年产10万吨金红石型钛白粉工厂设计

目录

一 总论 ....................................................................................................................... 1

1.1项目名称 ........................................................................................................... 1 1.2项目背景 ........................................................................................................... 1 1.3拟建地点 ........................................................................................................... 1 1.4技术指标 ........................................................................................................... 1 1.5建设年限 ........................................................................................................... 2 1.6建设内容与规模与方案 ................................................................................... 2

1.6.1建设内容及规模 ...................................................................................................... 2

1.6.2产品方案 .................................................................................................................. 2

二 可行性分析 ........................................................................................... 3

2.1项目行业分析 ................................................................................................... 3

2.1.1国外现状 .................................................................................................................. 3 2.1.2 国内现状 ................................................................................................................. 4 2.1.3 国家新经济政策 ..................................................................................................... 6 2.1.4发展问题 .................................................................................................................. 7 2.1.5发展趋势 .................................................................................................................. 8

2.2 生产规模、产品方案和质量指标 ................................................................ 10

2.2.1 技术方案 ............................................................................................................... 10 2.2.2 经济规模确定 ....................................................................................................... 10 2.2.3产品方案的选择 .................................................................................................... 11 2.2.4 产品方案 ............................................................................................................... 11 2.2.5产品质量指标 ........................................................................................................ 11

2.3工艺技术方案 ................................................................................................. 12

2.3.1原料路线的选择 .................................................................................................... 12

2.3.2国内外钛白工艺技术概况 .................................................................................... 12 2.3.3工艺方案的确定 .................................................................................................... 13 2.3.4工艺技术的特点 .................................................................................................... 13

2.4 硫酸法钛白粉生产工艺介绍 ........................................................................ 14

2.4.1原矿的准备 ............................................................................................................ 14

2.4.2 酸解 ....................................................................................................................... 14 2.4.3水解 ........................................................................................................................ 15 2.4.4 偏钛酸的煅烧 ....................................................................................................... 15 2.4.5废酸的回收利用和尾气的处理 ............................................................................ 15

2.5经济效益分析 ................................................................................................. 16

2.5.1 产品成本和费用估算 ........................................................................................... 16

2.5.2 财务评价 ............................................................................................................... 16

2.6结论 ................................................................................................................. 18

三 酸解法钛白粉生产工艺流程设计及主要工段介绍 ........................ 19

3.1 反应原理 ........................................................................................................ 19 3.2工艺流程简图 ................................................................................................. 19

3.3硫酸法钛白工艺流程 ..................................................................................... 20 3.4 尾气的利用 ................................................................................................... 27

3.5 硫酸亚铁的综合利用 .................................................................................... 27 3.6 废酸的综合利用 .......................................................................................... 27 3.7 废渣的处理 .................................................................................................. 28

四 物料及能量衡算 .............................................................................. 28

4.1钛铁矿组成 ..................................................................................................... 29 4.2工艺条件控制参数 ......................................................................................... 29 4.3.物料计算 ......................................................................................................... 29

4.3.1钛铁矿计算 ............................................................................................................ 29

4.3.2酸量计算 ................................................................................................................ 30 4.3.3 沉降过程物料衡算 ............................................................................................... 30 4.3.4沉降过程的计算 .................................................................................................... 31 4.3.5 结晶过程的物料衡算 ........................................................................................... 32 4.3.6 浓缩过程物料衡算 ............................................................................................... 33 4.3.7 水解过程中的物料衡算 ....................................................................................... 33

4.4 能量计算 ........................................................................................................ 34

4.4.2 预热需要的热量 ................................................................................................... 34

4.4.3第一次升温需要的热量 ........................................................................................ 35 4.4.4 第二次升温需要的热量 ....................................................................................... 35 4.4.5保压沸腾时需要的热量 ........................................................................................ 35 4.4.6 需要的饱和蒸汽量 ............................................................................................... 35 4.4.7水解能量衡算表 .................................................................................................... 36

五 设备选型 ................................................................................................................ 37

5.1球磨系统的选择 ............................................................................................. 37 5.2酸解罐的选择 ................................................................................................. 37 5.3沉降池的选择 ................................................................................................. 38 5.4浓缩器的选择 ................................................................................................. 38 5.5板框压滤机选择 ............................................................................................. 38 5.6工程主要设备配置一览表 ............................................................................. 38 5.7其他设备一览表 ............................................................................................. 39 六 厂区自动控制 ........................................................................................................ 40 6.1自动控制方案 ................................................................................................ 40

6.1.1设计范围 ................................................................................................................ 40 6.1.2自控水平 ................................................................................................................ 40

6.1.3主要控制方案 ........................................................................................................ 40 6.1.4 信号报警和联锁系统 ........................................................................................... 41 6.1.5仪表电源 ................................................................................................................ 41

6.2仪表类型的确定 ............................................................................................. 42 6.3主要关键仪表 ................................................................................................. 42

6.3.1设备选择的依据 .................................................................................................... 42

6.3.2设备选择的原则 .................................................................................................... 43

七 辅助工段装置内容和生产规模 ........................................................ 44

7.1生产辅助装置内容 ......................................................................................... 44

7.2生产规模 ......................................................................................................... 44 8.1空压站 ............................................................................................................. 45

8.1.2设计依据 ................................................................................................................ 45

8.1.3执行标准 ................................................................................................................ 45 8.1.4压缩空气用量与品质 ............................................................................................ 45 8.1.5技术方案及主要设备选型 .................................................................................... 45 8.1.6工艺流程 ................................................................................................................ 46

8.2循环水站 ......................................................................................................... 46 8.3脱盐水站 ......................................................................................................... 46 8.3.1设计依据及原始资料 ........................................................................................... 46

8.3.2系统出力的确定 .................................................................................................... 47

8.3.3系统拟定及设备、管材选型 ................................................................................ 47 8.3.4 设备、管材选择 ................................................................................................... 48

8.4污水处理站 ..................................................................................................... 48

九 原材料和燃料来源 ............................................................................ 50

9.1原料供应 ......................................................................................................... 50

9.1.1主要原料的品种、规格、年需用量、来源及运输条件 .................................... 50

9.2主要原材料、燃料供应规划 ......................................................................... 50

9.2.1钛铁矿 .................................................................................................................... 50 9.2.2硫酸 ........................................................................................................................ 51 9.2.3煤气 ........................................................................................................................ 51

十 厂址选择、土建及运输 .................................................................... 52

10.1厂址选择因素 ............................................................................................... 52 10.2厂址选择 ....................................................................................................... 52 10.3土建 ............................................................................................................... 54

10.3.1土建工程方案的选择和原则的确定 .................................................................. 54

10.3.2结构型式的确定 .................................................................................................. 54

10.4 总建筑面积 .................................................................................................. 55 10.5运输 ............................................................................................................... 55

10.5.1总平面布置的原则 .............................................................................................. 55 10.5.2功能划分及工厂组成 .......................................................................................... 55

10.5.3竖向布置原则及工程的土石方工程量 .............................................................. 56 10.5.4总图布置方案的比较及推荐意见 ...................................................................... 56

10.6 厂区平面布置图 .......................................................................................... 57

十一 工厂给排水..................................................................................... 58

11.1给水水源 ......................................................................................................................... 58

11.1.1厂区给水系统 ...................................................................................................... 58 11.2工厂排水 ......................................................................................................................... 59

十二 供电及电讯..................................................................................... 60

12.1 概述 .............................................................................................................. 60

12.1.1设计范围 .............................................................................................................. 60

12.2.2设计标准 .............................................................................................................. 60

12.2 全厂供电 ...................................................................................................... 61

12.2.1 全厂供电计算负荷及负荷等级 ......................................................................... 61

12.2.2供电电源选择原因 .............................................................................................. 61

十三 环境保护及三废处理 .................................................................... 62

13.1厂址与环境现状 ........................................................................................... 62 13.2执行的环境质量标准及排放标准 ............................................................... 62

13.2.1环境质量标准 ...................................................................................................... 62 13.2.2环境排放标准 ...................................................................................................... 62 13.2.3 本工程采用的污染物排放标准值 ..................................................................... 63

13.3设计中采取的处理措施及预计效果 ........................................................... 64

13.3.1废气治理 .............................................................................................................. 64

13.3.2 废水治理 ............................................................................................................. 64 13.3.3废渣治理 .............................................................................................................. 66

13.3.4噪声治理 .............................................................................................................. 67

13.3.5综合利用 .............................................................................................................. 68

13.4发展要求 ....................................................................................................... 68 13.5预期达到的效果 ........................................................................................... 69

十四 工厂组织劳动定员和员工福利 .................................................. 70

14.1工厂体制和组织机构 ................................................................................... 70 14.2生产班制及定员 ........................................................................................... 70 14.3 人员来源 ...................................................................................................... 70 14.4 福利及工资待遇 .......................................................................................... 71

14.4.1 福利待遇 ............................................................................................................. 71

14.4.2 工资待遇 ............................................................................................................. 71

十五 劳动保护与安全卫生 .................................................................... 72

15.1设计依据 ....................................................................................................... 72 15.2建设项目生产过程中职业危害因素的分析 ............................................... 72 15.3劳动保护设计中采用的主要防范措施 ....................................................... 73

15.3.1 建筑及场地布置 ................................................................................................. 73 15.3.2对生产过程中的危害因素的防范措施 .............................................................. 74

15.4预期效果评价 ............................................................................................... 75 15.5消防专篇 ....................................................................................................... 76

15.5.1设计依据 .............................................................................................................. 76

15.5.2工程概况及其火灾危险性 .................................................................................. 76 15.5.3消防设施和措施 .................................................................................................. 76 15.5.4安全可靠性评述 .................................................................................................. 77

