在硫酸[LiuSuan]法钛白粉[TaiBaiFen]生产工艺中生产1t钛白粉[TaiBaiFen]副产8t左右w/(H2SO4)约20%废酸。这部分废酸的浓度较低，通常需先进行浓缩[NongSuo]后才能再利用。很多厂家则因浓缩[NongSuo]费用较高而中和后排放。近年来各地对环保要求日趋严格，有些厂由于废酸问题[WenTi]解决不好而被迫停产。实际上，对钛白粉[TaiBaiFen]废酸的浓缩[NongSuo]除了技术[JiShu]问题[WenTi]以外，还有经济问题[WenTi]，在当前国内硫酸[LiuSuan]价格普遍较低的情况下，经济问题[WenTi]更显得突出。随着现代化工技术[JiShu]的进步，在钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]技术[JiShu]方面是否有新路可走呢？现对此进行探讨。

1国内外钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]技术[JiShu]概况

稀硫酸[LiuSuan]浓缩[NongSuo]工艺路线可根据稀硫酸[LiuSuan]浓缩[NongSuo]后的用途来选定，当将稀酸浓缩[NongSuo]至w(H2SO4)70%时，一般称为预浓缩[NongSuo]。预浓缩[NongSuo]设备[SheBei]的材质较易解决，能耗也较低，故国内外一般都将其浓缩[NongSuo]至w(H2SO4)70%以后再用w(H2SO4)98%工业硫酸[LiuSuan]增浓至90%以上重复用于钛白粉[TaiBaiFen]生产。

1.1国外常用的钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]技术[JiShu]

近年来，国外的硫酸[LiuSuan]法钛白粉[TaiBaiFen]厂对废酸主要采用三级蒸发浓缩[NongSuo]，较有代表性的芬兰RaumaRepola废酸浓缩[NongSuo]流程见图1(略)。国内已有钛白粉[TaiBaiFen]厂采用该技术[JiShu]。

该流程的特点如下：

a.主要设备[SheBei]采用强耐腐蚀的材料制成，如石墨管式换热器[HuanReQi]、氟树脂纤维增强塑料蒸发器、硅铁材质泵等，设备[SheBei]维修少，使用寿命长。

b.通过换热器[HuanReQi]的废酸用泵强制循环，既可防止硫酸[LiuSuan]亚铁结晶在管壁结垢影响传热甚至堵塞换热管，又可加快管内流速，提高传热效率，减小换热面积，从而节约投资。如一套15m3/hw(H2SO4)20%废酸浓缩[NongSuo]装置，产品以w(H2SO4)70%计，按此流程的主要能耗约为：蒸汽(120℃)0.7t/t，电23.5kWh/t。

1.2国内钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]技术[JiShu]

1.2.1钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]中间试验[ShiYan]

由于钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]是一个不易解决的问题[WenTi]，所以早就受到我国有关部门的重视，据报导，国家科委曾批准化工部研究所、化工部第三设计院及镇江钛白粉[TaiBaiFen]厂共同承担“攀矿硫酸[LiuSuan]法钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]中间试验[ShiYan]”，规定中试规模为500t/a。试验[ShiYan]于1984年8月开始，1985年12月通过了由化工部科技局组织的技术[JiShu]鉴定，其主要结论如下：

a.将钛白粉[TaiBaiFen]废酸采用一段真空浓缩[NongSuo]冷冻分离硫酸[LiuSuan]亚铁后再进行真空浓缩[NongSuo]，能在前期浓缩[NongSuo]至w(H2SO4)65%，总收率为90.2%；

b.将浓缩[NongSuo]所得废酸用工业硫酸[LiuSuan]增浓后用于生产锐钛型钛白粉[TaiBaiFen]，对其产品白度未发现不良影响；

c.每产1tg/(H2SO4)65%的硫酸[LiuSuan]成本为98.69元(原料废酸不计价)。

按当时价格计算。在经济上能达到不亏损且略有盈余。但这一中试成果在工业生产中并未推广应用，估计除了技术[JiShu]问题[WenTi]以外，主要还是经济问题[WenTi]，即废酸浓缩[NongSuo]的成本往往超过将废酸用石灰中和处理的费用。

