新型螺旋卸料沉降-过滤离心机在钛白行业的应用

周均生

（上海英千分离机械有限公司，上海 201321）

目前，国内外钛白粉的生产工艺主要为硫酸法和氯化法，其中硫酸法钛白粉在生产过程中产生的副产品硫酸亚铁与黑钛液的分离技术，在整个工艺流程中占有极其重要的地位。在该法生产过程中，通常采用冷冻结晶法和真空结晶法得到硫酸亚铁结晶，经过结晶后的钛液中，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制冷系统将盐水冷却作为载冷剂，通过黑钛液冷冻罐内紫铜（钛材）盘管，间接使钛液温度在搅拌状态下不断下降，使硫酸亚铁达到过饱和而结晶析出。冷冻结晶法降温速度较慢，晶体成长时间长，搅拌强度低，所得到的硫酸亚铁颗粒粒径能达到0.2～0.6 mm，甚至更大；真空结晶法以蒸汽为动力，将其通过蒸汽喷射嘴高速喷出，从而使结晶罐产生真空，黑钛液在真空状态下蒸发，温度降低，随着结晶罐内真空度的提高，黑钛液温度不断下降，从而使硫酸亚铁达到过饱和而结晶析出。真空结晶法降温速度快，晶体成长时间短，搅拌强度剧烈，所得到的硫酸亚铁颗粒粒度较小，一般为 0.08～0.2 mm。

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中硫酸亚铁与黑钛液的分离设备主要有：真空抽滤机、真空圆盘过滤机、活塞推料离心机、虹吸式刮刀卸料离心机等。

1.1 真空抽滤机

真空抽滤机是以真空负压为推动力实现固液分离的设备，分为间歇操作和连续操作2种。前者可过滤各种浓度的悬浮液，后者适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。但真空抽滤机因占地面积大、真空能耗多、劳动力强度大、耗用洗涤水多、后续浓缩的负担大、无法实现连续操作等缺点正逐渐被业界淘汰。

1.2 真空圆盘过滤机

钛白粉行业使用真空圆盘过滤机为水平式，属于连续真空过滤设备，目前得到广泛的应用。真空圆盘过滤机的缺点主要是分离池中硫酸亚铁料层很厚，必须要用大量的洗涤水才可以，大大降低了分离后钛液的浓度，使后续浓缩的负担加大；而且设备占地面积较大，安装精度要求高，在生产操作控制上，如果操作不规范时极易引起硫酸亚铁残钛量的升高，影响收率，造成很大的浪费。并且真空圆盘过滤机属于敞开式设备，而悬浮液是含硫酸根的酸性物质，气雾对工作场所的污染程度很高，极大危害着操作工的身体健康。

1.3 卧式活塞推料离心机

卧式活塞推料离心机是连续进料、脉冲式卸料的离心机，该设备对悬浮液的浓度变化很敏感，要求悬浮液中固体质量分数应大于30%，最好控制在40%～60%，因此使用时需要在前面增设一个增稠器，以提高钛液的固体含量，另外运行机器后细小颗粒的跑料比较多。目前，该设备主要用于冷冻结晶法硫酸亚铁的分离，还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硫酸亚铁的分离中，由于虹吸口、刮刀都和物料作逆向相对运动，因此磨损非常厉害，尤其是当钛矿中含硫量高时，酸性腐蚀严重，对虹吸口、刮刀的材质要求就非常高，导致运行费用较高；另外当物料性能有变化时，硫酸亚铁的脱水性波动就较大，脱液效果不好，离心机震动较大，维修成本较高。

2 新型LWLC450×1250螺旋卸料沉降-过滤离心机的开发

根据结晶物料的特性和国内外离心机的使用情况，开发了新型LWLC450×1250螺旋卸料沉降-过滤离心机（简称“新型离心机”），以提高硫酸亚铁中残钛的回收、降低后续钛液浓缩蒸汽消耗、改善工作环境、降低劳动强度。

2.1 新型离心机基本结构和工作原理（见图1）

新型离心机的工作原理：启动主、副电机后，转鼓和螺旋体构成的回转体稳步升速，并达到额定转速r1和r2，由于差速器的作用，使螺旋产生一个超前转鼓的稳定差转速△r，以实现螺旋卸料功能，悬浮液通过进料管连续进入螺旋体加速斗内加速，因强大离心力的作用，物料均匀地分布在转鼓内腔，密度大的物料贴在转鼓壁上（外层），密度越小的物料则趋向聚集在中间部分（内层），形成二相或多相的分层。此时，固相经过螺旋叶片推动至过滤段转鼓处进行二次离心脱水，固体从固相出口处排出机外，分离后的清液在沉降段从第一液相出口排出机外，在过滤段经滤网孔隙从第二液相出口排出机外，完成整个脱水过程；但固相细小颗粒还会通过筛网缝隙进入第二液相中，由管道进入上游冷冻结晶后，再进入离心机分离，解决了固相漏料的问题；同时为了解决物料的洗涤问题，还设计了一种复合洗涤进料结构，使固相中残留的有效成分大大降低。

图1 新型离心机结构图

离心机自动控制系统采用PLC电气控制，其中双变频调速采用共直流母线接线法，使副电动机再生的能量反馈给主变频器被主电动机利用，从而实现了机器的节能，电耗至少节约30%。

2.2 新型离心机实际应用情况

采用新型离心机，对山东东佳集团钛白粉生产过程中的硫酸亚铁与黑钛液进行分离，分离后质量指标取样见表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

由表2可见，新型离心机分离后的混合液相总钛含量要比真空圆盘过滤机高11.7 g/L。按工艺0.78蒸发系数计算，折算成1 t纯钛浓缩蒸汽消耗降低了0.6252 t，按蒸汽180元/t计算，则同等条件下蒸汽消耗可节约112.54元。

由表2可见，分离后的硫酸亚铁中钛的质量分数比真空圆盘过滤机低0.39%。按1 t纯钛产硫酸亚铁2.3 t计，则生产1 t纯钛可以多回收8.97 kg纯钛；再按纯钛10500元/t计算，则同等条件下可增加收入94.185元。

根据实际处理量计算耗电情况：生产1 t纯钛，真空圆盘过滤机能耗为34.6 kW·h，而新型离心机采用双变频共直流母线调速系统，能耗为22.137 kW·h，可节约能耗 12.463 kW·h。如果按照企业电价0.7元/（kW·h）计，则生产1 t纯钛可节约电费8.72元。

此外，新型离心机还采用了复合洗涤进料结构，使物料洗涤比较充分，大大减少了洗涤水的用量。

3 结论

根据上述应用效果分析，仅从硫酸亚铁中钛液的回收、钛液浓缩所需蒸汽的消耗及电耗方面，采用LWLC4502×1250螺旋卸料沉降-过滤离心机生产1 t纯钛，可为企业创效益约为215.45元。目前1台新型离心机可满足年产1万t纯钛的需要，即可创造效益约为215.45万元/a。并且该设备具有可连续进料、自动卸料、结构紧凑、占地面积小、操作维修方便等特点，有利于在钛白行业中推广使用。

［1］龚家竹.钛白粉生产工艺技术进展［J］ .无机盐工业，2003，35（6）：5-7.

［2］张益都.硫酸法钛白粉生产技术创新［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［3］施震荣.工业离心机选用手册［M］.北京：化学工业出版社，1999.