2.2 Опис основних стадій процесу одержання двоокису титана

2.2.1 Розвантаження, приймання та сушка концентрату

Спосіб механізації розвантаження, приймання, зберігання і внутрішньозаводського транспортування ільменітового концентрату в значній мірі залежить від його властивостей.

Важливим фактором є вологість концентрату. При вмісті до 1,0% вологи концентрат в зимовий час не змерзаються і має кут природного укосу 350, не злежується і придатний для зберігання в силосних баштах без їх аерації. Концентрати, не піддавалися на збагачувальній фабриці розмелюванню в кульових млинах, часто відрізняються не правильною формою частинок, завдяки чого кут природного укосу їх перевищує 450. При вмісті 1,5% вологи концентрат змерзається, тому механізувати його розвантаження і транспортування неможливо.

Якщо на збагачувальній фабриці застосовується мокре гравітаційне збагачення або флотація, то процес збагачення повинен закінчуватися сушінням до достатнього вмісту вологи.

Концентрат розмелюють зазвичай в кульових млинах безперервної дії з повітряною сепарацією в замкнутому циклі (рис.1) Через млин 2 з по-міццю вентилятора високого тиску 7 продувається повітря, що виносить продукти розмелу в прохідній сепаратор 3. Груба фракція пилу повертається в млин, а тонка несеться повітрям в батарейні циклони. Надмірне повітря, що потрапляє в систему в результаті його підноса, віддаляється через всмоктуючий рукавний фільтр 5 з автоматичним струшуванням.

В схему необхідно послідовно включити два циклони. На практиці встановлено, що на виході з сепаратора допускається концентрація пилу до 300 г/м³. Щоб знизити концентрацію пилу перед рукавним фільтром нижче 50 г/м³ (це необхідно для його нормальної роботи), одного циклону не достатньо.

Рис.1. ? Схема розмелювання ільменітового концентрату: 1 - бункер для концентрату; 2 - кульова млин; 3 - сепаратор; 4 - батарейні циклони; 5 - всмоктуючий рукавний фільтр; 6 - бункер для меленого концентрату; 7 - вентилятор високого тиску.

2.2.2 Розкладання концентрату і відновлення розчину

Розкладанням концентрату називається операція обробки його сірчаної кислотою. При взаємодії концентрату з сірчаною кислотою протікають наступні хімічні реакції:

TiO₂+H₂SO₄=TiOSO₄+H₂O+5,8 ккал [2.1]

FeO + H₂SO₄=FeSO₄ + H₂O + 29.0 ккал [2.2]

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄=Fe₂ (SO₄) ₃ + 3H₂O + 33.8 ккал [2.3]

З аналогічних рівнянь з оксидів магнію, алюмінію, кальцію, хрому і ванадію утворюються сульфати тих же металів.

Операцію відновлення можна здійснювати як періодично, так і безперервно.

1) При періодичному розкладанні (рис.2) сірчана кислота, що містить 92-93% H₂SO₄, з мірника 7 заливається в апарат розкладання 4, що представляє собою вертикальний циліндричний резервуар з конусним дном, футерованих кислототривким матеріалом.

Рис.2. ? Схема періодичного розкладання і відновлення

1 - бункерні ваги; 2 - осередковий живильник; 3 - гвинтовий конвеєр; 4 - апарат розкладання; 5 - тельфер; 6 - кошик для обрізків жерсті; 7 - мірник для сірчаної кислоти; 8 - збірник

В конусну частину апарату 4 подається стиснене повітря для перемішування, після чого через осередковий живильник 2 і розподільний гвинтовий конвеєр 3 завантажується мелений концентрат, зважене на бункерних вагах 1. Кількість завантажуємих матеріалів розраховано таким чином, щоб суміш кислоти з концентратом помістилася в конусної частини апарату розкладання. Тривалість завантаження не повинна перевищувати 1 ч. Взаємодія сірчаної кислоти та концентрату починається з моменту їхнього зіткнення, і до кінця завантаження концентрату температура суміші підвищується до 40-50° С.

У зимовий час після закінчення завантаження концентрату суміш підігрівається парою до 60-70° С, в літній час підігрів не проводиться, навпаки, іноді необхідно попереднє розведення сірчаної кислоти з подальшим її охолодженням.

Після закінчення завантаження концентрату і доведення температури суміші до заданої в апарат розкладання подають невелику порцію води для розведення сірчаної кислоти до 89%, при цьому температура суміші миттєво підвищує-ся. Замість води можна застосовувати також гідролізну кислоту, якщо її концентрація постійна і вона не містить суспензії метатитановой кислоти.