一、总论

1.1项目名称

年产10万吨硫酸法金红石型钛白粉。

1.2项目背景

我国钛资源现居世界之首，占世界已可采储量的64%左右。储量约占世界钛储量的48%。而我攀攀枝花贵为钒钛之都，攀西地区钒钛资源位全国第一，是一个巨大的钛聚宝盆，已探明钒钛磁铁矿约1090t，二氧化钛储量970t。其钛储量占全国钛资源储量的90.5%，占世界的35%，钒居全国第一位。原矿平均品位TiO2含量为5%。

基于《攀枝花市“十一五”钒钛产业规划》纲要，提出攀枝花要根据世界钒钛技术与产业发展趋势，立足于钒钛资源优势、研发能力和产业基础，结合国家产业政策，进一步确立钒钛产业为重要支柱产业和今后经济建设重点，通过开发、应用和引进国内外钒钛领域的先进科技成果；通过做大做强、积极参与国际竞争来不断促进钒钛龙头企业的升级；通过扩大开放和加强国际合作，培育多种所有制形式的企业群体，使攀枝花钒钛经济总量达到更大规模。结合攀枝花发展钒钛产业得天独厚的资源优势、技术优势以及较强的研究开发能力和雄厚的钒钛产业基础，我们提出在攀西地区选址建设一个年产10万吨的硫酸法金红石钛白粉厂。以此大力推进技术创新体系建设，提高钒钛产业自主创新能力，不断增强钒钛科技综合实力、创新能力和成果转化能力，实现规模化。

1.3拟建地点

本项目在四川省攀枝花市米易县。

1.4技术指标

序号 1 2 项 目 优等品 TiO2含量% （m/m） ≥ 颜色与标准样比 近似 指 标 一等品 90.0 不低于 微差于 合格品 1

3 4 5 消色力（与标准样比）≥ 105℃挥发物 %（m/m）≤ 经23±2℃及相对湿度(50±5)%预处理24小时后,105℃挥发物% 水溶物%（m/m） ≤ 水悬浮液PH值 吸油量g/100g ≤ 筛余物(45 筛孔%μm) (m/m) ≤ 水萃取液电阻率Ω.m≥ 100 100 1.0 1.5 90 6 7 8 9 10 0.3 6.5~8.0 20 0.05 100 0.3 6.5~8.0 23 0.10 50 0.5 6.0~8.5 26 0.30 50

1.5建设年限

2年。

1.6建设内容与规模与方案

1.6.1建设内容及规模

年产10万吨硫酸法金红石型钛白粉、硫酸亚铁等。

1.6.2产品方案

根据客户要求拟定

2

二 可行性分析

2.1项目行业分析

2.1.1国外现状

世界钛白工业与1916年诞生于美国和挪威，使用的是硫酸法工艺。氯化法工艺诞生于20世界50年代后期，1956年起分别进行不同规模的工业化实验，最终在1958年投入正式生产。如今，钛白生产已是工艺成熟，产品品种齐全，应用面涉及各工业领域和人们的日常生活，仅次于合成氨和磷化工的第三种无机化工产品。

2006年，除中国以外，世界钛白粉生产商共有20余家，年生产总能力超过4 700kt/a(未包括中国内陆的产量)，共有生产厂约60座。钛白粉的生产与技术被一些大公司高度垄断，6大公司的钛白粉产量约占世界总产量的65%，除日本外，世界前5名钛白粉生产商全部是美国公司。

杜邦(Du-Pont)共有5座生产厂，分布于美国、墨西哥和台湾地区，总产能为1080kt/a。杜邦公司位于美国的Delisle钛白粉厂因受飓风破坏而停产的300kt/a提前2个多月恢复生产，更显示了该公司的活力。

美联(Millennium)化学品公司。2004年底被Lyondell公司全部收购，成为北美第三大上市化学公司的一员，目前共有8座生产厂，位于美国、英国、澳大利亚、法国和巴西，总产能720kt/a。

科美基(Kerr-McGee)公司。因效益欠佳不得不让其以钛白粉为主业的化工产业在股市上市，出售3亿美元普通股，脱离母公司，更名为Tronox，目前共有4个氯化法厂(Leverlusen 145kt/a，Langerblllgge 74kt/a，Varennes 73kt/a，Lake Charles72.5kt/a)和4个硫酸法厂(Nordenllam 60kt/a，11redrikstacl 30kt/a，Leverl~usen 28kt/a，Varennes 17kt/a)，分布于美国、荷兰、德国、比利时、澳大利亚和沙特阿拉伯，总产能500kt/a，公司打算在2~3年内将其产能提高到550kt/a。

亨兹曼。目前6个在西欧，分布于英国、法国、意大利、西班牙，1个在南非，1个在马来西亚，另外还包括在美国Lake Charles一个年产14.5kt厂中占有50%的股份，随着在英国Greatham第3个生产线的安装，总产能已达600kt/a，这个厂采用亨兹曼公司所独有的ICON氯化法工艺。

国外基本是以氯化法生产。氯化法的主要过程有钛精矿的富集，富钛料的氯化制备TiCl4，TiCl4的精制，TiCl4氧化制得初级TiO2，初级钛白粉的后处理。国外氯化法生产发展迅速，从1980年的29%上升到2011年的85%。总体来说，国外钛白粉企业有一下特点：

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（1）生产高度集中，少数跨国公司垄断了大部分生产力，控制着原料的供应市场和产品的销售市场；

（2）工厂规模大，生产成本低，经济效益好；

（3）各大公司形成了从原料到产品应用的完整体系，这样利于工艺改进、提高产品质量和推广新产品；

（4）各大公司很重视技术改进，各自都拥有科研机构和实验室，从事工艺、设备和新产品的研制；

（5）各大公司倾向于氯化法制钛白粉；

（6）各厂家高度垄断和严密封锁技术，只有出售技术，从未公开技术，在报刊资料也无完整的技术介绍；

2.1.2 国内现状

近年来，我国钛白粉的产能、产量迅猛增长。这期间的递增速度远远高于世界同期增长速度，特别是金红石型产品的增速更快。现在我国钛白产业已经成为全球钛白粉产能最大的国家。

同时，我国钛白粉生产企业的布局逐步合理。进入21世纪，我国钛白工业发展进入新的发展时期，钛白粉行业重心逐步向钛原料丰富的中西部地区转移。近年中西部湖南、湖北、广东、广西、云南和四川攀西地区陆续新建、扩建钛白粉装置20多家，产能超过70万t。目前，国内钛白粉产能增加量的70%集中在中西部原料产区。 （1）产能结构明显优化

近年来，依靠市场机制，全国钛白粉行业的布局和产能结构明显优化，依托于资源、市场和原有生产基础，全国已形成四川、云南、广西、山东和江苏多个板块基地。攀钢集团除本部钛白生产基地外，还先后控股或参股重庆渝钛白、辽宁锦州钛业、攀枝花东方钛业和江苏太白集团，形成了庞大的钛白粉生产集团。中国化工集团、江苏金浦集团、中盐湖南株洲化工厂、安徽马鞍山钛白(集团)以及山东道恩钛业等都进行了整合重组。

2009年，我国钛白粉实际产量前10名生产商的产量之和共538 456吨，占当年全国总量的51.4%；前30名的产量之和为932 879吨，占全国总量的89.1%。目前，我国钛白行业中，具有15万吨/年及以上生产能力的生产商有攀钢钛业(含控股和参股企业)、山东东佳、四川龙蟒、河南佰利联4家，具有8万～10万吨/年产能的有山东道恩钛业、马鞍山金星钛白等7家，产能集中度有了明显优化，但与国际同行业相比仍很松散。 （2）生产技术水平提升

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近年来，随着我国钛白粉产业规模的扩大，整体生产技术水平明显提升，已达到国际上上世纪90年代末的水平。先进的、关键的生产装备技术均已被采用，并陆续实现国产化：风扫磨用于钛精矿粉碎，圆盘过滤机用于硫酸亚铁分离，隔膜压滤机用于水洗工序，超大型(130m3及以上)酸解锅和水解锅的应用，巨型煅烧转窑(φ3.2～3.4m×55～58m)、喷雾、闪蒸连同带式干燥机等都已得到普及应用。

在工艺技术方面，自生晶种常(微)压水解、外加晶种常(微)压水解、致密型表面处理、锆和有机硅等新型处理剂的应用，连续酸解技术以及DCS自动控制技术等都已在业内得到成功推广。这些在很大程度上推动了钛白粉产业的科技进步，生产效率提高。 （3）产品品质普遍提升

由于采用了先进的装备技术和工艺技术以及自控手段，全行业的产品品质普遍提升，业内大中型企业的锐钛型和金红石型产品的质量现已达到上世纪90年代国际一流水准，个别品种能达到现今国际中上水准，攀钢钛业的锐钛型PTA-120、金红石型R-298和宁波新福的金红石型NR-606是其中的典型代表。

在品种方面，各企业、特别是骨干企业根据市场需求，加强新品开发力度，适应不同领域的多种产品逐渐涌现，靠单一牌号产品打天下的现象逐渐消失。 （4）清洁生产理念增强

近年来，钛白企业变被动为主动，积极在清洁生产方面做文章，全行业的生产环境和企业面貌大有改观。

对于煅烧尾气，普遍采用水喷淋、电除尘方式进行净化，效果良好。酸解尾气瞬间量大、处理难度高，但武汉方圆等企业潜心研究，获得技术突破，已申请自主知识产权保护并得到授权。

