赵桂萍 牟明
遵宝钛业有限公司 贵州遵义 563200
摘要：随着钛白粉行业的快速发展，硫酸生产工艺对分离设备的要求也越来越高。为适应市场需求，公司开发了新型LWLC450×1250螺旋卸料沉降过滤离心机，并将其应用于硫酸法生产二氧化钛。结果表明：离心机分离出的液相中总钛含量大于160 g / L，固体中钛的质量分数小于0.41％，大大提高了钛液的质量和收率，节约能源，降低消耗，改善工作环境，钛白粉行业是理想的分离设备。
关键词：离心机;二氧化钛;硫酸亚铁节能
目前国内外二氧化钛的生产工艺主要是硫酸法和氯化法。副产品硫酸亚铁与硫酸法生产的黑钛液在生产过程中的分离技术在整个工艺流程中起着非常重要的作用。在生产过程中，通常通过冷冻结晶和真空结晶得到硫酸亚铁晶体，经过钛溶液结晶后，硫酸亚铁以七水硫酸亚铁的形式存在。冷冻结晶法是利用冷冻机冷冻系统将盐水冷却作为载体，通过黑钛液罐冷冻铜（钛）盘管，使钛溶液间接在搅拌温度下降，硫酸亚铁达到饱和结晶。冷冻结晶缓慢冷却速率，晶体长时间生长，搅拌强度低，所得硫酸亚铁颗粒的粒径可达0.2?0.6mm，甚至更大;真空结晶法以蒸汽为动力，通过蒸汽喷嘴高速喷射，使晶体罐内产生真空，黑钛液体在真空状态下蒸发，温度降低，随着真空度的增加在结晶槽内，黑钛液体温度继续下降，使硫酸亚铁达到过饱和结晶。真空冷却结晶速度快，晶体生长时间短，搅拌剧烈，所得硫酸亚铁的粒径较小，一般为0.08?0.2毫米。
1 国内外钛白粉行业分离设备的使用情况
目前，国内外钛白粉生产硫酸亚铁和黑钛液分离设备有：真空吸滤器，真空盘式过滤器，活塞推离心机，虹吸刮刀卸料离心机。
1.1真空吸滤器
真空吸滤器真空真空是由固液分离设备驱动，分为间歇操作和连续操作两种。前者可过滤不同浓度的悬浮液，适用于过滤含有浓稠悬浮液的厚固体颗粒。但真空吸滤器由于面积大，真空能耗大，劳动强度大，耗水量多，冲洗水量大，后续加浓的负担，无法实现连续作业等缺点正在逐步被行业所淘汰。
1.2真空盘式过滤器
二氧化钛工业采用真空盘式过滤器作为卧式，属于连续式真空过滤装置，目前被广泛使用。真空盘式过滤器的缺点是分离池中的硫酸亚铁层较厚，必须使用大量的洗涤水才能大大降低分离后钛液的浓度，从而增加后续浓缩的负担;而且，设备占地面积大，安装精度要求高，在生产经营控制中，如果操作不规范容易导致残留硫酸亚铁增加，影响成品率，造成很大的浪费。而真空盘式过滤器是开放式的设备，而悬浮液是含硫酸盐的酸性物质，对工作场所的气溶胶污染程度高，对操作者的健康有很大的危害。
1.3卧式活塞推离心机
卧式活塞式进料离心机是一种连续进料，脉动离心式离心机，该装置对悬浮液浓度的变化敏感，要求悬浮液中固体含量应大于30％，最好控制在40％?60％使用时需要在前面加增稠剂来增加钛液的固含量，另外运行后的机器运行的小颗粒更多。目前该设备主要用于冷冻结晶法分离硫酸亚铁，不适用于真空结晶法生产的硫酸亚铁。
1.4虹吸式刮刀卸料离心机
虹吸式刮刀卸料离心机在分离硫酸亚铁时，由于虹吸口，刮刀与物料相对运动反向，所以磨损非常厉害，尤其是当钛矿石含硫量高时，酸腐蚀严重，虹吸嘴，刮板物料要求非常高，造成运营成本较高;另外当物料性质发生变化时，硫酸亚铁的脱水挥发度就越大，脱落的液体越差，离心机振动，维护费用越高。
2 新型LWLC450×1250 螺旋卸料沉降-过滤离心机的开发