У зимовий час після закінчення завантаження концентрату суміш підігрівається парою до 60-70° С, в літній час підігрів не проводиться, навпаки, іноді необхідно попереднє розведення сірчаної кислоти з подальшим її охолодженням.

Після закінчення завантаження концентрату і доведення температури суміші до заданої в апарат розкладання подають невелику порцію води для розведення сірчаної кислоти до 89%, при цьому температура суміші миттєво підвищує-ся. Замість води можна застосовувати також гідролізну кислоту, якщо її концентрація постійна і вона не містить суспензії метатитановой кислоти. Одночасно різко збільшують подачу стисненого повітря в апарат розкладання. Підвищення температури і розведення кислоти прискорюють розкладання концентра-та. В результаті реакція протікає дуже бурхливо, і, протягом приблизно 1 хв. за-закінчуються так звана головна реакція, при якій з реакційної суміші виділяється майже вся вода у вигляді водяної пари. "Апарат при цьому відчуває сильні поштовхи і вібрує. Потім інтенсивність виділення пара швидко знижується, і через 2-3 хв. реакція закінчується.

Розрахунок показує, що швидкість пароповітряної суміші в апараті розкладання в момент головною реакції досягає 7 м/сек в перерахунку на вільне січення апарату. Така швидкість несумісна з наявністю рідкої фази, так як остання була б викинута з апарату. Операція розкладання протікає спокійно завдяки швидкому затвердінню реакційної суміші, що утворює пористий "плав".

При порушенні матеріального чи теплового рівноваги, наприклад по-підвищенні температури або концентрації кислоти (особливо в літній час) або перегрів суміші паром (в зимовий час), швидкість виділення пари з суміші може зрости до такого ступеня, що частина рідкої маси буде викинута з апарату. Викинута маса швидко застигає. Викид може статися так-же і при завантаженні надмірної кількості кислоти або при надмірному розведенні кислоти водою, в результаті чого сповільниться затвердіння реакційної суміші.

Автоматичний контроль кількості кислоти, концентрату, а також тим-температуру різко зменшує ймовірність викиду, проте апарати розкладання періодичної дії повинні бути відокремлені від коридору управління стіною; входити в приміщення розкладання з моменту початку завантаження концентра-та до закінчення головної реакції не дозволяється. Спостереження за ходом процесу здійснюється з коридору управління через невеликі вікна з органічні-кого скла. В коридор винесені відповідна арматура і контрольно-вимірювальні прилади.

На деяких заводах розведення кислоти до концентрації 89% виробляють в апараті розкладання перед завантаженням концентрату.

При цьому спрощується спостереження за процесом, знижується ймовірність порушення процесу в результаті помилки при розведенні, але вихід по операції розкладання знижується на 1-2%.

В момент закінчення головної реакції температура плаву досягає 200-210° С. Через 10 хв. подача стиснутого повітря в апарат розкладання припиняється і плав піддається визріванню, тривалість якого залежить від розміру апарату розкладання і пори року. В апараті розкладання ємністю 45 Ж3 визрівання продовжується взимку близько 1 год., влітку 2-3 ч. Чим менше апарат розкладання, тим важче забезпечити в ньому високий вихід з операції розкладання, оскільки збільшується відношення поверхні охолодження апарати-та до його об'єму.

Порівняння багаторічних даних роботи двох цехів, які споживають один і той же мелений концентрат і обладнаних апаратами розкладання однакової конструкції (перший апарат ємністю 10 м³, другий - 35 м³), показує, що вихід з операції розкладання в першому з них в середньому на 2 - 3% нижче, ніж у другому. Цю особливість слід враховувати при вивченні розкладання нових видів титаномістящої сировини. В апаратах періодичної дії великої ємності (45 Ж3 і більше) вихід з операції розкладання досягає 94-96%,.

В процесі визрівання температура плаву знижується, що запобігає гідроліз сульфату титану при зіткненні з першими порціями води при вилуговуванні плаву. З тією ж метою (уникнути гідролізу) перші порції води для вилуговування плаву підкисляють сірчаною кислотою. В апаратах ємністю більше 100 м³ час, необхідний для визрівання плаву, недостатньо для його охолодження. Тому потрібно проводити додаткову продувку плаву стисненим повітрям для зниження температури плаву приблизно до 80° С.