废酸和酸性废水的处理是钛白企业最大的负担。有的企业对浓废酸除少量直接配酸等回用以外，进行浓缩后再利用，但成本高于新鲜硫酸。废水只能中和处理，且绝大多数企业中和后的产物是作为废料堆放的。目前，山东道恩钛业、广东云浮惠沄钛白为此开发的综合产品链已成功运行，为钛白粉产业的绿色环保之路作出了重要的贡献。

另外，钛白企业在节能、节水、降低单耗、增加运营效益等方面均取得相对于以往的明显进步。

表2-1我国钛白粉的生产厂家 生产厂家 山东东佳集团 中核华原钛白股份有限公司 镇江钛白粉股份有限公司 生产能力（万t/a） 4.60 3.89 3.61 生产工艺 硫酸法 硫酸法 硫酸法 5

四川龙蟒集团钛业公司 攀钢集团重庆钛业股份有限公司 济南裕兴化工总厂 安徽安纳达钛业股份有限公司 云南大互通工贸有限公司 广西苍梧顺风钛白粉有限责任公司 南京钛白化工有限责任公司 河南佰利联化学股份有限公司 滕县金茂钛白有限公司 广西平桂飞碟股份有限公司 漯河兴茂钛业有限公司 广西藤县雅照钛白有限公司 衡阳天友化工有限公司 湖南永利化工股份有限公司 /无棣海星煤化工有限公司 攀钢集团锦州钛业股份有限公司 中国蓝星广西大华化工厂 四川攀枝花市海峰鑫化工有限公司 四川恒为制钛有限公司 3.52 3.38 2.66 2.30 2.14 2.06 1.88 1.76 1.75 1.68 1.68 1.67 1.60 1.54 1.54 1.46 1.37 6.00 - 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 硫酸法 氯化法 2.1.3 国家新经济政策

(1) 出口政策调整

我国从 2007年7月1日起 钛白粉及其制品出口退税率由13%降至0，退税率的下调使得钛白粉的出口价格需提高1500~2000元/t才能维持原有的盈利，对于出口均价在10000元/t 左右的锐钛型钛白粉产品来说是一个较大的考验。出口价格的上调意味着国际市场竞争力的下降，出口退税政策的调整对钛白粉行业的出口造成重大的冲击。

此次钛白粉出口退税政策调整是基于两方面的因素：首先，抑制高污染、高能耗和资源型产品出口，硫酸法钛白粉难辞其咎；再者，缓和已出现的潜在的国际贸易冲突。自 2006 年以来，我国低价硫酸法钛白粉大量涌入国际市场，导致

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相关国家开始关注中国高速增长的钛白粉生产及出口，引起多起国际贸易诉讼纠纷。

随着出口退税政策的调整，对于具有成本优势的我国硫酸法钛白粉企业来说，增加出口份额的难度变得更大；同时我国从钛白粉的净进口到净出口国的转变难度更为加大。 （2）加工贸易政策调整

从2007年8月23日开始，我国对加工贸易企业实施进出口加工贸易限制，并对限制类商品实施保证金实转台帐制度，涉及的产品以塑料和涂料为主。此外，为了进一步优化我国出口商品结构，抑制低附加值、低技术含量产品出口，推进加工贸易转型升级，实现外贸增长方式的转变，自 2008年1月21日起 ，包括钛白粉在内共计589个10位海关编码商品，被列为新一批贸易禁止类商品目录。这些重大政策无疑将对钛白和整体涂料市场和涂料制品的生产和出口产生重大的影响。

（3）环保及节能减排政策调整

近年随着国家环保法规的实施和监管政策的不断出台，特别是去年国务院《节能减排综合工作方案》的出台，钛白粉行业生产和发展受到日益严格的约束和限制，作为污染大和能耗高的钛白生产企业压力很大。传统的、粗放型经济增长模式已不适应现代企业和当今社会发展要求，与十七大提出的树立科学发展观和实现循环经济、节能减排政策格格不入。实行钛白粉行业清洁生产，转变增长方式，实现又好又快的发展，已刻不容缓，迫在眉睫。

短期来看，虽然几项政策将直接导致钛白粉生产企业成本的上升和经济效益的下降，部分中小企业可能面临淘汰出局的困境，中国的钛白粉行业出口将受到严重影响；但从长远看，这对我国实现外贸增长方式转变，优化产业结构和推动社会经济的可持续发展具有积极的推进作用。

2.1.4发展问题

我国钛白工业向规模化、技术化发展的同时，仍存在着制约钛白粉行业进步的一些困扰因素主要表现在以下几个方面：

（1）发展存在一定的盲目性

近几年，由于各钛白生产企业都纷纷扩大产能，造成短期内供过于求后又停车、限产，形成严重浪费。虽然目前国际市场需求较为旺盛，但盲目竞争使各企业在出口中继续相互压价。由于很多钛白粉生产企业的趋利性与盲目性，造成整个行业不健康发展，恶性竞争很难使得我国钛白粉企业获得出口产品的定价权。

（2）国内钛白粉产业结构不尽合理

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硫酸法制造钛白粉不仅能耗高而且污染较严重，已逐渐被发达国家淘汰。我国也制定出《化工行业准入条件》等政策以限制其发展。目前，我国的钛白粉行业被划分入限制发展行业。根据钛白粉行业中长期规划，硫酸法钛白粉比例逐步被氯化法替代，比例应当逐年降低，但由于措施执行不力，钛白粉行业发展势头无法得到有效遏制，投资相对高、低能耗、低污染的氯化法钛白粉生产企业的发展依旧压力巨大。

尽管自主努力、积极向上是我国钛白工业发展主流，但近年来我国钛白粉行业同质化低水平盲目扩大产能的现象非常普遍，使原来就不合理的产品结构更加失衡，造成行业内低水平、低技术含量的产品比重过大，市场份额扩张的速度低于企业规模扩展速度，导致优势产能的扩张，没有达到有效的市场实现，造成低端产品国内市场过剩、而高端产品国内市场短缺，进口量进一步加大。 （3）贸易环境的变化和遭遇国外反倾销制裁的风险增加

2007年，欧盟 REACH 法规已正式生效，其中涉及到我国石油和化工行业的产品达到 1200 多种。由于繁琐的检测手续、较高的检测费用，以及各种环保、科技壁垒，使得我国化工产品向欧盟的出口将面临很大困境。而一旦出口受挫，本已产能过剩的钛白粉产品将面临巨大的销售压力，企业生产经营将极为艰难。

（4）环保要求提高与环境治理不力

硫酸法生产因“三废”排放量大，一直是环保部门重点检查对象。尽管钛白粉生产企业不断加大环保投入，并在综合利用方面做了很多工作，但与日益严格的环保要求相比，仍有较大的差距。依据国家的产业和环保政策，钛白工业能否实现清洁生产，将成为能否生存和持续发展的最关键因素。

（5） 行业技术进步与企业自主创新能力不足

在全球钛白粉产业竞争由价格竞争、规模竞争转向技术竞争的新格局中，我国钛白粉生产企业尽管主动迎接挑战，积极参与国际竞争，使技术水平不断上升，但是从总体看，我国钛白粉企业的技术创新能力和整体水平仍然偏低，尤其是企业自主创新能力薄弱，对技术创新的有效需求不足，行业内相当部分的企业不仅研发投入少，而且自主研发能力差，企业研发的目标只限于外围技术，在核心技术上对引进还有较大的依赖。行业内部的资源和技术力量无法很好集中起来开发新产品、新工艺，特别是自主知识产权产品开发方面没有形成合力。

2.1.5发展趋势

（1）加强技术创新，核心竞争力提高

由于企业的技术创新能力直接决定市场的竞争能力，因此技术创新是企业生命力的源泉，是市场竞争力的根本所在，更是企业持续发展的助推器。我国钛白

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行业今后与国外大公司的竞争主要是技术上的竞争。因此，企业要加快建立和完善企业技术创新体系，不断加强技术开发力量，加大技术开发资金的投入，加快开发具有自主知识产权的技术和主导产品，要积极探索技术创新的模式，开展多种形式的产学研结合，吸引科研机构和大专院校的科研力量对钛白粉生产的关键技术难题进行联合攻关，加强在反应机理和化学热力学、热工和粉体行为等方面理论的基础研究，提高企业的自主创新能力，通过产学研合作，实现优势互补，促进科技成果向现实生产力的转化。同时，加强产品的应用技术研究，建立应用技术实验室，完善产品应用性能测试方法，加深与下游客户的交流和互动，进一步提高产品的内在质量，构筑和提高企业的核心竞争力。 （2）提高技术和管理水平，企业竞争优势增强

伴随我国钛白工业30余年的发展，钛白生产的工艺技术已取得了长足的进步，钛白生产装备也逐渐迈向大型化和现代化。但与国外先进水平相比，我们还存在较大差距，这种差距主要体现在技术和管理两个方面。为了全方位、多渠道提高钛白粉工业整体水平，国内企业一方面要积极寻求与国外大公司进行高起点合作，通过引进先进的成熟技术并加以消化吸收，来带动我国钛白粉工业的发展，同时努力加强自主创新，积极关注新技术、新装备的发展趋势及其在钛白行业中的应用，及时实施技术改造，提高钛白生产的工艺和装备水平；另一方面，由于硫酸法钛白粉生产的工艺流程长，涉及的化工单元操作多，对装备的保障能力和过程控制的要求高，因此，钛白企业还必须努力提高综合管理水平，积极使用先进的管理方法和手段对钛白生产的技术、装备和过程控制实行精益管理，向管理要效益，从细节谋发展，才能进一步增强企业的竞争优势，缩小与国外企业的差距。