1.2.2南通三圣公司废酸浓缩[NongSuo]技术[JiShu]

近年来南通三圣石墨设备[SheBei]科技有限公司开发了钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]技术[JiShu]并已在国内某些厂推广应用，

其特点是利用钛白粉[TaiBaiFen]的转窑热烟气与w(H2SO4)20%左右的废酸接触使之浓缩[NongSuo]至w(H2SO4)30%左右，再经类似国外的真空蒸发设备[SheBei]将其浓缩[NongSuo]至w(H2SO4)68%左右后进行处理利用，因而比较节能。据报导，一套20kt/a的钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]装置的建设总投资约为1200万元，全部投资可在1.5年左右收回。

2对高效节能型钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]新技术[JiShu]的探讨

2.1钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]新技术[JiShu]的试验[ShiYan]

近年来，广州市虹达技术[JiShu]开发公司对钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]技术[JiShu]进行了探索，通过一段时间的试验[ShiYan]，初步选定一种废酸浓缩[NongSuo]新技术[JiShu]。首先在试验[ShiYan]室中用容量1L的圆底三口瓶装入钛白粉[TaiBaiFen]废酸进行了浓缩[NongSuo]试验[ShiYan]，每个瓶口都用橡皮塞塞紧，一个瓶口插入温度计测量酸温；二个瓶口插入玻璃管，玻璃管一端通大气，另一端插入酸面以下；还有一个瓶口接真空泵。将三口瓶浸入导热油槽，槽下用电炉加热，当真空泵运转时，除在酸面上空抽真空外还吸入空气鼓泡搅拌废酸。试验[ShiYan]结果如下：

原料废酸w(H2SO4)23%，质量1002g，导热油温度150℃，瓶内酸液沸腾温度84℃，瓶内真空度0.095MPa，浓缩[NongSuo]时间70min；冷却至常温并过滤去硫酸[LiuSuan]亚铁后，瓶内余酸w(H2SO4)66%，质量为358g。

2.2钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]新技术[JiShu]的工艺流程

参照试验[ShiYan]室的设备[SheBei]及试验[ShiYan]数据，用本技术[JiShu]进行钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]的工业生产流程基本如图2(略)所示。

23新技术[JiShu]工业化的可靠性分析

2.3.1热能计算的分析

本技术[JiShu]的特点是利用钛白粉[TaiBaiFen]生产中的偏钛酸(水合二氧化钛)煅烧窑尾气的热量作为废酸浓缩[NongSuo]的总热源。一般在硫酸[LiuSuan]法生产钛白粉[TaiBaiFen]工艺中，生产1t钛白粉[TaiBaiFen]约需排放温度约300℃的窑气20000m3，利用现有的先进节能技术[JiShu]，使本套装置对窑气的热能利用率达到65%，则离开本装置的窑气温度为105℃，高于露点，因本技术[JiShu]的废酸浓缩[NongSuo]设备[SheBei]是在真空度约0.095MPa的高负压条件下操作的，水的沸点大为降低，故按热量平衡计算应无问题[WenTi]。

2.3.2主要设备[SheBei]的技术[JiShu]可靠性分析

2.3.2.1窑气换热器[HuanReQi]

窑气换热器[HuanReQi]主要是供窑气与导热油换热，在换热器[HuanReQi]内设置一定数量的导热油管，设计条件为：导热油由常温升至150℃，窑气则由300℃降至150℃，窑气换热器[HuanReQi]可按设计条件进行设备[SheBei]设计并供货，应无技术[JiShu]问题[WenTi]。

2.3.2.2热管换热器[HuanReQi]

