一、鈦液凈化的目的

　　經(jīng)過沉降除去了絕大部分殘渣，經(jīng)過冷凍結(jié)晶除去了硫酸亞鐵晶體，但是鈦液中尚含有一些沉降不完全而帶過來的微量固相物，這些固相雜質(zhì)顆粒極細，在硫酸亞鐵晶體的粗濾時，能穿過濾布留在鈦液中，其表面可能帶有一定的電荷，讓其留在鈦液中會造成下列兩方面的危害。

　　1.影響水解產(chǎn)物顆粒結(jié)構(gòu)，造成偏鈦酸水洗難和產(chǎn)品的顏料性能差。

　　鈦液水解的過程，是先形成一批結(jié)晶中心，這些結(jié)晶中心逐漸成長，最終成為固體而沉析出來。結(jié)晶中心是一種膠體物質(zhì)，它對水解產(chǎn)物的顆粒結(jié)構(gòu)有一定的影響。為了得到符合要求的水解產(chǎn)物，必須按規(guī)定要求制備結(jié)晶中心。而鈦液中的膠體固相雜質(zhì)，在鈦液水解時會起到結(jié)晶中心的作用，但是這種結(jié)晶中心是不符合要求的，是一種不良的或不規(guī)則的結(jié)晶中心，它會影響水解產(chǎn)物的顆粒結(jié)構(gòu)，使其形狀不規(guī)則，顆粒表面不光滑，帶有棱角，造成偏鈦酸水洗效果差，同時還會影響產(chǎn)品的顏料性能。

　　2.吸附金屬離子，污染成品，降低純度，影響白度。

　　由于這些固相雜質(zhì)是帶有電荷的膠體微粒，它們會吸附某些金屬離子。當它們在水解過程中成為結(jié)晶中心時，這些吸附的金屬離子便隨著進人了水解產(chǎn)物偏鈦酸的粒子內(nèi)部，最終混人成品中去，降低了成品的純度。而某些帶色的有害金屬離子如釩、鉻、錳、鉛、鉆等的混入，還會影響到產(chǎn)品的白度。

　　為此，在生產(chǎn)顏料鈦白粉時，必須進行一次板框壓濾，把這些固相雜質(zhì)除去。

　　二、助濾劑及其在凈化過濾中的作用

　　能夠改變過濾物料顆粒分布及其過濾特性，從而改進過濾效果的輔助性粉狀物質(zhì)稱為助濾劑。助濾劑是一種疏松、多孔、有吸附能力，具有粒子小、粒度分布范圍較窄，顆粒較堅硬，分散性、懸濁性、化學穩(wěn)定性及形成濾餅多孔性都好，價格低廉、來源豐富的物質(zhì)。它具有濾除細小顆粒、防止過濾介質(zhì)堵塞、延長過濾設備運轉(zhuǎn)時間、獲得完全澄清濾液的作用。

　　經(jīng)沉降除渣和經(jīng)硫酸亞鐵過濾后的鈦液，仍存在有極細的膠體固相雜質(zhì)。若用一般方法進行板框壓濾，初濾時容易穿濾，得到的濾液澄清度仍不佳，并且隨著過濾的繼續(xù)進行，這些膠體固相雜質(zhì)會逐漸在濾層孔眼處積聚，導致濾層堵塞，使鈦液難以繼續(xù)通過，過濾速度大為下降。為了克服上述困難，可以在板框壓濾前先將助濾劑配成懸浮液加人板框壓機內(nèi)，使濾布先黏附上一層助濾劑，然后再加人鈦液進行板框壓濾，這樣就可以防止膠體固相雜質(zhì)堵塞濾層，從而使壓濾過程順利地進行下去。

　　三、常見各種助濾劑的特性、質(zhì)量要求和用量

　　常用的助濾劑有木炭粉、硅藻土、谷殼灰和紙漿等。

　　木炭粉是木材燒成的木炭再經(jīng)粉碎加工而成的黑色粉末。木炭粉疏松多孔，顆粒近似球形，有利于過濾，有一定的比表面積，可以吸附膠體雜質(zhì)。木炭的質(zhì)量要求是灼燒減量應＞９０％，不含F(xiàn)e2O3、MnO2等，以免降低鈦液的三價鈦含量，要求細度為150目篩余物為2％，每平方米過濾面積使用約0. 5kg,壓濾機助濾層鋪設厚度為1-2mm。

