Раздел 9. Производство диоксида титана

Раздел 9 Производство диоксида титана

Диоксид титана (двуокись титана, оксид титана (IV), химическая формула TiO ₂), выпускается промышленностью в виде порошкообразного материала белого цвета. К областям применения диоксида титана относятся производство лакокрасочных материалов, в том числе титановых белил, пластмасс, синтетических волокон, ламинированной бумаги, термостойкого и оптического стекла, косметических средств. Основным сырьем производства диоксида титана в России служит ильменит (ильменитовый концентрат).

9.1 Описание технологических процессов, используемых в производстве диоксида титана

В России диоксид титана получают сернокислотным (сульфатным) способом из ильменитового концентрата.

Технологический процесс производства диоксида титана состоит из следующих основных стадий в составе единой технологической линии:

- прием сырья;

- размол;

- разложение ильменитового концентрата;

- восстановление;

- "черная" фильтрация;

- вакуум-кристаллизация и центрифугирование;

- вакуум-выпарка;

- гидролиз, приготовление зародышей анатаза и рутилирующих зародышей;

- "белая" фильтрация, отбелка и солеобработка;

- прокалка;

- сухой размол;

- мокрый размол и гидроклассификация;

- поверхностная обработка;

- фильтрация обработанной суспензии двуокиси титана и сушки;

- микроразмол;

- упаковка.

Поточная схема производства диоксида титана приведена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 - Принципиальная схема получения диоксида титана

На стадии приема сырья ильменитовый концентрат выгружают в приемные бункера. Удаление загрязняющих веществ (неорганической пыли) от приемных бункеров осуществляется через вентиляционные трубы каждого бункера, оборудованные рукавными фильтрами. Крупную фракцию направляют в шаровую мельницу на размол. Выделяющуюся неорганическую пыль улавливают с помощью рукавных фильтров и циклонов. Подготовленный ильменитовый концентрат направляют на стадию разложения в реакторах с барботерами в присутствии серной кислоты при температуре 200-220 °С для перевода соединений титана, находящихся в ильмените, в растворимые сернокислотные соли. Полученный раствор, содержащий сульфаты титана, железа (II и III), направляют на стадию восстановления в реакторах водородом, образующимся в результате взаимодействия серной кислоты и подаваемым стальным ломом (обрезью жести) при температуре 70-75 °С. На стадии "черной" фильтрации раствор сульфата титана освобождают от шлама фильтрованием на барабанных вакуум-фильтрах через намывной слой древесной муки с применением флокулянтов. Шлам после промывки направляют в шламонакопитель, отфильтрованный раствор - на стадию вакуум-кристаллизации и центрифугирования, где отделяют кристаллы железного купороса от маточного раствора сульфата титана. На стадии вакуум-выпарки концентрируют раствор сульфата титана путем выпаривания под вакуумом. На стадии гидролиза приготавливают зародыши анатаза из концентрированных растворов сульфата титана, проводят гидролиз упаренного раствора сульфата титана в реакторах с якорной мешалкой и паровыми барботерами с получением гидратированной двуокиси титана, которую направляют на стадию "белой" фильтрации, отбелки и солеобработки для отделения гидратированной двуокиси титана от гидролизной кислоты фильтрованием на барабанных вакуум-фильтрах и фильтр-прессах с последующей промывкой химочищенной водой. Между стадиями фильтрации проводят отбелку пасты гидратированной двуокиси титана в реакторах и обработку неорганическими солевыми добавками. После первой стадии фильтрации образуется гидролизная кислота, которая проходит очистку в патронном фильтре. На стадии прокалки в барабанной печи из пасты гидратированной двуокиси титана удаляют воду и серную кислоту. Полученные агломераты диоксида титана направляют на стадию сухого размола для получения гомогенной суспензии диоксида титана и далее на стадию мокрого размола в шаровой мельнице и гидроклассификации на осадительной классифицирующей центрифуге. Суспензию диоксида титана подвергают поверхностной обработке жидким стеклом, сульфатом алюминия, алюминатом натрия, хлорокисью циркония в реакторе с мешалкой и барботером с целью улучшения пигментных свойств готового продукта. Обработанную суспензию диоксида титана направляют на стадию фильтрации от водорастворимых соединений на барабанных вакуум-фильтрах с промежуточной репульпацией и сушки в ленточных сушилках и распылительной сушилке. Высушенный диоксид титана диспергируют на кольцевых пароструйных мельницах с получением готового продукта - пигментной двуокиси титана.

