[00352584]钛铁矿制钛白粉酸解反应过程强化优化技术研发

项目意义：中国是世界钛白生产第一大国，每年钛白粉产量超过200万吨，比世界第二美国超出60万吨。攀枝花钛铁矿储量约2亿吨，占世界钛铁矿资源的1/3，占中国钛矿资源的95%。中国钛白生产基于攀枝花钛铁矿资源，主要以硫酸法生产工艺为主，除3万吨氯化法钛白粉生产外，中国钛白粉都是以硫酸法工艺生产的。硫酸法钛白生产最大的挑战是废酸带来的环境问题，每吨钛白生产要副产6-8吨20%废硫酸，如何处理废酸，提高废酸循环利用率是硫酸法钛白工艺的最大难题，也是关系硫酸法钛白生产工艺存亡的关键。攀枝花地区集中了中国最大的钛白生产基地，改造硫酸法生产工艺，提高废酸利用率对四川地区钛化工行业及全国钛化工行业都是至关重要的。完成项目情况四川大学长期针对攀枝花钛铁矿硫酸法钛白粉生产工艺过程进行了系统研究，承担了多项国家级项目和企业联合科研项目，主要研究项目包括：磁力驱动钛铁矿机械活化-稀硫酸酸解耦合反应技术的基础研究，国家自然科学基金重点项目（21236004），2013.1-2017.122）共同建立钒钛资源综合利用实验室（10H0438），攀枝花东方钛业公司，2010.5-2013.53）中品位钛渣酸溶富集技术开发，攀枝花市尚亿科技有限公司（12H1172），20124）40万吨/年硫酸法钛白废酸综合利用项目，攀枝花钛海科技有限公司（11H0606），20115）钛白废酸浸出钛精矿应用研究，攀枝花鼎鑫钛业有限公司（10H1205），2010.126）高活性钛酸盐酸解条件下耦合水解的反应特性，教育部博士点基金项目(20070610125)，2008.1-2010.127）钛白废酸喷雾浓缩回收处理中间试验，攀枝花钛业公司合作项目，20028）液相连续酸解工艺试验研究，攀枝花钛业公司合作项目，2002-20039）硫酸法钛白生产过程热质衡算，攀枝花钛业公司合作项目，2002-200310）钛精矿酸解动力学及工艺优化，攀枝花钛业公司合作项目，1997-20003主要研究内容四川大学与企业合作完成了一系列的基础研究和应用研究，研究工作内容包括：针对硫酸法钛白生产关键工段-钛铁矿酸解反应，对酸解反应的动力学、反应条件、酸解反应特性进行了全面、系统的研究，改进了酸解反应操作条件，在钛铁矿酸解反应基础研究方面处于国际领先水平，课题组是国际湿法冶金相关杂志该领域的专栏审稿人，关于动力学研究论文在钛矿酸解这个小领域内被同行引用50次。根据酸解反应系统特点，提出了一套边界松弛（bOUNdarylaxatION）方法，成为了反应器强化过程的一个重要理论进展。该方法用于指导酸解反应系统的强化改造，针对反应优化操作状态在反应系统操作空间边界的情况，通过边界条件的重构和反应系统操作特性函数重构，扩大了反应系统的操作参数定义空间。从而为有效提高反应效率、强化反应系统提供了理论依据。完成了废酸浓缩中间试验，中间试验结果表明，可以在低成本情况下将废酸浓度从20%提高到40%。开发了机械活化强化钛铁矿酸解反应的方法，有效提高了钛铁矿及高钛渣的酸解活性，在保证酸解率的情况下，反应酸浓度可大幅度降低到70%，为钛白废酸循环利用提供了更大的空间，可以消除酸解反应过程中的废气SO3排放问题。主要创新点：首次提出了边界松弛（bOUNdarylaxatION）理论，该方法对于优化操作状态处于操作参数空间边沿的反应系统，具有很强的指导意义，并给出反应系统强化的方向。该方法可以推广到其他反应系统，是反应系统强化理论的一个重要进展。课题组对攀枝花钛铁矿反应动力学、反应特性及工艺条件等提供了全面的认识，提出了以预混-浅度浓缩-稀酸酸解为特征的强化反应、废酸循环工艺创新，为硫酸法钛白生产环保、降耗提出了新的思路，并构建了新的硫循环路径。开发了机械活化提高钛铁矿酸解反应活性的工艺，为钛铁矿酸解反应体系重构提供了有力手段。主要成果：采用预混酸技术，重构酸解反应温度限制条件，将反应周期缩短2-3小时，反应器生产负荷提高40%以上；开发了气流直接喷雾浓缩方法，废酸浅度浓缩从20%废酸浓缩到40%，浓缩能耗大幅度降低，蒸汽耗量只有1.6t/t-100%当量酸。采用降低反应酸浓度方法，工厂反应酸浓度降低到了82%，有效循环使用废酸，结合废酸浅度浓缩，可以将废酸利用率提高到40%以上。采用机械活化方法，钛铁矿稀酸酸解活性提高，可以在70%酸浓度下实现酸解率大于90%。综合以上技术特征，形成了以预混-废酸浅度浓缩-稀酸酸解为特征的新酸解反应工艺，每吨钛白粉可以节约新酸1.5t（900元），利用废酸50%（处理费500元），节约成本1400元/吨钛白粉。以中国硫酸法钛白每年210万吨规模，推广后有非常重大的经济效益。共发表论文32篇，申报专利5件。