（3）提高产能集中度，行业重组步伐加快

2009年，我国已有钛白粉生产企业超过100家，但大多数属中小企业，布局也极不合理。世界氯化法工厂平均产能约为11万t/a，硫酸法工厂平均产能约为6万t/a。我国钛白粉生产企业无论氯化法还是硫酸法都远低于上述规模。而合理的集中度有利于形成一定的规模，增强企业的抗风险能力，也才能使企业具有长远发展的基本条件。近几年钛白粉行业在实现规模化、集团化，提高集中度方面进行了富有成效的努力，取得了一定进展，但行业内相当数量的企业仍然缺乏参与大规模、高强度国际竞争的实力。因此，我们必须认清形势，顺应国际潮流，抓住有利时机，加快战略调整。走规模化、市场化运作之路，全面提升企业的技术水平和竞争能力。

（4）产品质量档次提升，开发高端产品

目前，国内钛白粉产品以低端通用型产品占据市场主流，高品质产品、专用产品品种少，一般只能应用于中档以下应用体系，采取与进口产品混配的方法能够应用于高档体系，但还不能应用于顶尖的领域，如汽车面漆、船舶涂料等。而

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钛白未来市场的竞争主要是产品品质的竞争，钛白企业要想在竞争中赢得主动，必须根据目前的市场情况及硫酸法装置的特点，提高通用型钛白粉的产品质量，有效避开在低档产品领域的竞争，同时，着眼于未来的发展[10]，在健全小试、中试装置的基础上，充分发挥小试、中试和后加工领域的协同作用，开发市场前景好、具有较高附加值的新产品。而具备一定综合优势的企业应向金红石型专用高档产品方向发展，通过技术创新，不断提高产品品质和综合性能，以替代进口，中型企业应立足走差异化发展道路，开发中档精细、专用产品，以适应国内、国际市场的需求。

（5）废副治理力度加大，实现清洁生产

日益严格的环保要求直接关系到钛白粉生产企业的生存与发展。国家的产业和环保政策，使钛白企业对环保日益重视并配备了完善程度不同的三废处理设施，但钛白工业能否实现清洁生产，才是企业可持续发展的关键。因此，钛白企业要改变低档原料路线，加大高钛渣的使用量，减少废副的排放，降低运营和操作成本，并利用高科技手段对处理后的“废副”进行综合利用，获取一定的经济回报以降低环保投入成本，为企业的长远发展奠定基础。

2.2 生产规模、产品方案和质量指标

2.2.1 技术方案

钛白粉生产方法有氯化法和硫酸法。自80年代以来，氯化法在钛白粉生产中的比重逐年增加，1999年氯化法比重达56%。硫酸法面对环保的要求，本身在不断的完善，如德国萨其宾（Sachtleben）公司，只要发挥硫酸法的优势，解决“三废”和环保问题，硫酸法对钛铁矿品位要求不是太高，又能生产锐钛型和金红石型两大系列产品满足市场的需求，硫酸法自有其独特的生存发展之道，故选用硫酸法生产钛白粉。

2.2.2 经济规模确定

考虑到生产规模越大，对原料和人力资源的浪费就越少，利用效率越高，考虑现有的资源将拟定将规模将发展到10万t/a钛白粉。

年工作日定为310天，8000小时。

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2.2.3产品方案的选择

我国是钛白粉进口国,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，高档次钛白粉进口呈递增的趋势。本报告产品选择生产金红石型钛白粉，国内市场销售有保证。

2.2.4 产品方案

（1）金红石型钛白粉：年产100000吨 （2）副产品：绿矾（七水硫酸亚铁）。

2.2.5产品质量指标

（1）金红石钛白粉质量指标（GB1706-93）

表2-1金红石型钛白粉质量指标（GB1706-93） 序号 1 2 3 4 5 项 目 优等品 TiO2含量% （m/m） ≥ 颜色与标准样比 消色力（与标准样比）≥ 105℃挥发物 %（m/m）≤ 经23±2℃及相对湿度(50±5)%预处理24小时后,105℃挥发物% 水溶物%（m/m） ≤ 水悬浮液PH值 吸油量g/100g ≤ 筛余物(45 筛孔%μm) (m/m) ≤ 水萃取液电阻率Ω.m≥ 0.3 6.5~8.0 20 0.05 100 近似 100 指 标 一等品 90.0 不低于 100 1.0 1.5 0.3 6.5~8.0 23 0.10 50 0.5 6.0~8.5 26 0.30 50 微差于 90 合格品 6 7 8 9 10 （2）硫酸亚铁质量技术指标

表2-2 硫酸亚铁质量技术指标 序号 1 2 3

名 称 FeSO4*7H2O TiO2 H2O 11

技术名称(%wt) >90 <0.2（干基） ≤8

2.3工艺技术方案 2.3.1原料路线的选择

本项目生产采用酸解钛铁矿技术同时考虑将来采用混入高钛渣酸解的可能性。

我国钛资源十分丰富，以钛铁矿的贮量最大，主要分布在四川、广东、广西、云南和海南省等地区，近十年来，我国钛白工业发展很快，对钛铁矿的需求量稳步增长。目前，我国钛铁矿供不应求，部分钛白粉厂靠进口澳大利亚矿维持生产。预计未来几年国内年需钛铁矿量将达到80万吨。南钛公司在多年生产中，形成了自己的供销网络，本钛白生产装置建成后，所需原料可得到满足。

2.3.2国内外钛白工艺技术概况

目前，世界上二氧化钛的工业生产方法主要有硫酸法和氯化法两种。硫酸法是以钛铁矿及高钛渣为原料，用硫酸分解，然后除铁后经水解而制得。该方法为传统工艺，经过80多年的发展，技术已经成熟，设备也已基本定型。该法对原料品位要求不高，矿源丰富，价廉易得，但工艺流程长，“三废”排放较多。氯化法是以金红石或高钛渣为原料，经氯化生产四氯化钛，然后在高温下氧化而制得。该方法是后开发的工艺，生产流程短，产品质量好，可实现生产的连续化和自动化，氯气可循环利用，“三废”排放少，但对原料的品位要求高，技术复杂，对设备材质的要求高。

国外钛白粉生产厂家有如下特点：

（1）生产高度集中，少数跨国公司垄断了绝大部分生产力，控制着原料的供应及产品的销售市场。

（2）工厂规模大，生产成本低，经济效益好。

（3）各大公司都完成了从原料到产品应用的完整体系，这有利于工艺改进，提高产品质量和推广新产品。

（4）各大公司倾向于采用氯化法生产工艺。

（5）严格的技术垄断，氯化法生产技术一般不予转让，各硫酸法生产厂家只出售技术，从不公开技术，在报刊资料上也无完整介绍。

（6）各大公司都十分重视技术改进，都有科研机构和实验室，从事工艺、设备和新产品的研制。

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我国钛白粉生产始于50年代中期，四十年来，我国钛白工业从无到有，产量和品种都有了较大的发展，由于我国砂状钛矿（以计）为数十万吨，是目前钛白生产所用钛精矿的主要矿种，中国排名在世界第6位，我国钛资源具有一定的优势，加上GDP的增长，所以钛白生产有着广阔的发展前景，但与西方国家相比，我国的钛白工业在生产工艺技术及设备装备方面还比较落后。目前几乎全都是采用硫酸法生产，氯化法工业化生产的仅有锦州铁合金集团公司钛白粉厂一家，该厂设计生产能力为15kt/a，自1995年建成后，因资金短缺及部分技术问题，只进行了阶段性的试生产，目前虽已获得重大突破，但仍有需要完善的地方。九十年代后期，我国硫酸法钛白粉工厂在初期“智力引进”的基础上，工艺水平又前进了一步。随着核工业总公司404钛白粉厂、渝港钛白粉股份有限公司、济南裕兴化工厂引进金红石钛白生产装置的顺利投产，使我国硫酸法钛白粉的部分生产技术和装备水平有了新的突破，如：用木质纤维素作助滤层、HF清洗滤布，特别是自生晶种常压水解技术及外加晶种常压水解和外加晶种微压水解技术的使用，隔膜式压滤机洗涤技术的使用，使钛白粉的产量、水洗速度有了明显提高，水解和水洗的能耗明显降低，使得国内硫酸法钛白的生产技术达到了国际同行的相近水平。

2.3.3工艺方案的确定

本项目年产100000t/a钛白粉的生产，采用目前国内先进可靠的硫酸法生产流程，该生产工艺是在国内多年钛白生产的基础上，通过在90年代初引进东欧生产技术形成的。经多年运行，国内各厂又加以开发，改进，已在国内多套生产装置上得到应用，并生产出合格产品。

2.3.4工艺技术的特点

本项目的生产工艺处于国内领先水平，其工艺技术的主要特点有： （1）本项目在关键工艺技术上消化吸收了国内外硫酸法钛白的先进生产工艺，主要特点有

A、采用大型酸解罐酸解工艺，确保酸解工序稳定操作并提高酸解工序收率。

B、采用外加晶种常压水解法，在设备大型化的同时，生成的偏钛酸颗粒粒度分布均匀，水洗性能好，产品质量高。

D、改进了煅烧窑系统，提高煅烧窑的控制水平，以确保产品质量。 E、采用国内比较先进成熟的旋转闪蒸干燥技术，有利于同隔膜压滤机配套使用，较好的适应了物料含水量降低后的状况。

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C、采用成熟的隔膜厢式压滤机水洗技术，提高产品收率。

（2）本项目采用国内外硫酸法钛白厂家所通用的一些大型设备，如：130m3酸解罐、110 m3水解槽、360m2隔膜压滤机、大型风扫磨机等。

（3）产品收率达到国内领先水平。

2.4 硫酸法钛白粉生产工艺介绍

硫酸法生产钛白粉主要由下列几个工序组成：原矿准备；用硫酸分解钛精矿制取硫酸氧钛溶液；溶液净化除铁；由硫酸氧钛溶液水解析出偏钛酸：偏钛酸煅烧制得二氧化钛以及后处理工序等。