Невелика кількість води для вилуговування подають спочатку в нижню частина апарату розкладання до рівня плаву. Потім поступово зверху, при слабкому перемішуванні суміші стисненим повітрям, подають іншу частину води. Вилуговування проводять при 65-70° С і щільності пульпи 1,40-1,45 г/см³. Тривалість вилуговування 3-5 ч.

2) Безперервне відновлення, розроблене стосовно безперервного вилуговування, може поєднуватися і з періодичним розкладанням. В цьому випадку між апаратами розкладання і апаратами відновлення доцільно встановити буферну ємність з мішалкою.

Відновником служить чавунна стружка, безперервно надходить у перший по ходу апарат відновлення, забезпечений мішалкою. Туди ж не-безперервно подається розчин з буферної ємності. Послідовно включається не менше трьох апаратів відновлення. Живильні труби повинні бути занурені в кожен апарат на достатню глибину.

Процес ведеться до досягнення в розчині концентрації тривалентного титану 2-3 г / л.

При безперервному процесі виключається небезпека викиду маси з апараті. Разом з тим низька продуктивність апаратів, залежність виходу по операції розкладання від ступеня зносу лопаті шнека, відсутність перевіреної системи автоматичного регулювання розкладання, вимушене застосування олеуму і необхідність більш ретельної сушки розмелювання концентрату є недоліками безперервного розкладання, що врівноважують його переваги в порівнянні з періодичним. Безперервного розкладання має супроводжувати і безперервне вилуговування плаву з безперервним відновленням.

2.2.3 Властивості виробничих розчинів сульфату титану

Найважливіша відмітна особливість розчину сульфату титану - не-перериване зміна його в часі. З моменту утворення розчину починається укрупнення молекул, яке супроводжується відщепленням груп SO₂^-4 і заміною їх ОН-групами. При тривалому стоянні розчину утворюються агрегати молекул колоїдного розміру, а потім розчин каламутніє і випадає білий осад метатитановой кислоти.

Ступінь стабільності розчину визначається таким чином: 25 мл розчину розводять водою в мірній колбі ємністю 250 мл, фільтрують і відбирають 10 мл фільтрату в колбу ємністю 500 мл, в яку додають воду порції-ями по 50 мл (2 рази), а потім по 100 мл. Після кожної добавки води пробу збовтують і, якщо протягом 1-2 хв. проба не помутніла, додають наступну порцію. При появі опалесценції або слабкого помутніння додають по 50 мл води до значного помутніння.

Ступінь стабільності характеризується загальним числом мілілітрів води, доданих до 10 мл фільтрату (тобто до 1 мл вихідного розчину). Для розчину хорошої якості це число складає 600-700. Якщо воно нижче 300, вважається, що розчин втратив стабільність і непридатний для гідролізу. Чистий, відфільтрована розчин зберігає достатню стабільність протягом 2-3 діб. Однак при зберіганні не фільтрованого розчину істотне зниження стабільності настає вже до кінця першої доби. Різко падає стабільність при попаданні в розчин частинок метатитановой кислоти, які можуть потужити зародками, які сприяють гідролізу. Шкідливо позначаються на стабільності коливання температури, навіть незначне розведення розчину водою, а особливо нагрів розчину гострим паром.

Висока концентрація сульфату двовалентного заліза (до 130 г / л в перерахунку на залізо) - друга особливість розчину. Уже при температурі 45° С починається випадання в осад кристалів гептагідрату сульфату заліза, супроводжується підвищенням концентрації сульфату титану в розчині.

Третя важлива особливість - висока корозійна активність розчину по відношенню до чорних металів. Наявність в розчині сильного відновите-ля - тривалентного титану - обумовлює руйнування плівки окислів, пассівірующіх поверхню сталі. Наприклад, поширена нержавіюча сталь марки 1Х18Н9Т досить стійка в 20% -ної сірчаної кислоти, але у виробничих розчинах сульфату титану, що містять кислоту тієї ж концентрації, зовсім нестійка (крім операції відновлення).

2.2.4 Очищення розчинів від шламу і виділення залізного купоросу

Шлам, що залишається в розчині після розкладання і відновлення, містить в середньому 25% ТiO₂, 40% (8TiO₂ + А1₂О₃), 30% оксидів заліза.

За гранулометричним складом шлам ділиться на дві фракції, приблизно рівні за вагою:

1) груба фракція, що містить частинки кварцового піску, розкладання ільменіту та інших мінералів і відрізняється високою швидкістю осадження (більше 1,0 м / ч);

2) тонка фракція, що представляє собою продукт розкладання ільменіта, багата кремінної кислотою і осідає дуже повільно.

