均是高效膜组件，可以实现连续操作、自动化程度高，避免了管式过滤机、真空叶滤机、隔膜压滤机等设备低效、能耗高、占地大的弊端。另外，密闭结构可通过通入惰性气体实现，能够有效避免二价铁被氧化为三价铁。

在生产系统的实施例二中，对前述的实施例一进行优化。具体地，水解分相单元包括水解料分相槽、分相循环泵、分相膜组件，水解料分相槽和分相膜组件之间通过分相循环泵建立浆料循环。浆料膜洗涤单元包括洗脱槽、洗脱循环泵、洗涤膜组件，洗脱槽的入口与水解料分相槽的出口连通，洗脱槽和洗涤膜组件之间通过洗脱循环泵建立浆料循环。洗水处理单元包括洗水处理进水泵、洗水处理组件，洗水处理进水泵的入口与洗涤膜组件的废液出口连通，洗水处理进水泵的出口与洗水处理组件连通。水解料分相槽、分相膜组件、洗脱槽、洗涤膜组件、洗水处理组件均为密闭结构。

进一步地，水解料分相槽的另一出口与分相循环泵的入口连通，分相循环泵的出口与分相膜组件连通，分相膜组件的浆料侧与水解料分相槽的入口连通；洗脱槽的出口与洗脱循环泵的入口连通，洗脱循环泵的出口与洗涤膜组件连通，洗涤膜组件的浆料侧与洗脱槽的入口连通。

进一步地，浆料膜洗涤单元还包括合格料槽、合格料转料泵；合格料槽的入口与洗脱槽的出口连通，合格料槽的出口与合格料转料泵连通。合格料槽用于存储合格料，并通过合格料转料泵将合格料送出。

进一步地，浆料膜洗涤单元还包括洗脱进水泵；洗水处理单元还包括洗前水槽和洗后水槽；洗前水槽的入口与洗水处理组件的清液侧连通，洗前水槽的出口与洗脱进水泵的入口连通，洗脱进水泵的出口与洗脱槽的入口连通；洗后水槽的入口与洗涤膜组件的废液侧连通，洗后水槽的出口与洗水处理进水泵连通。将洗水处理组件的清液引入洗前水槽循环使用，极大地节约了用水量。

由于洗前水槽的少量水需新鲜水补充，考虑到对二价铁的氧化影响，引入的新鲜水为脱氧脱盐水，因而，洗前水槽的入口还与外部脱氧脱盐水口连通。

进一步地，分相膜组件包括管式十字流微滤膜，洗涤膜组件包括管式十字流微滤膜。管式十字流微滤膜这种高效膜组件可以实现连续操作、自动化程度高，避免了管式过滤机、真空叶滤机、隔膜压滤机等设备低效、能耗高、占地大的弊端。

进一步地，洗水处理组件包括纳滤膜和反渗透膜。本实用新型首次将纳滤膜水处理技术应用在钛白粉水洗回收上，产水回收率高、浓水排放量少，将洗水处理后的清液用于膜洗涤过程的注入水，实现了水洗水的循环利用，极大地降低了新鲜脱氧水的用量和外排废水量，减少了污水处理成本。

进一步地，水解料分相槽和洗脱槽集成为一体，水解料分相结束后，浆料留在水解料分相槽中，可将水解料分相槽继续作为洗脱槽使用，进行洗涤过程。不用再单独设置洗脱槽。

进一步地，分相膜组件的废酸侧与废酸处理装置连接。由于使用了分相膜组件这种高效膜组件，无粉体穿滤的风险，废酸无需进行粉体回收处理，可直接引入废酸处理装置，节省处理成本。

图3为本实用新型硫酸法钛白粉生产系统的一种实施例的示意图，如图所示，生产系统包括水解分相单元、浆料膜洗涤单元、洗水处理单元。其中，水解分相单元包括：水解料分相槽101、分相循环泵201、分相膜组件301。浆料膜洗涤单元包括：洗脱槽103、洗脱循环泵202、洗涤膜组件302、合格料槽104、洗脱进水泵204、合格料转料泵203。洗水处理单元包括：洗前水槽105、洗后水槽106、洗水处理进水泵205、洗水处理组件303。

其中，分相膜组件301和洗涤膜组件302的核心元件是管式十字流微滤膜，分相膜组件301和洗涤膜组件302均是通过循环泵在膜组件与浆料槽之间建立浆料循环。洗水处理单元中洗水处理组件303的核心元件由纳滤膜和反渗透膜组成，经处理后，洗水处理单元产生的少量浓液引入废水处理车间，大量清液返回洗前水槽105循环利用。

在本实用新型生产系统的实施例三中，在前述实施例二的基础上进行补充。新型硫酸法钛白粉生产系统还包括浆料制浆单元，浆料制浆单元包括打浆槽和附属搅拌装置。打浆槽的入口与水解料分相槽的出口连通，打浆槽的出口与洗脱槽连通；附属搅拌装置设置于打浆槽内部。通过打浆槽和附属搅拌装置可以调整浆料的浓度，以满足后续洗涤过程的要求。