　　硅藻土是一種古代單細胞硅藻微生物的殘骸沉積物，用作助濾劑的是天然品或加工品，其主要成分為Si02、A12O3、Fe2O3、CaO, MgO等，其中Si02含量約為80％-85％，耐酸性好，粒度為20-150μm,相對密度為2.1-2.5，顏色有多種，以白色為最純，呈晦暗土狀不透明光澤，要求細度為150目，每平方米過濾面積使用0.5kg,助濾層鋪設厚度為lmm。

　　稻谷殼灰含Si02大于90％，有活性吸附作用，由多孔硅酸物質(zhì)組成。使用量為每平方米過濾面積使用1-2kg。

　　四、板框壓濾機的構(gòu)造及工作原理

　　板框壓濾機是由10-30對濾板和濾框交替排列組成。每對濾板和濾框之間夾有濾布，安放在一個支承架上，并配有一個壓緊裝置和集料盤。壓緊裝置可用手動，也可用電動操作，使濾板和濾框緊密接觸而不泄漏。集料盤用來收集板框間滴流下來的鈦液。

　　濾板和濾框在一邊的上角和下角處各有一孔，板框排列后，這些孔互相聯(lián)結(jié)成兩個孔道，上孔道為待濾鈦液的流人通道，與濾框內(nèi)部相通，濾框的中間是空的。下孔道為濾凈的鈦液流出的通道，與濾板的集液口相通，濾板四邊平滑，中間部分有直的溝槽以供濾液流動之用，溝槽和下部通道相通，使濾液匯集于排液通道而排出。

　　板框壓濾機工作時，濾框位于兩塊濾板之間，形成一個濾室，漿鈦液流入濾室后，固體粒子就被截留于濾布上，清液則透過濾布，沿著濾板上的溝槽下流，流至通道口，最后集于排液管而排出。

　　五、板框壓濾的工藝操作過程

　　板框壓濾的操作是先把助濾劑用淡廢酸或水調(diào)成懸浮狀，通壓縮空氣攪拌均勻，然后用泵打人上好濾布的板框壓濾機內(nèi)，進行循環(huán)過濾，在壓力的作用下使助濾劑在濾布上形成一層均勻的助濾層，至循環(huán)液澄清為止。然后泵人待過濾的鈦液進行循環(huán)過濾，直至濾液達到要求后，立即停止循環(huán)，進行正常的連續(xù)壓濾作業(yè)。得到澄清度合格的鈦液，送人合格鈦液貯槽，以備濃縮之用，這種鈦液固體物含量應<0.06g/L.

　　為過濾連續(xù)進行而過濾壓力越來越大，濾液流量越來越少時，說明濾布孔眼已被堵塞，此時應停止過濾，拆機后用少量洗衣粉洗刷濾布，然后重新裝好，按上述操作步驟重新壓濾。

　　過濾介質(zhì)所用的濾布以耐酸的長纖維240＃滌綸布為好。滌綸濾布用過后，可用稀堿液浸泡使其再生。

　　六、溶解性雜質(zhì)的凈化除去

　　根據(jù)溶解性雜質(zhì)在鈦液水解時的行為，可分為兩類：一類雜質(zhì)是在鈦液水解過程中，由于鈦液酸度較大而不發(fā)生水解、不生成沉淀，例如，硫酸亞鐵仍存在于水解母液中保持溶解狀態(tài)，這類雜質(zhì)不必預先在鈦液中凈化除去，可以通過偏鈦酸水洗而除去；另一類雜質(zhì)會在鈦液水解反應時與鈦一起水解生成沉淀，或者它們會被偏鈦酸吸附而共沉淀，這類雜質(zhì)如果對最后鈦白粉質(zhì)量是無害的，那就不必凈化除去。例如，銻對顏料鈦白粉來說是無害的，因為硫酸銻在鈦液熱水解時，會水解生成偏銻酸隨偏鈦酸一起沉淀。當緞燒時偏銻酸亦分解生成白色的三氧化二銻（亦稱銻白）混于鈦白粉中，對成品的性能無影響，因而可以不必除去。如果能影響到鈦白粉的質(zhì)量，那就必須預先凈化除去。如帶色的鉛、鉆、釩、鉻、錳等金屬離子就必須預先除去。除去的方法可以根據(jù)其在硫酸溶液中的反應特性，進行針對性的凈化處理，例如，銻、鉛、鉆等一些重金屬，它們的硫化物在酸性介質(zhì)中一般是不溶的。凈化除雜的方法，可以在酸解浸取得到的鈦液即將放料前加入少量硫化鈉，使重金屬離子轉(zhuǎn)化為不溶性的硫化物。其反應式如下：