Для освітлення розчину застосовують коагулянти, але навіть при введенні їх швидкість осадження тонкої фракції не перевищує 0,2-0,3 м / ч. Така швидкість осадження шламу характеризує розчини уральських і норвезьких концентра-тов. Швидкість осадження тонкої фракції слабо лейкоксенізірованний концен-трат типу українських не перевищує 0,1 м / ч. При більш високого ступеня лей-коксенізаціі в шламі виявляються частки вторинного рутилу розміром по-рядка 0,01 мк, коагуляція яких вкрай утруднена. Таку суспензію не завжди вдається освітлити або відфільтрувати промисловими способами. Тому при дослідженні кожного нового родовища двоокису титану необхідно вивчити можливість очищення розчину від шламу.

Швидкість осадження шламу в загальному може змінюватися в залежності від властивостей концентрату, методу його збагачення і характеру застосовуваних флот-реагентів. Великий вплив на швидкість освітлення розчину надає ступінь його стабільності. Задовільний результат дає сульфанол НП-1 - натрієва сіль алкіл бензол сульфокислоти. Витрата 1% -ного розчину сульфанила НП-1 становить 10 л на 1 л осветляємого розчину.

Кращим коагулянтом є пластівці сульфіду сурми, які при осадженні захоплюють з собою тонкі частинки шламу. Для отримання сульфіду сурми в апарат розкладання періодичної дії перед початком реакції вводять окис сурми в кількості 0,13% від ваги концентрату.

Перед освітленням до розчину сульфату титану, який містить сульфат сурми, додають твердий сульфід заліза, який, розчиняючись в сірчаної кислоти по реакції:

FeS + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂S [2.4]

виділяється сірководень, в свою чергу реагує з сурмою та утворення осаду сульфіду сурми:

MS (SO₄) ₃ + 3H₂S = Sb₂S₃ + 3H₂SO₄ [2.5]

На деяких зарубіжних заводах замість сірчистого заліза застосовується розчин сульфіду натрію. В цьому випадку виділяється більший надлишок сірководню. Для поглинання сірководню розчином каустичної соди використовуються послідовно включені зрошувальні скрубери.

При безперервному розкладанні, відновлення та очищення розчину (мал.3) сульфід натрію, розчинений в апараті 6, подається через мірник 2 в мішалку 7, куди надходить і залізний купорос. З мішалки 7 через дозатор 1 суспензія сульфіду заліза безперервно подається в згущувач 4. Туди ж із збірника суспензій 5 через дозатор 3 надходить розчин, який підлягає освітленню.

Освітлення розчину в згущувачах безперервної дії - найбільш поширений спосіб очищення розчинів сульфату титану. Можливо також фільтрування на барабанних вакуум-фільтрах з намивні шаром з деревної муки. Поверхня фільтрування повинна становити 15 м² при випуску 1000 т / рік двоокису титану, в тому числі 2 м² для фільтрування шламу, репульпірованного в підкисленою воді з метою отримання двоокису титану з міститься в шламі розчину. Продуктивність 1 м² поверхні фільтрування в залежності від властивостей концентрату і умов розкладу становить 90-110 л / ч. Тривалість операції власне фільтрування 16-18 год., після чого слід перезарядка фільтра.

Внаслідок абразивності шламу доводити глибину занурення барабана фільтра в суспензію до осі недоцільно. Для збільшення продуктивності фільтра частина суспензії наливають безпосередньо на поверхню барабана.

Згущений шлам, потрапляючи в репульпатор 8 (див. мал.3), піддається декантаціоного промивання з використанням кислих промивних вод при операції вилуговування плаву або фільтруванню після розведення невеликою кількістю води (для запобігання кристалізації залізного купоросу). Щоб уникнути гідролізу сульфату титану промивна вода підкисляється сірчаної кислотою.

На підприємствах невеликої потужності освітлення проводиться в відстійник періодичної дії з наступним зневодненням шламу на фільтрпресі або весь розчин фільтрується без попереднього освітлення і без добавки коагулянту. В останньому випадку до розчину перед фільтруванням додають паперову масу або деревну муку.

Кристали залізного купоросу відокремлюються і промиваються водою на центрифугах безперервної або періодичної дії.