进一步地，打浆槽所用水由洗后水槽提供，进一步实现了水的循环利用。

图4为本实用新型硫酸法钛白粉生产系统的优选实施例的示意图，如图所示，生产系统包括水解分相单元、浆料膜洗涤单元、洗水处理单元。其中，水解分相单元包括：水解料分相槽101、分相循环泵201、分相膜组件301。浆料制浆单元包括：打浆槽102和附属搅拌装置。浆料膜洗涤单元包括：洗脱槽103、洗脱循环泵202、洗涤膜组件302、合格料槽104、洗脱进水泵204、合格料转料泵203。洗水处理单元包括：洗前水槽105、洗后水槽106、洗水处理进水泵205、洗水处理组件303。

其中，分相膜组件301和洗涤膜组件302的核心元件是管式十字流微滤膜，分相膜组件301和洗涤膜组件302均是通过循环泵在膜组件与浆料槽之间建立浆料循环，为防止膜组件发生堵塞，浆料在膜组件内流速为2～8m/s，浆料内液相在0.1～0.5MPa压差作用下透过膜，固相被拦截在浆料侧，该微滤膜精度50～1000nm，耐温≥50℃，可以有效实现偏钛酸粉体的拦截，膜产出清液浊度小于1NTU。

洗水处理单元中洗水处理组件303的核心元件由纳滤膜和反渗透膜组成，经纳滤膜和反渗透膜处理后，洗水处理单元产生的少量浓液引入废水处理车间，大量清液返回洗前水槽105循环利用，该清液中铁含量可达到2ppm以下。

在使用图4所示的新型硫酸法钛白粉水洗系统时，工艺主要包括如下步骤：

首先向系统中除了分相循环泵201、洗脱循环泵202、合格料转料泵203、洗脱进水泵204、洗水处理进水泵205以外的各罐体、槽体通入惰性气体。具体地，向水解料分相槽101、打浆槽102、洗脱槽103、合格料槽104、洗前水槽105、洗后水槽106、分相膜组件301、洗涤膜组件302、洗水处理组件303中通入惰性气体，排除空气，并在各设备放空口取样分析，含氧量合格后，系统准备进料。

水解合格料引入水解料分相槽101，经分相循环泵201，建立水解料分相槽101与分相膜组件301之间的浆料循环，同时分相膜组件301清液端连续产出洁净废酸，进而引入后续废酸处理装置；水解料分相槽101内浆料浓度达到设定值后，卸料至打浆槽102，开启搅拌，同时经洗水处理进水泵205，自洗后水槽106引酸性水至打浆槽102进行打浆；打浆槽102打浆完成后，卸料至洗脱槽103，经洗脱循环泵202，建立洗脱槽103与洗涤膜组件302之间的浆料循环，并持续产出清液至洗后水槽106，同时启动洗脱进水泵204，自洗前水槽105引水至洗脱槽103，保持洗脱槽103内浆料浓度不变，批次浆料洗涤合格后，洗脱槽103停止进水，洗涤膜组件302停止出水，洗脱槽103内的合格浆料卸料至合格料槽104，进而经由合格料转料泵203转出至下一工段；洗后水槽106内酸性水少量引入打浆槽102进行打浆，其余水经由洗水处理进水泵205引入洗水处理组件303，经处理后，产出少量浓液引入废水处理车间，产出大量清液返回洗前水槽105，循环用于洗脱单元的浆料洗涤；为保持系统水平衡，持续补充少量新鲜水至洗前水槽105。

其中，洗前水槽105所补充的新鲜水为脱氧脱盐水，水温20～50℃；系统中所涉及的分相膜组件、洗涤膜组件、浆料罐、水罐等均为密闭系统，全系统采用惰性气体进行密封，密封压力为1～10KPa。

在本实施例中，水解料分相单元得到的浆料浓度为300～500g/L；打浆后的浆料浓度为150～350g/L；洗涤合格料的浆料浓度为150～350g/L，其中单质铁含量可达到10ppm以下。

在本实用新型中，通过控制水解料分相单元的浆料浓度，可以取消偏钛酸浆料制浆步骤，将水解料分相槽和洗脱槽集成为一体，水解料分相结束后，浆料留在水解料分相槽中，可将水解料分相槽继续作为洗脱槽使用，进行洗涤过程。不用再单独设置洗脱槽。

以下列举一具体应用实施例：

首先向系统各浆料罐、水罐中通入惰性气体，排除空气，并在各设备放空口取样分析，含氧量合格后，系统准备进料。

浓度180g/L的水解料引入水解料分相槽101，控制分相循环泵201出口压力0.3MPa，建立浆料循环，分相膜组件301产出洁净废酸，废酸浊度0.8NTU，1h后，水解料分相槽101中浆料浓度达到400g/L，分相膜组件301停止出清液，水解料分相槽101中浆料依靠位差卸料至打浆槽102。开启搅拌，打开打浆槽102进水阀门，补水打浆持续15min，浆料浓度达到300g/L后，停止补水打浆。打浆槽102靠位差卸料至洗脱槽103，控制洗脱循环泵202出口压力0.5MPa，建立浆料循环，洗涤膜组件302产出清液至洗后水槽106，流量15m³/h，清液浊度0.5NTU，同时开启洗脱进水泵204向洗脱槽103补水，补水流量控制15m³/h，洗涤220min后，浆料取样进行检测，浆料中单质铁含量8.4ppm，认定水洗合格，洗脱槽103停止补水，洗涤膜组件302停止出清液，洗脱槽103中合格浆料靠位差换入合格料槽104，经由合格料转料泵203转出；在此期间，洗水处理单元持续运行，产出清液13.5m³/h，全部返回洗前水槽105，洗前水槽105补充新鲜脱氧脱盐水流量为1.5m³/h。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。