　　生成的重金屬硫化物沉淀在沉降時與殘渣一并除去。硫化鈉遇酸生成的一部分未起反應的硫化氫氣體從酸解鍋的煙囪放空排掉。

　　七、鈦液的濃縮及涂料鈦液濃縮原因

　　鈦液中的水是溶劑，是可揮發(fā)的。鈦液中的硫酸氧鈦、硫酸鈦和硫酸亞鐵等是溶質(zhì)，是不可揮發(fā)的。借助于加熱作用，使鈦液中的溶劑（水）逐漸汽化揮發(fā)而排除，使溶質(zhì)濃度逐漸增大，這個過程稱為濃縮。

　　基于濃度低的鈦液，制得偏鈦酸的顆粒較粗，進而制得的鈦白粉的顏料性能較差。為了使鈦液經(jīng)過水解后制得的偏鈦酸顆粒細而均勻，進而得到顏料性能優(yōu)越的鈦白粉，就必須將經(jīng)過結(jié)晶過濾和板框壓濾的濃度較低的鈦液進行濃縮，直至濃縮到含Ti02 (200±5)g/L（加壓水解用）或215-230g/L（常壓水解用）為止。若制造非顏料用鈦白粉，則其鈦液可以不經(jīng)濃縮，在除去硫酸亞鐵晶體后，直接送去進行常壓水解。

　　八、鈦液采取真空濃縮的原因及其要求

　　由于溶液在沸點以上的溫度其汽化揮發(fā)的速度最快。鈦液的沸點在104-114℃之間。要是在這樣高的溫度下長時間加熱蒸發(fā)，鈦液的穩(wěn)定性會迅速下降。因為鈦液水解的臨界溫度只有80℃，達到80℃以上就會水解，這樣就會導致鈦液的早期水解，這對于制造優(yōu)質(zhì)的顏料鈦白粉是很不適宜的。因此必須把鈦液的沸點降到80℃以下。要達到這個要求，就必須采取真空濃縮，因為液體的沸點是與壓力成正比的，壓力越低，沸點也越低。要使壓力低，就必須在抽真空的減壓下進行濃縮，抽真空度越高，沸點便越低。要控制濃縮溫度不超過75℃，其真空度必須在8*104Pa以上。

　　九、單效真空濃縮罐的構(gòu)造及其濃縮流程

　　真空濃縮有單效濃縮和連續(xù)濃縮。單效濃縮罐的構(gòu)造，一般是鋼制搪瓷反應鍋或鋼罐內(nèi)襯耐酸陶瓷板、搪鉛等，利用蛇形管或夾套進行蒸汽加熱，罐頂有汽液分離裝置及進料閥，底部有放料閥，罐上還裝有液位計、溫度計和真空表。其濃縮的工藝流程如下：鈦液在濃縮罐中，被蛇形管的間接蒸汽加熱，在真空下達到沸點，鈦液中的水分開始汽化，從濃縮罐頂部排出，進人汽液分離器，經(jīng)過初步分離出來的蒸汽從底部進人冷凝器逆流而上，冷卻水從頂部噴淋而下，與蒸汽充分接觸，冷凝后從氣壓管排到水封池流人系統(tǒng)外，未被冷凝的氣體，從冷凝器頂部排出，經(jīng)汽液分離裝置到真空緩沖罐，再經(jīng)真空泵排人大氣。

　　十、連續(xù)真空濃縮器的構(gòu)造及其濃縮工藝流程

　　連續(xù)真空濃縮使用的是薄膜濃縮器。其構(gòu)造是單程升膜式的，由加料、蒸發(fā)室和分離器組成。外殼的立式鋼管為蒸發(fā)室，管內(nèi)有一列平排的細鈦管，其下部為鈦液進人的加料室，加料室有均布料液的裝置，使鈦液由此均勻地進人各蒸發(fā)管內(nèi)，外面是蒸汽，在各蒸發(fā)列管壁發(fā)生熱交換，其頂部為分離器，分離器內(nèi)有捕液裝置，使汽液分離。為了防止列管與管殼間產(chǎn)生溫度應力，外殼上有熱補償裝置。蒸發(fā)器上還設有窺視鏡、真空表、溫度計、流量計（見圖）。

　　薄膜蒸發(fā)器濃縮鈦液的工藝流程如下：鈦液經(jīng)流量計從薄膜濃縮器底部的加料室進人鈦管蒸發(fā)器，在此受管外的蒸汽所加熱，蒸發(fā)出來的水汽以很高的速度在管內(nèi)上升，鈦液則被這個高速氣流拉成薄膜，在極短的時間內(nèi)上升至蒸發(fā)器頂部涌出，在分離器進行汽液分離，濃鈦液經(jīng)溢流管進入鈦液水封池，蒸汽則進人混合冷凝器中，與冷卻水混合冷凝后，通過氣壓管排到水封池流出系統(tǒng)外，其中的不冷凝性氣體，從冷凝器頂部排出，經(jīng)汽液分離裝置進人真空緩沖罐，最后經(jīng)真空泵排人大氣。