Рис. 3. ? Схема очищення розчину від шламу

1 - ковшовий дозатор для суспензії сульфіду заліза; 2 - мірник; 3 - ковшовий дозатор для суспензії після розкладання; 4 - згущувач гребків безперервної дії; 5 - збірник суспензій; 6 - апарат для розчинення сульфіду натрію; 7 - мішалка для приготування сульфіду заліза; 8 - репульпатор

Кращий результат дають центрифуги типу НГП (рис.6) безперервної дії з пульсуючим вивантаженням, що працюють в замкнутому циклі з відстійником. Відділення кристалів від розчину відбувається в центрифузі без застосування фільтрткані через щілини (шириною 0,3 мм) в колосникових аратах, розташованої по твірної циліндричного барабана центрифуги. Суспензія подається в ротор 6 по живить трубі 2 до приймального конусу. Фільтрат проходить через сито ротора і виводиться з-кожуха. Утворений на поверхні першого каскаду 4 шар осаду залізного купоросу при зворотному (вправо) ході каскаду скидається па сито другого каскаду 3, де промивається холодною водою і віджимається. При прямому ході першого каскаду (ліворуч) купорос скидається з поверхні другого каскаду.

Рис.5. ? Схема вакуум-кристалізації та центрифугування: 1 - вакуум-крісталізатори; 2 - конденсатор пароенжекторної установки; 3 - відстійник; 4 - центрифуга типу НГП; 5 - стрічковий транспортер; 6 - збірник суспензій.

Суспензія подається в ротор 6 по живить трубі 2 до приймального конусу. Фільтрат проходить через сито ротора і виводиться з-кожуха. Утворений на поверхні першого каскаду 4 шар осаду залізного купоросу при зворотному (вправо) ході каскаду скидається па сито другого каскаду 3, де промивається холодною водою і віджимається. При прямому ході першого каскаду (ліворуч) купорос скидається з поверхні другого каскаду. Потім операція повторюється.

Товщина шару купоросу встановлюється зрівняльним кільцем 5. Число пульсацій регулюється зміною кількості масла, що надходить в розподільник 7. Вода для промивання подається по трубі 1.

Рис.6. ? Центрифуга з пульсуючим вивантаженням:

1 - труба для подачі води, 2 - живильна труба; 3 - другий каскад; 4 - перший каскад; 5-зрівняльний кільце, 6 - ротор; 7 - розподільник масла.

Винесення часток з отфугованной розчином різко збільшується при зниженні вмісту твердої фази в суспензії, що поступає в центрифугу. Тому куль-па подається не в центрифугу, а спочатку у відстійник 3 (див. рис.5). Кристали осідають і вивантажуються з мінімальною кількістю розчину в центрифугу 4, а злив з верхньої частини відстійника, що містить невелику кількість тонких частинок шламу, які не були схоплені при фільтруванні гарячого розчину, направляється на контрольне фільтрування. Отфугованний розчин, що містить дрібні кристали залізного купоросу, направляється в збірник 6 і змішується з суспензія, що надходить з вакуум-кристалізаторів 1.

Після відділення залізного купоросу розчин необхідно піддати додатковому контрольному фільтруванню. Для цього застосовуються тільки апарати періодичної дії, що виключають можливість випадкового пропускання мутного фільтрату. Контрольне фільтрування проводиться на фільтрпресі через шар попередньо намитої на фільтр ткань деревної муки або на гравітаційних листових фільтрах, що працюють під невеликим тиском, через шар попередньо намитого на фільтр ткань кізельгуру. Останній метод краще, але він пов'язаний з досить складною попередньою обробкою кізельгуру, яка необхідна для надання йому гарної фільтрує мості. Задовільні результати отримані при використанні деревної муки хвойної породи № 180 (ГОСТ 911-51).

Для збільшення швидкості фільтрування розчин підігрівають до 35-40° С. Освітлений розчин збирається і зберігається в буферному збірнику чистого розчина.

Зіставлення експлуатаційних даних трьох-і п'ятиступінчастою вакуум-кристалізації показало, що остання істотних переваг не має. Набагато більший вплив на крупніють і навіть форму кристалів залізного купоросу надає зміст суспензії в поступаю щем на кристалізацію розчині, його стабільність і сольовий склад. Наприклад, накопичення в розчині алюмінію та інших катіонів в результаті надмірно великого повернення в цикл гідролого-спека кислоти сприяє отриманню дрібних плоских кристалів, які легко проскакують через щілини центрифуги.

При будь-якому порушенні технології наявність у схемі відстійника 3 (див. рис.5) важливіше, ніж конструктивні особливості вакуум-кристалізаційної установки.

2.1.5 Випарка та гідроліз

Після відділення залізного купоросу і контрольного фільтрування розчину, залежно від складу ільменітового концентрату, містить 150-180г / л ТiO₂ Для осадження з розчину частинок метатітановой кислоти необхідного розміру (0,2 - 0,4 мкм) слід підвищити концентрацію розчину до 220-240 г / л ТiO₂. Щоб уникнути передчасного гідролізу випарювання розчину ведеться при температурі 55-57° С і залишковому тиску 60-80 мм рт. ст.