根据结晶材料的特点和国内外离心机的使用情况，开发了一种新型的LWLC450×1250型螺旋卸料沉降 - 过滤离心机（以下简称“新型离心机”），以提高残余钛的回收率减少硫酸亚铁后续钛精矿蒸气消耗，改善工作环境，减轻劳动强度。
2.1新型离心机的基本结构和工作原理
新型离心机的工作原理：启动主，副电机，由转鼓和螺旋体组成的转动体平稳加速，达到额定转速r1和r2，由于差速器的作用，使螺旋产生主导鼓稳定的差速△r，为了达到螺杆卸料的功能，悬浮物通过进料管进入螺旋体加速料斗加速，由于离心力较强，物料均匀分布在鼓腔内，附着在鼓壁（外）上的材料的密度越小，材料的密度越趋于集中在中间部分（内部），形成两相或多相分层。此时，固相被螺旋叶片推到过滤段的转鼓进行二次离心脱水，固相从固相出口排出，分离后的澄清液从沉淀中的第一液相出口排出过滤段从第二液相出口通过过滤器的孔排出，完成整个脱水过程;但固体小颗粒也会通过筛网间隙进入第二液相，从管道进入上游冷冻结晶，机器分离，解决固相渗漏问题;同时为了解决物料冲洗的问题，还设计了一种复合清洗进料结构，使残留在固相中的有效成分大大减少。
离心机自动控制系统采用PLC电气控制，其中双频调速采用普通直流母线连接方式，使主电机采用副电机反馈给主电机的能量回馈给主电机，从而达到机器的能量节省电力，至少可节省30％的电力消耗。
2.2新型离心机的实际应用
在山东东嘉集团生产二氧化钛的过程中，采用新型离心机分离硫酸亚铁和黑钛白粉。样品采样后的质量指标见表1。
表1 新型离心机取样指标
新型离心机与18 m2 真空圆盘过滤机各项指标比较见表2。
表2 新型离心机与18m2真空圆盘过滤机参数与分离指标对比
从表2可以看出，新型离心机分离出的混合液相的总钛含量比真空盘式过滤器高11.7克/升。按0.78蒸发系数计算，换算成纯钛1t，蒸汽消耗量为0.625 2 t，按蒸汽计算180元/ t，则在相同条件下蒸汽消耗可节约112.54元。
从表2可以看出，分离出的硫酸亚铁中钛的质量分数比真空盘式过滤器低了0.39％。据1 t纯钛硫酸亚铁2.3 t米，生产1 t纯钛可再循环8.97 kg纯钛;那么钛10 500元/吨的基础上，同样的条件可以增加收入94.185元。根据实际加工耗电量计算：生产纯钛1t，真空盘式过滤器能耗为34.6kW·h，而新型离心机采用双频共用直流母线调速系统，能耗22.137kW· h，节能12.463 kW·h。按企业上网电价0.7元/（kW·h）计算，纯钛生产1t可节电8.72元。
3结论
根据以上应用效果分析，仅用LWLC4502×1250螺旋卸料沉降 - 过滤离心机从硫酸亚铁溶液中回收钛液，只能生产1吨纯钛，钛的浓度液体和耗电量创造了约215.45元的企业效益。目前，新型离心机能够满足年产1万吨钛的需求，可创造约215.45万元/ a的效益。而且该设备具有连续进料，自动排料，结构紧凑，占地面积小，操作维修方便等特点，有利于钛白粉行业的推广应用。
参考文献
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[3]施震荣.工业离心机选用手册[M].北京：化学工业出版社，1999.
论文作者:赵桂萍,牟明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/28
标签：离心机论文; 硫酸亚铁论文; 卸料论文; 真空论文; 结晶论文; 过滤器论文; 悬浮液论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;