Описание технологического процесса приведено в таблице 9.1, перечень основного технологического и природоохранного оборудования - в таблицах 9.2-9.3 соответственно.

Таблица 9.1 - Описание технологического процесса получения диоксида титана

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Ильменитовый концентрат	Прием сырья	Ильменитовый концентрат	Пыль неорганическая: до 20 % SiO 2	Бункер	Рукавный фильтр
Ильменитовый концентрат	Размол	Подготовленный ильменитовый концентрат	Пыль неорганическая: до 20 % SiO 2	Шаровая мельница Конвейер Центробежный сепаратор	Рукавный фильтр Циклон
Подготовленный ильменитовый концентрат Серная кислота	Разложение ильменитового концентрата	Раствор сульфатов металлов	Сероводород Диоксид серы Серная кислота Пыль неорганическая: до 20 % SiO 2	Реактор с барботёром
Раствор сульфатов металлов Стальной лом	Восстановление	Раствор сульфатов металлов	Сероводород Серная кислота	Реактор
Раствор сульфатов металлов Флокулянты	"Черная" фильтрация	Раствор сульфатов металлов	Шлам	Барабанный вакуум-фильтр
Раствор сульфатов металлов	Вакуум-кристаллизация и центрифугирование	Раствор сульфата титана Железный купорос		Вакуум-кристаллизационная установка Центрифуга
Раствор сульфата титана	Вакуум-выпарка	Концентрированный раствор сульфата титана		Вакуум-выпарная установка
Концентрированный раствор сульфата титана Острый пар	Гидролиз, приготовление зародышей анатаза и рутилирующих зародышей	Гидратированная окись титана	Серная кислота	Реактор гидролиза с якорной мешалкой и паровыми барботерами Реактор приготовления зародышей анатаза
Гидратированная окись титана Алюминиевый порошок Неорганические солевые добавки	"Белая" фильтрация, отбелка и солеобработка	Гидратированная двуокись титана	Серная кислота Гидролизная кислота	Барабанный вакуум-фильтр Реактор отбелки	Патронный фильтр
Гидратированная двуокись титана	Прокалка	Агломераты диоксида титана	Оксид углерода Оксид азота Диоксид азота Диоксид серы Серная кислота Диоксид титана	Печь прокалки	Скруббер
Агломераты диоксида титана	Сухой размол	Гомогенная суспензия диоксида титана		Валковый измельчитель
Гомогенная суспензия диоксида титана Гидроксид натрия Полифосфат натрия	Мокрый размол и гидроклассификация	Суспензия диоксида титана		Шаровая мельница Центрифуга классифицирующая
Суспензия диоксида титана Жидкое стекло Сульфат алюминия Алюминат натрия Хлорокись циркония	Поверхностная обработка	Обработанная суспензия диоксида титана		Реактор с лопастной мешалкой и паровым барботёром
Обработанная суспензия диоксида титана Триэтаноламин Триметилпропан Пентаэритрит	Фильтрация обработанной суспензии двуокиси титана и сушки	Диоксид титана	Оксид углерода Оксид азота Диоксид азота Диоксид титана	Барабанный вакуум-фильтр Ленточная сушилка
Диоксид титана	Микроразмол	Диоксид титана - готовый продукт		Мельница кольцевая пароструйная
Диоксид титана - готовый продукт	Упаковка	Пигментная двуокись титана на отгрузку	Диоксид титана	Упаковочная машина Бункер	Рукавный фильтр