2.4.1原矿的准备

钛精矿一般粒度比较粗，比表面积较小，酸解时与硫酸接触面积小，不易被硫酸有效地分解，因此，按照酸解的工艺要求，用雷蒙磨磨矿，将钛精矿粉碎至一定的粒度，以增加反应接触面，使酸解反应能够正常进行。

图1 硫酸法钛白生产工艺流程简图

2.4.2 酸解

钛铁矿与硫酸的反应非常缓慢，在常温下几乎不发生反应。为了促进这个反应，往往需要加热，引导反应的开始，还需要加一定的水引发反应，其反应式为：（其中硫酸要用浓硫酸）

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后面一系列的还原、冷冻结晶和蒸发浓缩，其实就是为了除掉钛液里面的铁及其它杂质，浓缩是为了提高其浓度，实践证明，只有钛液的TiO2含量在200g/L以上时，才能制造出具有优越颜料性能的钛白。

2.4.3水解

水解工序是是硫酸法生产中及其重要的工序之一。水解作用的优劣不但影响工业生产的经济性，而且对最终产品的质量有极大地关系，水解是造成的差错往往在后工序是不能挽救的，水解的反应式为：

水解后就产生了废酸，对于废酸的回收利用后面阐述。将水解后得到的偏钛酸进行水洗，接着进行盐处理（偏钛酸在煅烧前加入少量化学品添加剂进行改性处理），偏钛酸如果不经过盐处理而直接煅烧，得到的产品颗粒往往很硬，色相及其颜料性能差，漆用性能低劣。

2.4.4 偏钛酸的煅烧

硫酸法钛白生产中，偏钛酸是通过高温煅烧转变为二氧化钛的。其反应式为：

煅烧的时候肯定会产生尾气，环境污染现在非常受到国家的重视，所以如何处理这个尾气是个问题，接下来回介绍到尾气的处理。 经过后续处理后就得到了成品钛白粉。

2.4.5废酸的回收利用和尾气的处理

1废酸的回收利用

（1）前面介绍酸解时要加一定的水引发反应，何不把引发反应的水换成废酸，钛白粉生产过程中产生大量废酸，含量达18%左右，用废硫酸代替水，可减少废酸的用量。

（2）增加浸取过程废酸用量（浸取时常常需要添加废硫酸）。 2 尾气的处理

燃烧生成的大量废气从窑尾排出，其中除燃烧产物，水汽、三氧化硫外，带有部分二氧化钛（俗称窑灰），煅烧时废气的温度高，湿含量较大。当用湿法收尘（喷淋装置）的时候，将二次水洗用作尾气喷淋水，喷淋水回用到水洗工序作

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一次水洗，充分利用了尾气余热，降低了蒸汽的消耗，合理利用资源，降低了成本。

2.5经济效益分析

2.5.1 产品成本和费用估算

（1） 消耗定额按工艺技术方案确定的指标计算。

（2） 外购原材料、燃料、动力均按厂内实际执行价格计取。 主要原材料、动力价格

含税价 不含税价

钛精矿： 920元/吨 786元/吨 硫酸(98%)： 300元/吨 256元/吨 液碱（45%）： 750元/吨 641元/吨 铁粉： 2200元/吨 1880元/吨 盐酸（30%）： 450元/吨 384.6元/吨 白煤： 900元/吨 796元/吨 水蒸汽： 160元/吨 142元/吨 电： 0.55元/KWh 0.47元/KWh 一次水： 1.50元/吨 1.327元/吨

（3） 工资及福利费：本项目新增定员500人，人均年工资为30702元 ，福利费率为14%。

（4） 折旧费:新增固定资产房屋、建筑物折旧年限按20年计，机器设备折旧年限按14年计。

（5） 修理费：按固定资产原值（扣除建设期利息）的4.0%计取。

（6） 摊销费：无形资产按10年摊销，递延资产按5年摊销。

（7） 其它制造费用：按固定资产原值（扣除建设期利息）的2.5%计取。 （8）管理费用：按工人工资及福利费的1.0倍计取。 （9）销售费用：按销售收入的2.0%倍计取。

（10）财务费用：生产经营期间贷款利息计入财务费用。 2.5.2 财务评价

2.5.2.1财务评价的说明： （1）生产规模及产品方案

生产规模 ：钛白粉 100000 吨/年

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副产品： 绿矾：386000吨/年 黄石膏：14000吨/年 （2）资金使用规划

建设投资在建设期2年内分别按40%、60%比例投入。 （3）固定资产投资及资金来源：

总资产14亿，来自于银行借贷、自行筹资、政府补贴。 （4）资金分配

据估算，本厂固定资产9亿，流动资金5亿。 （5）产品销售价格(为含税价) 金红石钛白粉：20000元/吨 副产品：绿矾：40元/吨 （7） 税率

本项目产品金红石钛白粉的增值税率为17%,副产品绿矾的增值税率为6%，黄石膏增值税率为0%；城建维护税率取7%,教育附加费率取3%；主要原材料及电进项税率为17%,天然气、水蒸汽、一次水进项税率为13%，所得税率为33%，盈余公积金及公益金占税后利润的10%、5%。 （8）财务基准收益率12%。

（9） 按照项目总进度计划，在建设期第三年期间，金红石装置可以投料生产，其他装置在第四年投产。考虑到财务分析结果作为器乐企业项目建设决策的一个主要依据，在财务评价计算中，按照稳妥可靠的原则，第三年生产负荷按照0负荷，第四年生产负荷取85%，第五年生产负荷取90%，以后各年取100%。

表2-3生产状况及财务表 序号 指 标 名 称 单 位 数 量 一 1 2 （1） （2） 二 三 1 （1） （2） （3） 2 (1) （2）

备 注 生产规模 产品 钛白粉（金红石） 副产品 硫酸亚铁 黄石膏 年操作日 主要原材料、燃料消耗 原材料 钛精矿 98%工业硫酸 铁屑 燃料 白煤（造气用） 天然气 kt/a kt/a kt/a 天 Kt/a kt/a t/a t/a KNm3/a 17

100 350 140 310 400 440 23000 100000 60000 四 1 2 3 4 5 五 1 2 3 六 1 2 七 八 九 十 十一 十二 十三 十四 十五 十六 十六 十七 公用动力消耗量 新鲜水 循环水 电 饱和蒸汽 压缩空气 三废排放量 废水 废气 废渣 年运输量 运入 运出 定员 总占地面积 建筑面积 项目评价总投资 其中：建设投资 流动资金 年销售收入 年总成本费用 年利润总额 年销售税金 增值税 年税后利润 投资回收年限 t/h t/h kWh/h t/h Nm3/h m3/h N m3/t t/a kt/a kt/a kt/a 人 m2 m2 万元 万元 万元 万元 万元 万元 万元 万元 万元 年 2300 7000 11000 340 33000 2300 400000 70000 4000 2150 1850 800 160000 56000 140000 90000 50000 210000 165000 45000 3150 13500 28000 5.0 含水为60% 2.6结论

本项目符合国家政策，有利于攀枝花钢铁产业链延伸及产业集群发展，具有良好的经济效益和社会效益，应尽快实施。

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三 酸解法钛白粉生产工艺流程设计及主要工段介绍

硫酸法生产涂料级钛白要经过原矿准备、钛液的制备、钛的净化、钛酸的制

备、钛酸的净化、盐处理、煅烧、后处理。包括环节如下：磨矿、酸解、浸取、还原、沉降、压滤、管式过滤、结晶与亚铁分离、浓缩、水解、一洗、漂白、二洗、盐处理、煅烧、机械分散、无机表面处理、三洗、干燥、气流粉碎与有机处理、包装、副产品处理、废渣废水处理等。

3.1 反应原理

反应原理用方程式表示如下：

钛铁矿酸解：FeTiO3+3H2SO4 Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4 TiOSO4+FeSO4+2H2O

水 解: TiOSO4 + 2H2O TiO(OH)2 + H2SO4 煅 烧: TiO(OH)2 TiO2 + H2O

3.2工艺流程简图

硫酸法生产钛白粉的整个工艺流程方框图如下：

粉 磨 酸 解 浸 取 还 原 沉降过滤 钛精矿

酸性废水 废 酸 FeSO4.7H2O

盐处理 水解 过滤水洗 蒸发浓缩 分 离 冷冻结晶 （叶滤机一次水洗、二次水洗） 酸性废水

蒸汽 硫酸 酸性废渣 铁 屑 废 渣 尾 气 煅烧粉碎 后续处理 成品钛白粉 过滤水洗 图 3-1 硫酸法钛白工艺流程

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3.3 硫酸法钛白工艺流程

（1）铁矿的粉碎

从矿区运回的经过精选的钛铁矿（TiO247%～50%）,粒度比较粗，与硫酸不能直接反应，因此用风扫磨（图2）按工艺要求粉碎至325目左右，以使酸解反应顺利进行，得到较高的酸解率。

（2）酸解

酸解采用固相法。在酸解罐内，在强烈压缩空气搅拌下，先投入浓度为86%～89%的硫酸，然后再投入矿粉，控制酸矿比1.54～1.65，使矿粉与硫酸充分混合，最后加入稀释水（或废酸），并通入蒸汽直接加温到80℃～100℃，使酸解反应顺利进行。为了提高酸解率，成熟时间一般控制在1～3小时。其反应式如下： FeTiO3+3H2SO4 Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4 TiOSO4+FeSO4+2H2O