　　十一、連續(xù)濃縮器的優(yōu)點

　　與單效真空濃縮罐相比，連續(xù)真空濃縮的薄膜濃縮器具有下列六方面的優(yōu)點。

　　①操作連續(xù)化，比間歇操作簡單，也便于實現(xiàn)自動化。

　　②濃縮效率高，一臺Φ360mm的薄膜濃縮器，其生產(chǎn)能力相當于4臺體積為3000L的單效濃縮罐。

　　③由于鈦液在列管內(nèi)受熱面積大，受熱均勻，使能源消耗少。

　　④設備占地面積小。

　　⑤鈦液受熱時間短。鈦液在列管上升的速度一般可達到20-25m/s，其實際受熱時間只有0.08一0.20s，這樣就很有利于保持鈦液的穩(wěn)定性。而單效濃縮罐濃縮時，鈦液受熱時間常常長達數(shù)小時，這會造成鈦液的穩(wěn)定性下降。

　　⑥所得濃縮的鈦液濃度高。在用單效濃縮罐濃縮時，隨著水分的蒸發(fā)，罐內(nèi)液位不斷下降，熱交換面積越來越小，蒸發(fā)也越來越慢，至一定液位后，繼續(xù)加熱已得不償失，如果稀鈦液濃度偏低，得到的濃鈦液濃度也低，甚至達不到指標要求。而薄膜濃縮器濃縮，只有調(diào)節(jié)進料量及加熱蒸汽壓力，即使稀鈦液濃度低，也能濃縮成濃度較高的濃鈦液。

　　十二、薄膜濃縮器真空濃縮的操作

　　①將檢驗合格的待濃縮的鈦液注人鈦液高位槽，并在濃鈦液水封池中注人一定量的鈦液使之保持液封。

　　②開動真空泵，開啟冷卻水，并調(diào)好冷卻水的流量和調(diào)好真空度在8*104 Pa以上。

　　③開啟流量計下面的閥門，讓鈦液進人鈦管蒸發(fā)器中，6m2濃縮器進料量控制在1-1. 5m3／h。14m2濃縮器控制在1. 5-3m3/h。引進的鈦液蒸發(fā)器的換熱面積為260m2，可滿足1.5萬噸／年鈦白粉的生產(chǎn)要求。

　　④開啟蒸汽閥，并保持在4.9*104-7.8*104Pa的蒸汽壓力下進行真空濃縮，控制鈦液溫度在70-75℃之間。

　　⑤按時測定鈦液濃度，使總鈦含量達到指標要求。

　　⑥濃縮停止時，先關(guān)蒸汽閥，讓鈦液繼續(xù)進料3-5min，待溫度微降立即關(guān)閉進料閥，再關(guān)冷卻水和真空泵。

　　⑦開啟濃縮器下面的放料閥，放完濃縮器內(nèi)的鈦液，然后將未濃縮過的淡鈦液加人到已濃縮過的濃鈦液中進行調(diào)配，使鈦液的指標達到水解的工藝要求。

　　十三、真空濃縮應注意的事項

　　①嚴格按照操作規(guī)程操作。

　　②嚴格控制蒸汽壓力、真空度、進料量、進料濃度和濃縮溫度，以確保濃縮后的鈦液達到指標要求。

　　③若濃縮過程中冷卻水量過大，冷卻水未能完全從氣壓管中排出，以至于冷凝器內(nèi)冷卻水液位高于冷凝蒸汽的進口管，而進人濃縮器的頂部，從溢流管流人到濃鈦液水封池中，使鈦液的濃度急劇下降，達不到濃縮的目的。為此，必須防止冷卻水流人鈦液水封池中。

　　④若系統(tǒng)漏氣較嚴重或抽氣量不足或加熱時蒸汽量過大或冷卻水不夠，都會使真空度降低。應該保持真空度在8*104Pa以上，防止上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。

　　⑤若鈦液流量太大，濃縮器溢流管來不及排出或濃縮器溢流管堵塞或溢流管漏氣等，都會使鈦液進人冷凝系統(tǒng)，為此必須防止上述情況的發(fā)生。

　　⑥若濃縮時真空度下降或溫度太高或冷卻水倒流都會引起鈦液的穩(wěn)定性下降而出現(xiàn)早期水解現(xiàn)象，造成不可挽回的損失，必須防止這類事故的發(fā)生。