Таблица 9.2 - Перечень основного оборудования производства диоксида титана

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Аппарат цилиндрический с плоским днищем	Предназначен для приготовления и отстаивания 9-процентного раствора жидкого стекла	Оборудован двухлопастной мешалкой
Сварная, цилиндрическая емкость с эллиптическим днищем и съемной крышкой	Предназначен для приготовления алюмината натрия	Оборудована лопастной мешалкой и паровой рубашкой
Аппарат вертикальный, цилиндрический с плоским отбортованным днищем и съемной крышкой алюминия	Предназначен для приготовления суспензии гидроокиси	Оборудован двухлопастной мешалкой
Реактор синтеза вертикальный, цилиндрический с плоским днищем	Предназначен для получения сернокислого алюминия.
Аппарат с мешалкой вертикальный, цилиндрический с плоским днищем и съемной крышкой	Предназначен для растворения плава сернокислого алюминия	Оборудован двухлопастной мешалкой
Мельница шаровая МШ с приспособлениями для разгрузки мелющих тел	Подготовка титаносодержащего сырья
Сепаратор центробежный	Подготовка титаносодержащего сырья
Реактор разложения		Цилиндрический аппарат с коническим днищем и барботером для сжатого воздуха и пара, снабжен выхлопной трубой.
Реактор циркуляционного восстановления		Цилиндрический аппарат с коническим днищем, оборудован барботером
Вакуум-фильтр барабанный. Предназначен для отделения восстановленного раствора сульфата титана от шлама путем фильтрования		Оборудован ножевым съемом осадка, с качающейся мешалкой
Вакуум-кристаллизатор	Предназначен для испарения части воды и охлаждением раствора. Стадия вакуум-кристаллизации и центрифугирования	Цилиндрический аппарат со сферическими днищем и крышкой снабжен мешалкой.
Конденсатор смешения барометрический трехступенчатый	Предназначен для утилизации отработанного пара от кристаллизаторов. Стадия вакуум-кристаллизации и центрифугирования	Цилиндрический, со сферическими днищем и крышкой
Центрифуга - автоматическая, фильтрующая	Отделение раствора сульфата титана от кристаллов железного купороса
Вакуум-выпарная установка	Предназначена для концентрации отфугованного раствора сульфата титана	Аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора и циркуляционной трубы
Конденсатор смешения (барометрический)	Служит для конденсации пара и дальнейшее смешивание с оборотной водой	Цилиндрический, со сферическими днищем и крышкой
Реактор приготовления анатазных зародышей	Используются для формирования и роста частиц гидратированной двуокиси титана (ГДТ)	Цилиндрический аппарат с коническим днищем и змеевиком, оборудован мешалкой
Реактор гидролиза		Цилиндрический аппарат с коническим днищем, укомплектован паровыми барботерами и мешалкой
Сборник-холодильник для суспензии	Предназначен для охлаждения суспензия ГДТ	Цилиндрический аппарат с коническим днищем, змеевиком и мешалкой
Реактор отбелки		Цилиндрический аппарат с коническим днищем, оборудован паровым барботером и мешалкой
Реактор приготовления пульпы Al(OH) 3 (гидроокиси алюминия)		Цилиндрический аппарат с коническим днищем, снабжен барботером и мешалкой
Реактор солеобработки	Обработка составом солевых добавок в зависимости от марки выпускаемого диоксида титана	Цилиндрический аппарат с коническим днищем, снабжен мешалкой
Реактор приготовления титаната натрия (рутилирующих зародышей)		Цилиндрический аппарат с коническим днищем, оборудован змеевиком подогрева, снабжен мешалкой
Реактор пептизации	Нейтрализация суспензии титаната натрия соляной кислотой	Цилиндрический аппарат с коническим днищем, оборудован паровым барботером и мешалкой
Реактор нейтрализации	Для разбавления отфильтрованного титаната натрия химочищенной водой	Цилиндрический аппарат с плоским днищем, снабжен мешалкой
Вакуум-фильтр листовой - рамный. Ванна намывная, ванна промывная	Для фильтрации титаната натрия (рутилирующих зародышей)
Печь прокалочная		Сварной цилиндрический барабан, вращающийся на трех опорных станциях. Принцип работы - противоточный
Барабан холодильный	Охлаждение прокаленного продукта	Цилиндрический вращающийся барабан
Измельчитель валковый
Мельница шаровая мокрого помола		Металлический вращающийся барабан с мелющими керамические телами
Центрифуга классифицирующая		Непрерывного действия, осадительная горизонтальная со шнековой выгрузкой грубой фракции
Реактор поверхностной обработки	Поверхностная обработка минеральными добавками по маркам	Цилиндрический аппарат с плоским днищем, снабжен мешалкой и барботером
Вакуум-фильтр барабанный ячейковый		Оборудован шнековым репульпатором и качающейся рамной мешалкой
Репульпатор	Для репульпации и получения суспензии для дальнейших 3-х стадий фильтрации	Цилиндрический аппарат с плоским днищем, снабжен мешалкой
Установка для сушки (ленточная сушилка)		Оборудована формующим питателем, камерой сгорания, вентиляторами подачи воздуха в камеру и выброса отработанного теплоносителя в атмосферу
Мельница кольцевая пароструйная		Состоит из замкнутой подковообразной размольной камеры с соплами и коллектором пара, вертикальных труб и сепарационной камеры
Поверхностный конденсатор	Служит для утилизации отработанного пара
Грохот вибрационный	Отсев