图 3-2 风扫磨

Fe2O3+3H2SO4==Fe2（SO4）3+3H2O

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图 3-3 酸解罐

酸解过程包括下述操作：

（1） 原料和硫酸在预混罐内混合，混合物采用机械搅拌。

（2） 预混液进入酸解罐，通入蒸汽引发反应，主反应在10分钟内完成，

反应物用空气搅拌。

（3）酸解过程中生成的蒸汽，经玻璃钢烟囱排出，烟囱用水喷淋，水循环使用，排放气体中SO2要求达标排放。

（4）熟化、未反应的钛铁矿逐步转化为硫酸盐，以提高酸解收率。 （5）溶解和铁粉还原：酸解产物用废酸湿润之后，再逐步加入冷水溶解，酸解罐底通入空气进行搅拌，加入铁粉，发生如下反应：

Fe+Fe2（SO4）3 3FeSO4 （3）浸取

酸解成熟后的固相物，加入水或稀钛液，在压缩空气搅拌下，使多孔状固相物溶解，得到硫酸氧钛溶液。溶液的最终浓度一般应含 TiO2110～130g/l，比时溶液比重约为1.52～1.53。

为了调节浸出液的F值（有效酸与总钛含量的比值），并节约浓硫酸，浸取时常添加废硫酸。根据酸解固体产物的不同，浸取时间一般为5～12小时。 （4） 还原

在钛铁矿粉中，铁以二价与三价两种不同状态存在，因此浸出液中既有硫酸亚铁FeSO4，又有硫酸高铁Fe2(SO4)3,这两种铁盐在一定条件下会发生水解而生成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀。而硫酸高铁Fe2(SO4)3在溶液中的危害性较大，因为即使在酸性溶液（PH≥2.5） 中，它也容易水解，生成氢氧化铁沉淀。在偏钛酸洗涤时，它会变成沉淀而混杂于其中，煅烧时变成红棕色的三氧化二铁而污染成品，因而在钛液中不允许有高铁存在，要把高铁全部还原成亚铁。

工业上常采用化学还原法将高价铁还原成亚铁。就是在溶液中加入铁屑，铁粉等还原剂使其发生氧化还原反应。

Fe2(SO4)3+ Fe 3FeSO4

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为了保证溶液中三价铁全部还原为二价铁，还原反应应略微过度，此时溶液中就有少量四价钛还原为三价钛：

2TiOSO4+Fe+2H2SO4 Ti2(SO4) 3+FeSO4+2H2O 2Ti (SO4) 2+Fe Ti2(SO4) 3+FeSO4

三价钛的存在，可以保证三价铁还原完全。因为在反应中三价铁先还原为二价铁，然后再是四价铁还原为三价钛。因而，在实际生产操作中，还原液中应保持三价钛含量为2.5～4g/l（以TiO2折算）。 （5）沉降

沉降的目的中把钛液中不溶性杂质，特别是胶体除去。工业生产中常用高分子絮凝剂（改性聚丙烯酰胺）作沉降剂。改性聚丙烯酰胺的加入量是每立方米钛

液加300～500ml（浓度为1%），沉降时控制钛液比重1.52～1.53，温度60±5℃。

经沉降得到的清液抽去下工段真空结晶，下面部分的残渣还含有一定量的钛液，用压滤机过滤，滤液回收，残渣（干基含TiO240～50%，含Fe10～25%）一般废弃，也可回用部分。 （6）结晶

从钛铁矿经分解得到的钛液中，尚含有大量的硫酸亚铁；结晶的目的，便是要使它成为晶体析出，加以回收，使之与钛液分离。

目前较先进的结晶方法是采用真空浓缩结晶方法使绿矾（FeSO4.7H2O）从钛液中析出。真空浓缩结晶是将钛液在真空条件下，使水份大量蒸发，以提高钛液中的硫酸亚铁浓度，当浓度超过了它的溶解度时，绿矾便结晶析出。真空浓缩结晶设备是结晶锅，锅顶有真空管道与抽真空装置连接。

真空浓缩结晶在生产中控制的条件主要是真空度、钛液的温度、浓度、粘度。 真空浓缩结晶法避免了通常冷冻结晶法将钛液先冷冻后在水解时又加温这一不合理的过程，节约了能源。 （7）晶体分离

在生产中常用过滤的方法从钛液中分离绿矾晶体。晶体分离后，为了回收晶体间隙中的残留钛液，还需用水冲洗。

生产中常用的过滤设备是真空过滤槽和离心机。本方案采用具有国际先进水平的转台（平盘）式真空过滤机，实现绿矾晶体的连续分离和冲洗。

在用水冲洗时为了尽量减少绿矾的重新溶解，而又要将晶体冲洗干净，以回收残留钛液。冲洗一般分两次进行，第一次冲洗用上批晶体第二次冲洗过的水，其洗液可在不影响钛液指标的情况下并入过滤的钛液内，或作为酸解固体浸出之用；第二次冲洗用自来水，其洗液保留作为下批晶体第二次冲洗之用。

分离得到的滤液送下工段浓缩或水解；分离出来的绿矾晶体（FeSO4。7H2O）作为副产品出售。 （8）钛液的浓缩

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为了制得具有优越颜料性能的钛白粉，要求水解后得到的水合二氧化钛的颗粒细而均匀。实践证明，要将钛液的浓度提高到二氧化钛含量在190g/l以上时，才能生产出具有优越颜料性能的钛白。为此，生产颜料钛白粉必须先将钛液浓缩，提高其浓度，使之符合颜料钛白粉生产的要求。

目前国内钛白生产中钛液浓缩一般采用真空薄膜浓缩器连续浓缩。真空浓缩一般控制真空度在600mmHg以上，钛液温度70～80℃，加热蒸汽压力1.5～2.5kg/cm2。 （9）水解

水解的目的是为了制取符合一定的组成和粒子大小的水合二氧化钛（俗称偏钛酸）。这种水合二氧化钛沉淀实际上是一些凝聚体，其结构比较复杂，而且因水解条件的不同而各有所差异，可用通式TiO2. XSO3.YH2O来表示。

国内涂料钛白生产一般采用晶种法间接蒸汽加压水解。其水解反应式如下：

TiOSO4+2H2O TiO（OH）2+H2SO4

水解的基本过程包括形成结晶中心，晶核的成长与沉淀的形成，偏钛酸粒子凝聚沉淀和溶液组成的改变。

锐钛型普通晶种的制备是一个酸碱中和反应。制备方法是取一定量的钛液，在搅拌下逐渐加入碱溶液中和至一定的酸度，然后加温熟化，使胶粒微晶化，可以不溶于稀酸中，并提高其“活性”，冷却至室温即可。 （10）过滤洗涤

硫酸钛溶液水解得到的水合二氧化钛浆料含有大量游离硫酸及硫酸亚铁等杂质，这些杂质离子含量的高低直接影响二氧化钛成品的色相（白度）。水洗的目的是除去偏钛酸所吸附的母液中大量的铁、硫酸及其它可溶性杂质，得到纯净的偏钛酸。水洗的基本原理是利用硫酸及可溶性杂质离子的可溶性与水合二氧化钛的水不溶性而分离，因此水洗工序能大致洗净可溶性杂质。

生产上常用的水洗方法有真空过滤洗涤和离心过滤洗涤。真空过滤洗涤是利用抽真空造成的压力差，将滤液吸过过滤介面而将固体吸附在过滤介质表面，水洗时清水不断将溶解的杂质离子带过滤层。生产上最常用的真空过滤洗涤设备是叶滤机。离心过滤洗涤是利用高速旋转产生的离心力，在过滤介质两侧产生压力差，将滤液挥出滤层，从而达到分离和水洗的目的，生产上最常用的离心过滤洗涤设备是离心机。

水洗包括一次水洗工序

为了除去铁和其它杂质，进行一次水洗，水洗是间歇式操作，它包括四个基本操作。

1）生成助滤层 2）进料

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沸腾

3）用二次水洗水洗涤滤饼，再用新水洗 4）空气压榨，卸滤饼

仅仅用水不能把吸附的铁和其它盐完全洗去，故需要漂白工序，漂白工序就是创造了一种条件，使存在的Fe3+被还原为Fe2+，同时也还原了其它高价离子（例如铬和钒），以进一步除去金属杂质。

二次水洗

二次水洗用板框压滤机进行，也包括和一次水洗相同的四个基本操作。 （11）盐处理 由于金红石型钛白粉在紫外区具有较大的吸收，在可见光区的反射率高于锐钛型钛白粉，因此，金红石型钛白粉的光化学稳定性和光泽度均高于锐钛型钛白粉，具有更大的实用价值。用硫酸法钛液水解制得的偏钛酸是无定型的（使用金红石型晶种除外），在高温下（1 050℃以下）长时间煅烧虽然可以使产品全部转化为金红石晶型，但是结晶过程会产生严重烧结，晶格缺陷很多，晶粒过大而且很硬，产品颜料性能极差，另外，高温常使晶格脱氧，使产品呈灰相。因此在生产中，必须在偏钛酸中添加一些金红石化的促进剂和晶型调整剂，使TiO2以合理的速度成长，在较低的煅烧温度下生产出晶型转化完全，大小适中，外形规整的颜料粒子。 （1）金红石化促进剂

大多数金属氧化物在钛白粉的锐钛型向金红石型转化过程中都具有诱导，促进和正催化剂的作用，一般认为阻粒子的离子半径越小，促进金红石化的作用就越强。但是有实用价值的必须是能生成白色氧化物的那些金属化合物。常用的促进剂有锌、镁、锑、锡、锂等元素的氧化物和盐类以及二氧化钛溶胶。

