东华理工大学毕业设计（论文） 酸解法钛白粉生产工艺流程设计及主要工段介绍
的速度，当晶种钛液放完后，升温到96 ℃熟化，并及时取样分析晶种的稳定性，当晶种的稳定性达到指标要求时，及时快速放入浓钛液预热槽，此时浓钛液预热槽的钛液已经达到96 ℃，晶种放完后搅拌10-20 min，再放入水解反应槽并开启水解反应槽搅拌桨，放料结束后，开启水解反应槽蒸汽阀门加热升温，到第一次沸腾时间为20-35 min，变色后停搅拌30 min，开启水解反应槽蒸汽阀门加热升温，到第二次沸腾时间为15-20 min，在保温3 h，关闭蒸汽阀门，水解反应结束。 2 水解工段工艺流程示意图
蒸汽 蒸汽
晶种碱液
浓钛液 钛液贮槽 晶种钛液 晶种钛液贮槽 晶种碱液贮槽 钛液预热槽 水解反应槽 晶种罐 蒸汽
换热器 去偏钛酸贮槽
图2.5 水解工段工艺流程图
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第3章 酸解法生产钛白粉的工艺计算
3.1 物料衡算
本设计是年产量为5万吨钛白粉，全年365天。
正常放假时间：劳动节3天、国庆节7天、春节7天、端午节2天、中秋2天、清明2天、元旦2天，技术改造及设备维修与维护工30 天。
总休息：3+7+2+2+2+2+7+40=55天/年 正常上班时间：310天/年
本设计为年产五万吨，工厂分三班倒，每班一批，平均每批可生产53.76吨钛白粉。
3.1.1 原料计算(以生产1吨100 %TiO2计) (1) 钛铁矿粉的组成
表3-1 钛铁矿组成表(%,质量百分比)
TiO2 47
FeO 34.27
Fe2O3 5.85
MnO 0.65
MgO 6.12
SiO2 0.8
Al2O3 0.8
CaO 0.75
其它 3.76
(2) 生产一吨钛白粉消耗原料量
表3-2 工艺条件控制参数表
工艺条件控制项目
钛铁矿与硫酸(以100%H2SO4计)的配比
酸解率为 稀释前硫酸浓度 稀释后硫酸浓度 氧化锑(98 %Sb2O3)加量 硫化亚铁(FeS﹥70 %)加量 铁屑(Fe﹥85 %)加量 废酸浓度 钛液组成
工艺参数 1.0:1.52 97 % 92 % 84.5 %
为矿粉量的0.2 % 为矿粉量的0.4 % 为矿粉量的3 %
65 %
TiO2浓度为150 g/L，三价钛离子含量为3
g/L，稳定性≥400
总收率
85 %
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(3) 生产1吨钛白粉，理论上需矿粉中含有TiO2的量为1吨
故理论需矿量= 1/47 % = 2.128 t 则实际需矿量为：2.128/85 % = 2.5 t
(4) 酸解反应使用的92 %的硫酸是由废酸(8%硫酸)来稀释浓硫酸至(84.5 %)的。生产一吨钛白粉需要100 %硫酸2500×1.52＝3800 [kg/t]。按酸解时配成84.5 %硫酸，
则其量为：
G =3800/84.5 % = 4497 [kg/t]
其中：G硫酸= 3800 [kg/t] G水 = 697 [kg/t]
假定：92 %硫酸用量为GA kg，废酸 (8 %硫酸)用量为GB kg，则：
92%GA＋8 %GB=3800 [kg/t] GA + GB =4497 [kg/t]
解上述联立方程式得：GA =4095.52 [kg/t] GB=401.48 [kg/t]
其中: GA硫酸=4095.52×92 %＝3767.88 [kg/t] GA水=327.64 [kg/t]
GB废酸 =401.48×8 %＝32.12 [kg/t] GB水 =369.36 [kg/t]
加入的硫酸里含有质量浓度为100 %的硫酸为3800 [kg/t] 含水量为697 [kg/t]
3.1.2 沉降过程物料衡算
（1） 通过到江西添光钛白粉公司考察，得到的添光钛白厂的参考生产数据如下：
（年产5万吨的酸解法生产工艺，以生产一吨的钛白粉来计算）
表3-3 酸解罐的物料平衡表
进料