Таблица 9.3 - Перечень природоохранного оборудования производства диоксида титана

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Фильтр рукавный	Очистка запыленных отходящих газов	Площадь фильтрации 60,48 м 2
Фильтр рукавный	Очистка запыленных отходящих газов	Площадь фильтрации 168 м 2
Циклон-промыватель	Очистка запыленных отходящих газов
Фильтр рукавный	предназначен для улавливания пыли титанового сырья	Трехсекционный. Fфильтрации = 90 м 2
Пылеулавливающая установка	-	Группа циклонов конической формы. Для улавливания частиц - 0,002 мм
Брызгоотделитель	Предназначен для отделения парогазовоздушной смеси от уносимых капель из выпарного аппарата
Сгуститель	Для очистки фильтрационных стоков после фильтрации
Скруббер	Для снижения температуры и очистки от пыли и триоксида серы	Вертикальный цилиндрический с коническим днищем
Абсорбер контактный тарельчатый	Посредством орошения происходит очистка от пыли и сернистых газов	Цилиндрический трехкамерный аппарат с коническим днищем

9.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве диоксида титана

Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов приведены в таблице 9.4.

Таблица 9.4 - Показатели потребления сырья, материалов и энергетических ресурсов при производстве диоксида титана

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 т продукции
		минимальный	максимальный
Ильменитовый концентрат: - при работе на Иршанском	100 % TiO 2	1161	1233
Серная кислота техническая: - при работе на Иршанском	мнг	4063	4300
Лом стальной (обрезь жести): - при работе на Иршанском	98 % Fe	186	199
Древесная мука: - при работе на Иршанском	натура	20	140
Натр едкий очищенный (сода каустическая)	100 % NaOH	36,0	41,0
Соляная кислота	100 % HCl	9,5	14,5
Калия гидрат окиси или Едкое кали жидкое	100 % KOH	3,3	4,2
Олеиновая кислота	натура	0,5	1,1
Трехокись сурьмы	98 % Sb 2O 3	1,0	1,0
Сульфат магния MgSO 4 х 7H 2O/MgO		10,5/1,7	14,76/2,4
Алюминий сернокислый	100 % Al 2O 3	7,4	14,2
Жидкое стекло	32 % SiO 2	30	33
Алюминат натрия	100 % Al 2O 3	16	22,4
Алюминиевый порошок	натура	1,55	1,65
Флокулянт	натура	0,40	0,5
Коагулянт	натура	0,0432	0,0918
Триметилолпропан	натура	0,5	8,0
Соляная кислота	100 % HCl	10,0	10,0
Натрия полифосфат технический натура/P 2O 5	61,5 % P 2O 5	1,8/1,08	2,5/1,5
Песок тригидрата оксида алюминия (влажный)	100 % Al 2O 3	1,76	5,3
Кислота серная гидролизная	мнг	250,0	250,0
Электроэнергия		570	632
Газ природный	т.у.т./т	0,518	0,635
Пар среднего давления	Гкал/т	4	5,01

Характеристика выбросов, образующихся при производстве треххлористого бора, приведена в таблице 9.5, сточных вод - в таблице 9.6.

Таблица 9.5 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве диоксида титана

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т
			Диапазон		Среднее значение
			минимальное значение	максимальное значение
Производство диоксида титана	Углерода оксид	Сухая и мокрая очистка отходящих газов	0,92	1,05	0,99
	Азота оксид		0,14	0,19	0,16
	Азота диоксид		0,32	1,15	0,73
	Серы диоксид		16,32	18,78	17,55
	Серная кислота		8,03	11,70	9,87
	Взвешенные вещества		2,42	2,94	2,68

Характеристика отходов, образующихся при производстве диоксида титана, приведена в таблице 9.6.

Таблица 9.6 - Отходы, образующиеся при производстве диоксида титана

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 т продукции, кг/т
				Диапазон		Среднее значение
				Минимальное значение	Максимальное значение
Стоки производств диоксида титана и железооксидных пигментов в смеси	4	Производство диоксида титана, железоокисных пигментов и побочных продуктов	Размещение в кислотонакопителе	79528	89482	84505
Отходы вакуумной фильтрации сгущенного раствора сульфатов титана и железа при производстве диоксида титана сульфатным способом (шлам черный)	4	Производство диоксида титана, железоокисных пигментов и побочных продуктов	Размещение на полигоне	120,7	141,0	130,8