①锌盐

锌盐是很强也是最广泛使用的金红石化促进剂，常用硫酸锌、氧化锌和氯化锌。采用锌盐可加速晶型转化，提高转化率，降低达到最高转化率的温度，提高产品耐候性。但是若单独添加锌盐，由于粒子生长过快，容易造成烧结而降低产品的颜料性能，使底相泛红、颗粒变硬、分散性下降、制成的涂料粘度增加。如同时添加二氧化钛凝胶或铝盐，可以改善颗粒形状及减少烧结，因而锌盐大都与钾盐、磷酸、铝盐、二氧化钛溶胶等组合使用。一般锌盐添加量为TiO2的0.2%~1.2%（以ZnO计）。

②镁盐

镁盐是一种弱的金红石型转化剂，它对加速但是品的pH值达到中性具有显著的作用。一般用量为TiO2的0.2%~0.5%（以MgO计）。

③二氧化钛溶胶

二氧化钛溶胶俗称煅烧晶种、乳化晶种或偏钛酸外加晶种，有相当强的促进作用，能提高产品消色力，降低转化温度，改善煅烧物粒子外形，使之较为圆滑规整，使产品疏松易于粉碎。常和锌盐、铝盐组合使用、相辐相成。添加量为TiO2 的2%（此为钛酸盐制成的TiO4 胶溶）或TiO2 的6%（此为TiCl4 制成的TiO2 胶溶）。

（2）金红石晶粒调整剂

为使金红石型钛白粉在煅烧时能形成圆滑规整、性能优良的颜料颗粒，以及满足各种品级钛白粉的特殊要求，需要在偏钛酸中添加一些调整剂。常用的调整剂有钾、铝、磷、氨和锑等元素的盐类。这些调整剂大多是金红石化的负催化剂。

①钾盐

常用的有碳酸钾、硫酸钾和硫酸氢钾。添加钾盐对改善产品的颜料性能有很

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大的好处，可以使颗粒疏松，提高白度和消色力，可以使二氧化钛在较高的温度下煅烧而不失去优良的颜料性能，因为在较高的温度下煅烧时二氧化钛颗粒比较致密，有利于提高耐候性和降低吸油量。添加量一般为TiO2的0.25%~0.7%（以K2O 计）。

②铝盐

目前国外采用铝盐添加剂日益增多，一般使用硫酸铝并配成溶液加入偏钛酸中。添加铝盐能防止二氧化钛烧结，避免颗粒过分长大，产品比较柔软，即使在 1 000~1 100℃煅烧，产品白度仍很好。由于添加铝盐后能在更高温度下煅烧，产品颗粒较致密，耐光性和耐候性都很好。但铝盐是一种负催化剂（如TiO2胶溶）组合使用，才能达到较高的转化率和消色力。添加量为TiO2的0.8%~1.0%（以Al2O3计）时，产品遮盖力为最高。

③磷酸或磷酸盐

磷酸或磷酸盐能改善产品白度和耐候性，颗粒比较柔软容易粉碎。添加量一般为TiO2的0.1%（以P2O5计）。如同时添加锌盐，则磷酸用量可提高，少量磷酸不会阻碍金红石化，但会使消色力稍有降低，并使达到最大消色力的煅烧温度提高。生产时还要考虑到钛铁矿中含磷量，因为会有一部分磷转移到成品中，由此磷酸添加量可适当减少。但是若偏钛酸浆料中含可溶性钛及稀土的话，则要多加磷酸，因为有一部分磷酸要先消耗在与钛和稀土的结合上。

④氨水或铵盐

水洗合格的偏钛酸中约含有硫酸8%~10%，用氨水中和到pH＝5~8，产品容易研磨，但会降低金红石化的能力，如在氨水中和后，将硫酸铵洗去，再加1%的氧化锌，所得的产品消色力可相对提高一些，但吸油量较高。单加氨水会使金红石化能力降低，因而要与金红石化促进剂配合使用。

在生产涂料钛白时，偏钛酸在煅烧前需要加入碳酸钾K2CO3、磷酸H3PO4

等添加剂，以提高钛白粉的某些颜料性能。

加入碳酸钾后的偏钛酸在煅烧时，脱硫温度低，锐钛型微晶体成长快，并能在较低的温度下较快地使煅烧物达到中性。从而防止了物料的烧结，减弱了由烧结而引起的钛白色变现象，使煅烧品颗粒松软，色泽洁白。

添加磷酸的主要作用是隐蔽杂质元素的显色，提高钛白粉的白度。因为加入磷酸可使铁质转化为高温下稳定的白色的磷酸高铁。

添加剂的加入量一般为K2CO30.5%（以TiO2计）；H3PO40.15%（以TiO2计）。 （12）过滤 在硫酸法钛白生产中，影响钛白粉白度的主要杂技是铁。经过盐处理后再次过滤，用砂滤水或无离子水洗涤，是为了进一步除去偏钛酸浆料中的铁和水溶性盐等杂质。

（13）煅烧 钛以二氧化钛的水合物形式从硫酸溶液中沉淀出来时，不仅带有大量的水而且吸附及夹带了一定量的硫酸。煅烧的目的就是在高温下，使俗称为偏钛酸的水合二氧化钛脱水、脱硫并形成一定晶形的钛白。

生产上常采用回转窑（图4）高温煅烧，连续生产。煅烧过程按偏钛酸在 各部位发生的不同变化，可以划分为干燥区250～800℃，晶型转化各部位发生的不同变化，可以划分为干燥区800～860℃和粒子成长区860～950℃三个区域。

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A、 干燥区（250～800℃）

在干燥区中，偏钛酸发生脱水和脱硫变化，这种变化可用下式表示

~ 800 TiO2.xH2O.ySO3 250 ℃ TiO2+ xH2O +ySO3

图 3-4 回转窑

附着在偏钛酸颗粒表面及夹带在颗粒间隙里的湿存水，一般在100～200℃脱掉；结合在偏钛酸分子内部的结合水，要在100～200℃才能脱掉。而偏钛酸所含的硫酸要在500～800℃之间，才能分解成三氧化硫和二氧化硫气体除去。

B、晶型转化区（800～860℃）

在晶型转化区中，成长着的锐钛型晶体向金红石型转化。一般硫酸法制得的偏钛酸中含有锐钛型微晶体，经煅烧后得到的是锐钛型钛白。这种锐钛型晶体通常在900℃以下是稳定的，当温度超过950℃时，就开始向金红石型晶型转化。

C、粒子成长区 在粒子成长区中，长大的晶体聚结成颜料粒子。细小的晶体聚结成颜料粒子需要获得一定的能量，煅烧温度越高，粒子成长的速度越快。而作为颜料钛白，最适合的粒度是0.20～0.35微米。为此，这个区域的温度应控制在860～950℃之间。 （14）粉碎

粉碎是借助机械力的作用，将煅烧钛白粉碎成合适的细度。

钛白的品种很多。由于各种品种的用途不同，对细度要求也不同。涂料钛白的细度指标为通过320目筛子，筛余量小于0.3%，电焊条钛白、搪瓷钛白的细度指标为320筛子，筛余量小于0.5%。

生产上常用粉碎机械是气流粉碎机，为了提高产品的分散性能，在气流粉碎的同时加入表面活性剂。

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3.4 尾气的利用

（温度高） 喷淋装置 利用尾气余热 废 气 高能量的水 得到高能量的蒸汽

用二次洗水喷淋 闭 加 热 路 回用到酸解时 循 所用的蒸汽 环

用作一次水洗

3.5 硫酸亚铁的综合利用

硫酸亚铁是酸解法生产钛白粉的主要副产品，其产量很大，产品价值低，工厂处理起来也很麻烦，故需对其综合利用，综合利用主要有以下方法： (1) 直接销售给不作二次深加工的用户

a 给合成氨厂作为制取铁触媒的原料; b 作化肥; c工业水处理剂; d混凝土添加剂及饲料添加剂等

(2) 用于制造聚合硫酸铁净水剂 (3) 生产一水硫酸亚铁 (4) 铁系颜料

(5) 硫酸亚铁用于生产硫酸 (6) 制造磁性氧化铁

3.6 废酸的综合利用

酸解法生产钛白粉产生的废酸主要可通过以下几个方式利用：

(1) 制绿矾：废酸中已经含有一定量的硫酸亚铁，再加入铁屑，让其与废酸作用生成新的硫酸亚铁一起经冷冻，结晶，分离而得到绿矾晶体或将废酸先供钢厂和电镀厂作酸洗钢材除锈，然后再制绿矾。 (2) 供浸取钛铁矿制人造金红石之用。 (3) 返回作钛白粉生产的稀释水和浸处水之用。

(4) 将废酸浓缩，然后返回用于钛铁矿的酸解或供酸洗钢材除锈之用。

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3.7 废渣的处理

钛白装置沉降工序排出的泥渣、控制过滤工序产生的滤渣和可运至专用渣场进行集中堆放。硫酸法生产钛白粉的最主要原料是钛铁矿及硫酸。硫酸法生产钛白粉所产生的废渣基本上是未反应的钛铁矿粉，该渣经过沉降过滤后，钛液回收返回酸解工序，废渣送往渣场堆放。冷冻结晶后的过滤工序排出的大量的硫酸亚铁，外销。

四 物料及能量衡算

根据国务院公布正常放假时间：劳动节3天、国庆节7天、春节7天、端午节1天、中秋1天、清明1天、元旦1天，工厂设备维护时间共55天，正常上

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班时间：310天/年

本设计为年产十万吨，工作分为三班倒，每班一批，平均每批可生产约107.5吨钛白粉。

4.1钛铁矿组成

表4-1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 4.2工艺条件控制参数

表4-2 工艺条件控制参数表

工艺条件控制项目 酸(以100%H2SO4计)矿比 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 1.0:1.60 97 % 98 % 86 % 为矿粉量的0.2 % 为矿粉量的0.4 % 为矿粉量的3 % 8 % 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 %

