[发明专利]回收利用硫酸法钛白废酸生产浓硫酸的方法及其装置

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种硫酸法钛白废酸的回收利用方法，具体涉及一种用硫酸法钛白副产稀废酸生成浓硫酸的方法，还包括采用该方法生产浓硫酸的装置。

背景技术

钛白粉是一种重要的无机化工原料，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、陶瓷、电焊条、化妆品、食品以及电子产品的生产，2006年，全世界的年产量超过500万吨。中国是钛白粉生产和消费大国，年生产和消费量都在100万吨左右。钛白粉的生产技术通常有硫酸法和氯化法，两种方法在全世界的生产能力各占约50％。硫酸法钛白技术成熟，原料易得且适应性强，中国绝大部分的钛白生产采用硫酸法，但硫酸法钛白生产过程中产出的含大量杂质的稀硫酸难以大量经济有效回收利用，且环保处理难度大，一直限制着硫酸法钛白的发展。目前的废酸利用主要有以下两类：

第一类，也是目前主要使用的是将稀废酸用于生产湿法磷酸、硫酸法钛白等产品。稀废酸直接用于上述生产领域虽然有所报道，如专利：ZL03125193.5“一种钛白废酸生产普钙的方法”，ZL93118849.0“除去硫酸法钛白生产中废酸、废渣的方法”生产肥料，以及将钛白稀废酸用于钛白生产过程的酸解工序，代替酸解引发水或代替后续的固相物浸取水，但在上述过程中稀废酸的用途都非常有限、用量也非常小，仅有少量稀废酸能参与回收利用，大部分稀废酸依然无法通过上述过程被消耗掉。

考虑到在本领域工业生产中主要需求的是浓硫酸，而非稀硫酸，因此要解决稀废酸的使用问题，就要解决如何经济有效的将含有大量杂质(如铁、铝等)的稀废酸转化为浓硫酸的问题，即第二类使用方式。

目前，大部分的硫酸法钛白厂为了将稀废酸转化为浓硫酸，主要是通过浓缩法去掉稀废酸中的水，从而获得浓度较高的硫酸。在喷雾浓缩中，稀硫酸与几百度的高温热气逆流接触进行瞬间蒸发浓缩反应从而脱水，这种方法在加入高温蒸汽的过程中需要耗费大量能源来加热气体，相关专利参见ZL200510019017.2“硫酸法钛白粉生产中废酸浓缩回收利用的工业化方法”等。而且，上述对钛白稀废酸进行浓缩除杂的专利都涉及大量的设备投资，浓缩过程中能源消耗极高，废酸回收成本高昂；并且稀废酸中的水在浓缩过程中被脱去后成为蒸汽，无法继续回收利用，因此也造成了极大浪费。最重要的是，浓缩后的废酸制成浓硫酸的浓度较低，一般不到75％，在加大成本投入后最多达到的极值也不可能超过90％，这使回收酸的使用范围和使用量受到限制。

长期以来，硫酸法钛白生产过程中产出的稀废酸的回收利用，一直是限制硫酸法钛白发展的瓶颈；同时，硫酸法钛白生产企业由于需用大量硫酸，往往配备有硫酸生产装置。在一般专业硫酸生产厂中，制造浓硫酸不使用废酸，而是采用98％的纯净浓硫酸作吸收剂在吸收塔中吸收SO₃，因此，须向98％硫酸吸收塔循环槽中加水，以保持吸收塔酸浓恒定，成品酸由塔的循环系统引出。每生产1吨98％的硫酸需要0.2吨水和0.8吨SO₃。由于含SO₃的炉气中夹带有一定的水分(主要来自空气)，在硫酸吸收系统中每生产1吨98％硫酸需要补充0.1-0.15吨新鲜水，这种补充水的消耗量较大。而且，硫酸生产厂在这套系统中不会使用稀废酸，因为当废酸进入吸收塔后，废酸中的杂质会引起吸收塔的堵塞，导致停产。

发明内容

本发明的方法利用硫酸法钛白配套的硫酸生产装置回收稀废酸，利用钛白法稀废酸取代补充水生成浓硫酸，无需浓缩等脱水装置就能生产高浓度的浓硫酸。既回收利用了硫酸法钛白的稀废酸中的酸和水，达到环保和资源再循环利用的目的，又能使工艺简单，降低回收利用成本和总投资费用。

本发明的创新思路关键是将钛白废酸引入硫酸生产装置的吸收系统，代替补充水吸收SO₃，从而打通废酸生产浓硫酸的流程。该方法无需浓缩等耗能脱水装置就使废酸转化为高浓度的浓硫酸，既回收利用了硫酸法钛白的稀废酸中的酸和水，达到环保和资源再循环利用的目的，又能使工艺简单，整个过程的运行能耗很低，降低回收利用成本和投资费用。

本发明的回收利用硫酸法钛白废酸生产浓硫酸的方法，包括如下步骤：

第一步，先将浓度高于混配酸要求的最低浓度的较高浓度的浓硫酸，和钛白装置的稀废酸进行混配预提浓，并将混配后的酸冷却到55℃以下，将混配酸的浓度提高到45％或以上；在此浓度和温度下，通过沉淀，利用大部分钛白废酸杂质(如铁、铝等)在硫酸中随酸浓的提高溶解度降低的原理，将来自稀废酸的大部分杂质沉淀析出，