Випарні апарати періодичної дії, забезпечені змійовиками для нагрівання розчину паром, виконуються так, щоб висота шару рідини в апараті не перевищувала 1,0 л, інакше гідравлічний тиск стовпа рідини викличе перегрів нижніх шарів рідини вище допустимої температури.

Рис.7. Схема вакуум-випарювання:

1 - напірний бак, 2 - випарної апарат (випарник); 3 - виносний циркулятор, 4 - барометричний конденсатор; 5, 7 - збірники; 6 - гідравлічний затвор.

Застосовуються також трубчасті апарати безперервної дії з виповз-нього плівкою типу апаратів Кестнера. На рис.7 показані випарні апарати безперервної дії. Розчин із збірки 5 через напірний бак 1 надходить в випарної апарат 2 і зливається в збірник 7. Утворений пар проходить через барометричний конденсатор 4, Несконденсовані гази відсмоктуються паро-ежекторним блоком. Гаряча вода через гідравлічний затвор спускається в каналізацію або використовується в водообігу.

Рис.8. ? Схема гідролізу:

1 - апарат для розчинення їдкого натру; 2 - бак для розбавлення їдкого натру; 3 - мірник для приготування зародків; 4 - мішалка для приготування зародків; 5 - мірник для зародків; 6-апарат гідролізу.

Майже на всіх підприємствах в процесі гідролізу в розчин вводять заздалегідь приготовлені зародки, що представляють собою колоїдний розчин ортотитанової кислоти. Застосовувався раніше на багатьох заводах метод вливання розчину з концентрацією 240 г/л ТiO₂ в воду по строго визначеному технологічному і температурному графіку (метод Блюменфельда) в даний час використовується рідко.

Кількість анатазних зародків на одну операцію гідролізу (в перерахунку на двоокис титану) складає 0,5-1,0% від кількості підлягає гідролізу двоокису титану. Зародки готують в мішалці з змійовиками. Для приготування зародків застосовують розчин сульфату титану після кристалізації залізного купоросу, відділення випали кристалів і контрольного фільтрування. Концентрація двоокису титану в цьому розчині 160 г / л, кислотний фактор 2,0, відношення Fe до TiO2 = 0,3/1. Розчин сульфату титану розбавляють водою приблизно в два рази з таким розрахунком, щоб після нейтралізації він містив 55-65 г / л TiO2. Після розбавлення до розчину сульфату титану для часткової нейтралізації сірчаної кислоти доливають розчин їдкого ватра, що містить 460 г / л NaOH, в кількості, необхідній для зниження кислотного фактора до 0,25-0,30. Нейтралізація проводиться поступово, при перемішуванні протягом 2-3 ч. Якщо при приготуванні зародків випадає драглистий осад, його розчиняють, додаючи невеликими порціями додаткову кількість розчину сульфату титану до повного розчинення осаду.

На рис.8 показаний варіант приготування зародкової рідини з розчину сульфату титану. Їдкий натр розчиняється в апараті 1, що має помилкове дно, раз-додавали в баку 2 до заданої концентрації і через мірник 3 періодично подається в мішалку 4 для утворення зародків, куди попередньо заливається чистий розчин. Через мірник 5 зародкова рідина зливається в апарат гідролізу 6, попередньо заповнений упарений розчином зі збірки 7 (див. рис.8), який забезпечений паровим змійовиком для підтримки температури розчину на рівні 70° С.

Після закінчення операції часткової нейтралізації в змійовики пускають пар і розчин нагрівають до 65° С. Потім пара вимикають, розчин витримують при перемішуванні протягом 1 год., причому температура його знижується до 55-60° С. У змійовики подають холодну воду, розчин охолоджують до 35° С, подачу води припиняють і мішалку зупиняють. Готовий зародковий розчин являє собою опалесцентну рідина з концентрацією двоокису титану 55-65 г / л і вмістом активної кислоти 15-17 г / л. Тривале зберігання зародкового розчину неприпустимо. Бажано застосовувати його не пізніше однієї доби після виготовлення. Можливі й інші рецептури зародкового розчину, в тому числі зі зниженою у два рази концентрацією зародків.

Для подальшого перекладу анатазной форми двоокису титану в рутильної в процесі термічної обробки в метатітановую кислоту додають окис цинку або магнію.