热管换热器[HuanReQi]除了在同一面积下传热效率高于气-气换热器[HuanReQi]外，另一优点是适用于热气体与冷气体在流量上相差较大时的传热，本设备[SheBei]设计条件为：窑气入口温度150℃、出口温度105℃，空气入口温度50℃、出口温度100℃，因为空气是由罗茨鼓风机送入换热器[HuanReQi]的，故入口温度可保证。在当前热管节能技术[JiShu]日益普及的情况下选用热管换热器[HuanReQi]传热应无问题[WenTi]。

2.3.2.3油加热蒸发器

在用蒸汽夹套加热的蒸发器中，用压缩空气代替搅拌桨同时抽真空以促进蒸发已是一项在化工生产中常用的技术[JiShu]，本装置将夹套中的蒸汽改为导热油，按工艺条件计算受热面积。

此外，本设备[SheBei]的特点是用钢外壳内衬石墨板，可保证耐高负压及160℃稀硫酸[LiuSuan]的腐蚀。除根据产量来计算设备[SheBei]大小外，还按使生产连续化及传热效率高的原则来选定设备[SheBei]的排列方案。

2.3.2.4废热蒸发设备[SheBei]

利用酸泵、石墨换热器[HuanReQi]和废热蒸发器构成的废热蒸发设备[SheBei]已在国内外的钛白粉[TaiBaiFen]废酸浓缩[NongSuo]装置中普遍采用，而本装置只用于将最初w(H2SO4)约20%废酸强制循环浓缩[NongSuo]至约30%，然后再送入油加热蒸发器继续浓缩[NongSuo]，由于FeSO4·H2O在w(H2SO4)30%以下的酸中溶解度较大，故不会析出结晶而堵塞换热器[HuanReQi]，因而操作中应无问题[WenTi]。2.4新技术[JiShu]的经济意义

a.本技术[JiShu]在利用热窑气的热量后，再将温度约105℃窑气进行水洗及除雾后排放，这样可在洗涤水中回收窑气中带出的少量钛白粉[TaiBaiFen]，如先用热钛白粉[TaiBaiFen]废酸洗涤窑气回收热量，则窑气中残余钛白粉[TaiBaiFen]较难回收。此外，在窑气温度降低后进行水洗，可将通常窑气采用的两级水洗改为一级水洗，节省设备[SheBei]投资并节约用水量。

b.用石墨换热器[HuanReQi]将w(H2SO4)约20%废酸浓缩[NongSuo]至w(H2SO4)30%不易堵塞，开工率高，废酸回收率亦高。按国外数据用三段石墨换热器[HuanReQi]浓缩[NongSuo]法的酸回收率为85%，而按试验[ShiYan]数据推算，本技术[JiShu]的酸回收率可达92%以上。

c.由于溶解在w(H2SO4)20%废酸中的FeSO4·7H2O(质量分数约为12%)在浓缩[NongSuo]后的w(H2SO4)65%废酸中变成FeSO4·H2O再冷冻结晶析出，如果钛白粉[TaiBaiFen]厂设有硫铁矿制酸装置，比较简单的办法是将其作为原料掺入硫铁矿中焙烧，可减少入炉矿量。如无此条件则因废酸析出的FeSO4·H2O杂质较多，可用水溶解以FeSO4·7H2O的形式重结晶析出，再作为商品供应市场。亦可将重结晶出的较纯FeSO4·7H2O加热脱水成FeSO4·H2O后再磨粉成饲料添加剂，其售价约为FeSO4·7H2O的5-6倍。

d.按广东情况初步计算，对一套10kt/a钛白粉[TaiBaiFen]系统的废酸浓缩[NongSuo]装置投资不超过300万元，1tw(H2SO4)65%废酸的浓缩[NongSuo]成本约不超过90元，售价按180元/t计，则投资回收期不超过1.5年。

3结语

该废酸浓缩[NongSuo]技术[JiShu]已申报国家专利，不但能解决现有钛白粉[TaiBaiFen]厂的环保问题[WenTi]，而且为拟建的钛白粉[TaiBaiFen]厂在解决废酸出路方面提供了一条新路，为新装置上马创造了条件。同时，对其他的料浆或液体蒸发浓缩[NongSuo]亦能提供参考作用。