[发明专利]一种耦合化学脱水和多效蒸发浓缩的钛白稀酸浓缩工艺

说明书

本发明提供了一种耦合化学脱水和多效蒸发的钛白稀酸浓缩工艺。向稀酸中加入无水或一水硫酸亚铁，通过化学作用生成并析出硫酸亚铁水合物，产生化学脱水效应并带出水份，实现对钛白稀酸的预浓缩。预浓缩硫酸再通过三效蒸发浓缩至50wt％－80wt％。化学脱水过程中析出的硫酸亚铁水合物干燥脱水后循环使用。化学脱水过程不仅可以脱除稀酸中40％以上的水份，同时还让溶解在稀酸中的硫酸亚铁结晶析出，降低后续蒸发过程中的固体析出量。本发明通过化学脱水与多效蒸发的耦合，在大幅度降低直接蒸发浓缩过程能耗的同时，有效缓解了蒸发过程中的结垢现象。本发明工艺简单，操作温度低，设备投资少，腐蚀性弱，工艺操作性好。

技术领域

本发明属于化学工程领域，具体涉及一种耦合化学脱水和多效蒸发浓缩的钛白稀酸浓缩工艺。

背景技术

我国的钛白粉绝大部分采用硫酸法生产。在实际的硫酸法制备钛白粉的过程中，每生产1吨约钛白排放8吨浓度约20wt%左右的废酸。钛白废酸中含有大量的硫酸亚铁盐。如何有效得处理废酸，对硫酸法钛白的绿色可持续发展至关重要。目前最常用的方法是对废酸进行浓缩回收，其中蒸发浓缩是较成熟、工业应用较广泛的一种废酸浓缩技术，主要方法是对废硫酸进行加热，使水分蒸发，从而使硫酸浓度增加，根据不同等级的浓缩级数和蒸发强度可分别将20wt%的废酸浓缩至40 wt%~70wt %、甚至90wt %（王伟, 唐明林, 桑世华.钛精矿生产钛白粉废酸的回收技术研究[J]. 现代盐化工, 2017, 44(5):50-51.）。除了蒸发浓缩过程的腐蚀因素外，由于废酸含水量高、各组分间以氢键等紧密结合，导致浓缩过程需要巨大的能源消耗，运行成本巨大；另一方面由于在钛白稀酸中溶解有硫酸亚铁等杂质，在浓缩过程中，这些杂质会部分析出，导致蒸发浓缩设备结垢。从实际应用效果来看，现有的蒸发浓缩工艺至今没能完全解决换热器结垢的难题，因此硫酸亚铁盐的预脱除以及如何降低能耗至关重要。

国内外科技工作者一直致力于解决稀酸浓缩中高能耗和硫酸亚铁盐析出导致换热管结垢的问题。专利CN101157447A直接用浓硫酸将钛白废酸浓度调整至35wt~60wt%，然后静置，让亚铁盐充分结晶析出，最后过滤除渣，滤液送后续装置进行浓缩。该方法采用加入新鲜浓硫酸提高酸浓度的方法，将导致酸的累积，但除水量并未改变，最终使浓缩温度升高，能耗增大，腐蚀性增加。专利CN02113704.8公开的工艺将经过喷雾雾化的稀硫酸直接与热空气在干燥浓缩塔中进行逆流接触实现蒸发浓缩，沉淀析出的杂质随着浓缩料液从塔底排出，料液经过冷却器换热降温后再进压滤机进行固液分离。该发明采用直接加热的方式仅仅解决了现有蒸发浓缩设备中换热器结垢及堵塞问题，但未从根本上解决高能耗和沉淀析出的问题：杂质在随着浓缩料液排出时，仍易在浓缩塔底管道以及冷却器中沉淀堆积，同时还可能带来气体中夹带酸雾的处理问题。

发明内容

本发明是在我们的最新发明CN201811241473.5《一种利用相平衡原理通过生成结晶水合物进行钛白废酸浓缩的工艺》的基础上，进一步深化创新提炼出来的。本发明的目的是通过将化学脱水技术与传统多效蒸发浓缩技术相结合，提供一种低能耗的钛白废酸浓缩工艺，既能有效降低能耗，又能消除浓缩过程中硫酸亚铁盐析出导致的工艺操作性不好的问题。本发明首先采用化学脱水技术将钛白废酸浓度由20wt%左右提高到30wt%~45wt%，再将预浓缩后的硫酸通过三效蒸发浓缩，使其达到需要的浓度。