物质 质量kg/t 钛铁矿粉 2500 H2SO4 (以100%计) 3800 H2O 697 Sb2O3 5
合计 7002
出料
物质 质量kg/t 硫酸盐 4977.8 残渣 185.68 H2O 25 H2SO4 (以100 %计) 531.9 水蒸气 1272.2 合计 6992.58
注：综合各种误差，可认为酸解反应进出料守恒
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表3-4 浸取还原的物料平衡表 进料
物质 质量 /t 固相物 4977.8 自来水 6382 废酸 531.9 残渣 185.68 废水 25 铁屑 75
合计 12177.38
出料
物质 质量 /t TiOSO4 2206.23 Ti2(SO4)3 91.34 FeSO4 2194.93
CaSO4 44.17 Mg SO4 445.22 MnSO4 33.99 Al2(SO4)3 65.05 Sb2(SO4)3 8.92 H2O 6414.62 H2SO4 486.21 残渣 194.39 合计 12176.36
（2) 沉降过程的计算
絮凝剂硫化铁与硫酸反应时：FeS+ H2SO4→FeSO4＋H2S↑ m硫酸=(2500×97%×0.4%×98)/88＝10.8 [kg/t]
m硫酸亚铁=(2500×97%×0.4%×152)/88＝16.75 [kg/t] m硫化氢=3.75[kg/t]
以下列反应式计算需要的硫化氢的量：
Sb2(SO4)3 + 3H2S→Sb2S3↓+ 3H2SO4
m硫化氢(1)=(8.92×34×3)/532=1.71 [kg/t] m硫化锑=5.7 [kg/t] m硫酸=4.83 [kg/t]
多余的硫化氢量为： m硫化氢－m硫化氢(1)=3.75-1.71＝2.04 [kg/t] FeS的残渣=2500×0.4 %×3 %=0.3 [kg/t]
由于絮凝剂不参与化学反应，只起絮凝的物理作用，它的量前后不发生变化。反应会有部分部分硫化亚铁进入残渣。
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G残渣=166.28+8.71+0.3= 175.29 [kg/t]
本设计采用的沉降率为99%，故而有175.29×99 %=173.54 [kg/t]留在沉降罐内,另有1.75 [kg/t]进入下一工序。 沉降过程物料平衡表如下3-5 ：
表3-5 沉降过程的物料平衡表
进料
物质 质量/t 硫酸盐 水 硫酸 残渣 硫化亚铁 合计
进料
物质 质量/ [kg/t] TiOSO4 2206.23 Ti2(SO4)3 91.34 FeSO4 2211.67 CaSO4 44.17 MgSO4 445.22 MnSO4 33.99 Al2(SO4)3 65.05 H2O 6414.62 H2SO4 480.24 残渣 1.75
合计 11994.29
5089.85 6414.62 486.21 174.99 10 12175.67
出料
物质 质量/t 硫酸 硫酸盐 逸出硫化氢 残渣+硫化梯
水 合计
486.21-10.8+4.83=480.24 5089.85+16.75-8.92=5097.68
2.04
175.29+5.7=180.99
6414.62 12175.57
表3-6 结晶过程的物料衡算表
出料
物质 质量/ [kg/t] TiOSO4 2206.23 Ti2(SO4)3 91.34 FeSO4 11.05 CaSO4 44.17 MgSO4 445.22 MnSO4 33.99 Al2(SO4)3 65.05 H2O 4590.43 H2SO4 480.24 残渣 1.75 绿矾 4024.80 合计 11994.27
3.1.3 结晶过程的物料衡算
钛液中总铁含量和总TiO2含量之比称为铁钛比：
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年产5万吨硫酸法钛白粉(金红石型)生产工艺设计