4.3.物料计算

4.3.1钛铁矿计算

根据表1所示在此原料的基础上以表2的工艺参数来计算生产每一批次107.5吨钛白粉来计算。每批次生产107.5吨钛白粉在理论上需要原矿中的TiO2中含有107.5吨。故理论需矿量= 107.5/47 % = 228.72t，实际需求269t。

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4.3.2酸量计算

酸解阶段反应所需的含86%的硫酸是将含98%的浓硫酸与含8%的废酸所稀释而成。生产1批钛白粉需要100 %硫酸269t×1.6＝430.5t。故生产一批次钛白粉需要含86%的硫酸500.6t。

假定：98 %浓硫酸用量为G浓 kg，8 %废酸用量为G废 kg，则：

98%G浓＋8 %G废=430.5 t

G浓 + G废 =500.6 t 联立上述方程可以解得G浓=443.8t，G废=66.8t。

4.3.3 沉降过程物料衡算

（1） 以生产一批次107.5t钛白粉来计算，沉降物料平衡如下 表4-3 酸解罐的物料平衡表 进料 物质 钛铁矿粉 H2SO4 (以 H2O Sb2O3 合计 770 质量t 269 430.6 70 0.5 物质 硫酸盐 H2SO4 (以100 %H2O 残渣 水蒸气 合计 出料 质量t 535.1 57.2 3.1 24.2 141.8 761.4 注：综合各种误差，可认为酸解反应进出料守恒

表4-4 浸取还原的物料平衡表

进料 物质 固相物 自来水 废酸 残渣

出料 质量 t 535.1 686.1 57.2 24.2 30

物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 质量 t 238.6 9.8 237.5 4.75 废水 铁屑 合计 3.1 9.3 1315 MgSO4 Al2(SO4)3 Sb2(SO4)3 H2O H2SO4 残渣 合计 47.9 7.2 1.0 692.6 52.3 20.9 1312.6 4.3.4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=(269×97%×0.4%×98)/88＝1.16 t

m硫酸亚铁=(269×97%×0.4%×152)/88＝1.63t m硫化氢=0.41t

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)=(1.0×34×3)/532=0.19 t

多余的硫化氢量为： m硫化氢－m硫化氢(1)=0.41-0.19＝0.22t FeS的残渣=269×0.4 %×3 %=0.0322t

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。

故在出料中硫酸量为52.3-1.16+0.51=51.65t 残渣量为547.7+1.63-0.19=549.14t

表4-5 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 547.7 692.6 52.3 20.9 1.07 1314.57 硫酸 硫酸盐 逸出硫化氢 残渣+硫化梯 水 合计 出料 物质 质量t 51.65 549.14 0.22 20.93 692.6 1314.54

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4.3.5 结晶过程的物料衡算

本设计采用真空结晶，根据实际工况，结晶最终除去硫酸亚铁率为99.5 ％，每1 mol的硫酸亚铁含有7 mol结晶水，分子式为FeSO4·7H2O 故通过结晶剩余硫酸亚铁的质量：

m FeSO4=237.5×0.005=1.19t 用作结晶产生绿矾的FeSO4

237.5-1.19=235.96t

结晶带走水的质量：

m水=235.96t×132÷152=204.91t 表4-6 结晶过程的物料衡算表 进料 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 MgSO4 Al2(SO4)3 Sb2(SO4)3 H2O H2SO4 合计

质量 t 238.6 9.8 237.5 4.75 47.9 7.2 1.0 692.6 51.65 1291 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 MgSO4 Al2(SO4)3 Sb2(SO4)3 H2O H2SO4 绿矾 合计 出料 质量 t 238.6 9.8 1.19 4.75 47.9 7.2 1.0 487.69 51.65 440.87 1290.65 32

4.3.6 浓缩过程物料衡算

为了达到水解的要求，需要浓缩钛液，浓缩前约为150 g/L，密度约为1.46 g/L，要求浓缩后钛液中总钛200 g/L，稳定性≧600，浓缩后钛液密度约1.45-1.55 g/L,取1.52 g/L

除去残渣及不溶解的物质，钛液的总质量为： m（钛液）（1）=238.6+9.8+487.69+51.65=787.74t

钛液中溶质的质量为：

m（钛液）=238.6+9.8+51.65=300.05 t 钛液的总体积：

V1=300.05×103/150=2.00×103 L

当浓缩成200 g/L时，V2=300.05×103/200=1.20×103 L 所以浓缩中要蒸发的水量为： m（水）=?1V1-?2V2=356.32t

剩余的水量m（水）=487.69 - 356.32= 131.37t 表4-7 浓缩过程的物料衡算表 进料 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 H2O H2SO4 出料 质量t 238.6 9.8 487.69 51.65 787.74 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 H2O H2SO4 质量t 238.6 9.8 131.37 51.65 356.32 787.74 合计 被蒸发的水 合计 4.3.7 水解过程中的物料衡算

水解过程中的主要化学反应为：

Ti(SO4)2 + H2O =TiOSO4 + H2SO4 TiOSO4 +2H2O = H2TiO3↓ + H2SO4

在实际生产过程中，第一个反应式基本不存在的。 由于钛液中:m(TiOSO4)=238.6 t 据方程式可算出：

m(H2TiO3)=145.23 t m(H2SO4)=145.38 t m(H2O)=53.41 t

为了使水解更完全通常加入物料5 %的水，即0.73 t。

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表4-8 水解过程的物料衡算表 进料 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 H2O 合计 质量t 238.6 9.8 53.41 301.81 出料 物质 H2TiO3 Ti2(SO4)3 H2SO4 合计 质量t 145.23 9.8 145.38 301.41 由上表可知，进料与出料守衡。

4.4 能量衡算

以生产1批次107.5吨来计算

酸解法生产钛白粉的各个工段均用水蒸汽加热，能量衡算主要是水解工段的能量衡算。

表4-9 饱和水蒸气的焓值表(单位：kcal/kg, 1kJ=0.239kcal) 180℃ 665.0 133℃ 652.0 120℃ 646.4 100℃ 639.1 有关物质生成热如下所示：(1kJ=0.239 kcal)

Q (TiO2)=－224.6 kcal/mol Q (H2SO4)=－194.6 kcal/mol Q (H2O)=－57.8 kcal/mol Q (TiOSO4 )=－358.9 kcal/mol Q (H2TiO3 )=－426.13 kcal/mol

4.4.1 水解反应的反应热

水解反应式：

TiOSO4 +2H2O = H2TiO3↓ + H2SO4

反应的反应热为

Q=(145.23×426.13+145.38×194.6－53.41×57.8－238.6×358.9)×103 =

1457169.9kcal = 6096945.19 [kJ/t]

浓钛液的平均比热容为：C3 =0.29 kcal/kg℃

4.4.2 预热需要的热量

水解时将温度从56 ℃加热升温到96 ℃，此时需要的热量为：

Q= mc△t=301.84 × 0.29 × (96－56)×103

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=3501344 kcal = 14649974.9kJ

4.4.3第一次升温需要的热量

水解时第一次升温时物料温度为90 ℃，沸腾温度为104 ℃，第一次升温到沸腾时间约为30 min。所需要的热量为：

Q= mc△t=301.84×0.29×(104－90)×103 =1225470.4 kcal = 5127491.213 kJ

4.4.4 第二次升温需要的热量

水解是第二次升温时物料温度为102 ℃，沸腾温度为105 ℃，第二次升温到沸腾的时间为约为15 min。所需要的热量为：

Q= mc△t=301.84 × 0.29 ×（105－102）×103

=262600.8 kcal = 1098748.117 kJ

4.4.5保压沸腾时需要的热量

第二次升温后，要保压沸腾三小时，维持在沸腾的温度，平均约为105 ℃， 而维持每千克浓钛液沸腾需要补给的热量约为5524.60 [kJ/kg] 故维持沸腾需要热蒸汽提供的热量大约为：

Q= 301.84 ×103× 5524.60 =1.69×109kJ

4.4.6 需要的饱和蒸汽量

预热、升温、及保压沸腾都是用饱和蒸汽来供热的。

设需要的饱和蒸汽量(4 kg/cm2 绝压)为G [kg/t]，则饱和蒸汽冷凝放热量为：

Q冷凝=G(653.9－88)/0.239=565.9G/0.239

式中：4 kg/cm2 绝压干饱和蒸汽的焓：H=653.9/0.239 [kJ/kg] 矿酸混合后的温度等于此温度下蒸汽的焓：H=88/0.239 [kJ/kg]

预热需要的总热量为：

Q总=6096945.19+14649974.9+5127491.21+10928748.11+1.69×109

=1.717×109 kJ

考虑热损失10 %，则：Q总=(1－10 %)×Q冷凝 即：1.717×109/0.239=0.9×565.9G/0.239 G=3.37×107 t

经过多方查证，若我厂对水蒸气热量供应为3.4×107 t

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故而生产一批次的水蒸气热量需要

Q总=565.9×3.4×107 t

=1.924 ×109KJ

4.4.7水解能量衡算表

表4-10 水解能量衡算表 需热 供热 项目 热量 [KJ] 项目 热量[KJ] 反应热 6096945.19 预热 14649974.9 第一次升温 5127491.213 热蒸气 1.924 ×109 第二次升温 1098748.117 保压沸腾 1.69×109 合计 1.717×109 合计 1.924 ×109 在我们生产过程中能量利用不可能达到百分之百，综合各方损失，能量可见守恒。

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