Двоокис титану більш високої якості виходить при використанні зародків, що представляють собою опалесцентний колоїдний розчин ортотитанової кислоти в соляній кислоті. Для-його приготування застосовується очищений тетрахлорид титану (0,003% Fe) - масляниста, сильно димить на повітрі рідина з густиною 1,72.

В емальований апарат, забезпечений сорочкою і мішалкою,, заливають воду і поступово по трубці, опущеної нижче рівня рідини, вводять тетрахлорид титану. Розчинення тетрахлорида титану у воді - екзотермічна реакція, по-цьому в сорочку апарату подають воду для охолодження, щоб температура до кінця розчинення не перевищила 40° С. Після закінчення заливки тетрахлорида титану до розчину додають трохи металевого цинку для освіти в розчині 0, 3-0,5 г/л тривалентного титану. Потім повністю нейтралізують соляну кислоту розчином їдкого натру, який вводять з 10% -ним надлишком від теоретично необхідної кількості. Операцію ведуть при енергійному перемішуванні і охолодженні. Утворений гель розчиняють в розведеної соляної кислоти; такий розчин містить 30 г / л TiO2 і 15-18 г/л НСl, що відповідає кислотному фактору 0,5-0,6. Отриманий колоїдний розчин нагрівають до 90° С, витримують при цій температурі 10 хв і швидко охолоджують нижче 60° С. Зародки не підлягають тривалому зберіганню.

Зародковий розчин можна приготувати також шляхом розчинення в соляної кислоти метатітановой кислоти, попередньо звільненій від іона. Рутілізірующіе зародки можна додавати до метатітанової кислоти безпосередньо перед операцією прожарювання.

Предгідролізний розчин повинен мати стабільність 500-600 і містити не більше 0,01 г / л шламу.

Зразковий склад упареного розчину (в г / л):

Щоб апарат гідролізу можна було легко відмивати від залишків метатітанової кислоти, його днище повинно мати конічну форму або ухил в бік розвантажувального штуцера.

Нагрівання розчину здійснюється глухим паром, який подається в мед-ні змійовики. З метою збільшення терміну їх служби доцільно доводити товщину стінок до 4 мм і ділянку труби поблизу рівня рідини, що піддається поперемінно впливу кисню повітря і сірчаної кислоти в розчині, захисту свинцевим кожухом, припаяним до мідної труби.

Загальна тривалість операції гідролізу, включаючи завантаження і вивантаживши-ку, 7 ч. Розчин розбавляється приблизно в 1,4 рази (додається 40% конденсату від об'єму розчину).

Конденсат попередньо підігрівається в збірнику гострим паром. Вихід при гідролізі 95-97%. У розчині залишається 6-7 г / л сульфату титану. На деяких зарубіжних підприємствах апарати гідролізу працюють під надлишковим тиском до 10 мм рт. ст.

Охолодження суспензії метатитановой кислоти після гідролізу можна проводити в апараті гідролізу або в окремих збірниках, обладнаних свинцевими змійовиками для охолодження водою і мішалками. Перший варіант застосовуються тільки в цехах невеликої потужності. У другому випадку необхідно забезпечить самоплив суспензії з апаратів гідролізу в збірники, так як передача її насосами при температурі близько 100° С нездійсненна.

При великої потужності цехів і відповідно великої ємності апаратів гідролізу суспензію в збірниках не вдається охолодити нижче 70° С, що негативно позначається на терміні служби гумміровкі барабанних вакуум-фільтрів. У цьому випадку доцільно пропускати пульпу метатітановой кислоти через в а к у розум-охолоджувач 1 (риc.9), який через барометричний конденсатор підключений до поршневому вакуум-насосу підвищеного вакууму. У вакуум-охолоджувачі підтримується залишковий тиск 30 мм рт. ст., що забезпечує температуру випарювання 38° С. Охолоджена до 38° С суспензія метатітановой кислоти, зливається в гідравлічний затвор 6 і надходить на фільтр 3.

Виробничий контроль операції гідролізу включає, крім хімічного аналізу, також непряме визначення ступеня дисперсності випала в осад метатітановой кислоти по швидкості її відстоювання. Швидкість відстоювання проби суспензії, попередньо розведеною водою до густини 1,04 (5° по Боме), при 20° С долині бути 200-300 мм / ч.

