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(xì)，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(dāng)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(xué)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(xì)小顆粒、防止過濾介質(zhì)堵塞、延長過濾設(shè)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(xì)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(dǎo)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(yīng)＞９０％，不含F(xiàn)e2O3、MnO2等，以免降低鈦液的三價鈦含量，要求細(xì)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(shè)厚度為1-2mm。
硅藻土是一種古代單細(xì)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(xì)度為150目，每平方米過濾面積使用0.5kg,助濾層鋪設(shè)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(dá)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(yīng)<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(yīng)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(yù)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(yīng)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(dāng)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(yù)先凈化除去。如帶色的鉛、鉆、釩、鉻、錳等金屬離子就必須預(yù)先除去。除去的方法可以根據(jù)其在硫酸溶液中的反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(xì)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(dá)到80℃以上就會水解，這樣就會導(dǎo)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(dá)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(yīng)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(dá)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(xì)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(yīng)力，外殼上有熱補償裝置。蒸發(fā)器上還設(shè)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(dāng)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(shè)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(dá)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(dá)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(dá)不到指標(biāo)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(dá)到指標(biāo)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(biāo)達(dá)到水解的工藝要求。
十三、真空濃縮應(yīng)注意的事項
①嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作。
②嚴(yán)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(dá)到指標(biāo)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(dá)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(yán)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(yīng)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。