2.2.6 Фільтрування і промивання кислоти, відбілювати, сольова обробка

Фільтрування метатітановой кислоти і відмивання її від заліза та інших домішок проводяться в присутності тривалентного титану в умовах, виключаючи можливість утворення окисного заліза, яке сорбується метатітанової кислотою і не піддається відмиванні. В кінці відмивання необхідно зберегти в розчині достатню кількість вільної сірчаної кислоти, щоб забезпечити відмивання хрому, нікчемні домішки якого (близько 0,01%) надають жовтизну двоокису титану. Між тим промивка здійснюється звичайно очищеною водою, що має слаболужну реакцію (pH 8-9). Тому на останніх стадіях промивки доцільно промивну воду додатково підкисляти сірчаної кислотою.

На нових підприємствах переважно виконувати трубопроводи очищеної води з пластмас (наприклад, поліетилену). В цьому випадку очищена вода не буде забруднюватися матеріалом трубопроводу і може мати нейтральну реакцію. Очищена вода, що застосовується для приготування зародків і для промивання, не повинна містити більше 0,1 мг / л заліза. Тимчасова жорсткість не більше 0,7 мг-екв / л, постійна - не більше 3,5 мг-екв1л. Вода не повинна мати ознак каламуті, опалесценції.

Рис.9. ? Схема фільтрування і промивання:

1 - вакуум-охолоджувач; 2 - бункер для деревної муки, 3 - барабанний вакуум-фільтр з намивні шаром; 4 - барабанний вакуум-фільтр з валиковым зніманням, 5 - мішалка; б - гідравлічний затвор з мішалкою; 7 - мішалка для суспензії деревинного борошна; 8 - гідравлічний затвор.

Суспензія метатітановой кислоти в гідролізної кислоті являє собою сильно пептізірованную систему, яка характеризується малою швидкістю відстоювання (5-10 мм/год) і утворенням щільного осаду, важко піддається взмучіванню. При розведенні суспензії водою наступає коагуляція. збільшують швидкості відстоювання і фільтрування. Зменшується проскакування метатітанової кислоти через фільтрткань.

На рис.9 показана схема процесу фільтрування і промивання метатитановой кислоти на барабанних вакуум-фільтрах. Суспензія метатитановой кислоти з апарату гідролізу 6 (див. рис.8) через вакуум-охолоджувач 1 надходить на фільтр 3. Суспензія деревної муки у воді для утворення намивного шару на фільтрі 3 готується в мішалці 7. Паста з фільтра 3 надходить у мішалку 5. Фільтрат (гідролізна кислота) через вакуум-котел і гідравлічний затвор 8 надходить в збірник і направляється в цех утилізації.

В мішалці 5 паста розбавляється очищеної (тільки на останніх стадіях репульпаціі) водою і знову переходить в стан суспензії (так звана репульпація). Суспензія, яка містить 100-120 г/л ТiO₂, подається на фільтри з ва-ликівним зніманням 4, включені послідовно.

Після фільтрування на барабанних вакуум-фільтрах, а в окремих випадках і на заглибних (в результаті порушень процесу), виникає необхідність у додатковій операції відновлення сорбованої метатитановой кислотою окисного заліза, іменованої операцією відбілювання, для чого суспензію метатітанової кислоти обробляють сірчаної кислотою, а залізо відновлюють цинкової пилом при 80-90° С.

Перед подачею на прожарювання метатітановую кислоту піддають сольовий обробці в мішалках. Для сольовий обробки, як і для промивання, застосовується очищена вода.

Рецептура сольових добавок залежить від бажаної кристалічної форми двоокису титану. Вміст двоокису титану в суспензії на цій операції 270-290 г/л. Процес ведеться без підігріву.

Для отримання анатазу до суспензії додають розчин поташу в кількості 1% К₂СО₃, фосфорну кислоту в "кількості 0,3-0,5% Р₂О₅, а в кінці процесу вольфрамати натрію в кількості 0,03-0,05% WO₃ від маси завантажується двоокису титану. При отриманні двоокису титану рутильной форми замість поташу і фосфорної кислоти, вводять окис цинку (0,5 - 1, 0%), а в деяких випадках окис магнію та гідроокис алюмінію і додають рутілізіруюшіе зародки метатітанов кислоти.

Регулювання безперервної термічної обробки в обертових печах. Прожарювання пігментного двоокису титану (рис.10) проводиться в трубчастої обертової печі 1 протитечією при безпосередньому зіткнення матеріалу з продуктами згорання палива. Суворе сталість технологічного і температурного режимів - найважливіша умова отримання пігменту із заданими властивостями. Прилади автоматичного контролю та управління розташовані на щиті управління, що встановлений поблизу "гарячого" кінця печі, у робочого місця машиніста печі.