硫酸浸出法生产人造金红石—中国钒钛之都的生产、市场与产业的知识元素

还原-锈蚀法生产人造金红石—中国钒钛之都的生产、市场与产业的知识元素原创彭富昌邹建新等还原锈蚀法是一种选择性除铁的方法，首先将钛铁矿中铁的氧化物经固相还原为金属铁，然后用电解质水溶液将还原钛铁矿中的铁“锈蚀”并分离出去，使TiO2富集成人造金红石。

这种方法是澳大利亚研究成功的，在2006年，澳大利亚西方钛公司已建成了年产能力达79万吨锈蚀法人造金红石的工厂。

锈蚀法生产人造金红石包括氧化焙烧、还原、锈蚀、酸浸、过滤和干燥等主要工序。

锈蚀法生产人造金红石工艺流程如图4.3.2所示。

（1）氧化焙烧。

澳大利亚在研究和工业化初期，还原之前进行预氧化焙烧处理，所用原料是半风化的钛铁矿（TiO2含量为54～55%，Fe3+/Fe2+=0.6～1.2）。

预氧化焙烧的目的是为了减少在固相还原过程中矿物的烧结。

钛铁矿预氧化生成高铁板钛矿和金红石：4FeTiO3+O2===2Fe2TiO5+2TiO2但是后期的工业化生产中，已取消了预氧化工序。

氧化焙烧是在回转窑中进行，以燃油为燃料，窑中最高温度为1030℃。

在空气中进行氧化焙烧，先把钛铁矿中的Fe2+氧化为Fe3+，氧化是不完全的，一般仍含有3%~7%的FeO将氧化矿冷却至600℃左右，即进入还原窑。

图4.3.2 锈蚀法生产人造金红石工艺流程示意图（2）还原。

钛铁矿的还原是在回转窑中进行，采用煤作还原剂和燃料，澳大利亚利用本地廉价的次烟煤，物料经氧化后，钛铁矿中的铁得到活化，可提高还原速率和还原率，并可防烧结。

还原温度控制在1180~1200℃，由于温度＞1030℃时，固体碳即生成CO，CO在第一阶段将Fe3+还原为Fe2+，第二阶段将Fe2+还原为Fe，并伴随有部分TiO2被还原。

要防止空气进入而引起金属铁被氧化。

还原可使93％~95％的铁还原为金属铁。

当温度超过1200℃时，则会发生矿物的严重烧结而使回转窑结圈。

窑内温度是通过调节加煤速度和通风速度而控制的。

其反应式如下：Fe2O3·TiO2+3C=2Fe+TiO2+3COFe2O3·TiO2+2CO=FeO·TiO2+Fe+2CO2FeO·TiO2+CO=Fe+TiO2+CO2为了减少锰杂质对还原过程的干扰，澳大利亚在还原过程中加入一定量的硫作催化剂，使矿中的MnO优先生成硫化物，减少锰对钛铁矿还原的影响，而所生成锰的硫化物，可在其后的酸浸过程中溶解而除去，从而可提高产品的TiO2品位。

硫酸浸出法提钒
硫酸浸出法提钒是使用硫酸来处理含钒矿石或废钒催化剂，以释放并提取钒的方法。

这种方法具有以下优点：
1.高效提取：浓硫酸能够有效分解矿石中的有机物质，并将钒从矿石基质中释放出来。

相对于传统的提取方法，该技术能够实现更高的钒提取率和回收率。

2.可控性强：通过调节熟化处理的温度、浓硫酸的用量和熟化时间等参数，可以实现对钒的选择性提取，减少其他有害元素的提取。

3.处理效果稳定：与其他钒提取方法相比，浓硫酸熟化浸出提取钒的方法稳定性较高，具有较好的工程可操作性。

4.成本效益：从废钒催化剂中提取钒不仅可以解决硫酸生产废料的问题，还可以降低提取成本。

在硫酸浸出法提钒的过程中，通常包括以下步骤：
1.矿石破碎和研磨：将含钒矿石破碎并研磨成细小的颗粒，以便与硫酸更好地接触和反应。

2.酸浸出：将破碎研磨后的矿石与硫酸混合，在一定温度和压力下进行反应，使钒从矿石中释放出来，形成钒硫酸盐。

3.分离和纯化：通过过滤、洗涤、干燥等步骤，将钒硫酸盐从其他杂质中分离出来，并进行纯化处理，得到高纯度的钒产品。

需要注意的是，硫酸浸出法提钒的具体工艺流程和参数可能会因不同的矿石类型和杂质含量而有所不同。

因此，在实际操作中，需要根据具体情况进行工艺优化和调整。

4万吨每年硫酸法金红石钛白黑段设计摘要摘要钛白粉是目前世界上性能最佳的白色颜料，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、橡胶、化纤等工业。

由于钛白粉生产需要较大资金的投入，另外还存在着工艺过程复杂、关键技术保密、三废处理困难等特殊性，尽管我国钛资源十分丰富，但钛白工业却相对落后。

本课题主要研究内容是设计4万吨/年硫酸法金红石钛粉厂黑段的设计。

包括工艺技术方案的选择、原辅材料、燃料及动力的供应、节能、环境保护等的讨论，并绘制带控制点的工艺流程图，通过选择合理的工艺路线，进行产能的优化，最终达到设计的合理性和可行性。

在设计中，以每天得产能为依据，为设备的选型和设计提供了依据。

在设备选型阶段，对主要过程设备进行了设计计算。

对生产过程中产生的三废进行了计算，并提出处理流程。

通过编写设计说明书，加深对钛白粉黑段的认知，在此基础上绘制带控制点的工艺流程图，并列出主要的设备。

关键词 4万吨每年硫酸法钛白，金红石，工艺设计IABSTRACTABSTRACTTitanium pigment is currently the best performance of white paint, and it is widely used in the coatings, plastics, papermaking, printing ink, rubber, chemical fiber and other industries. Due to large amount of capital invested on production of Titanium pigment, in addition, the particularity exists: the technical process is complicated, and the key technology is surreptitious andthe three wastes treatment is difficult; though titanium resources are very rich in China, the titanium pigment industry is relatively backward.The main study content of this issue is to design and research 40,000 tons / year of sulfate process titanium dioxide plant, including the choice of technical skill program, auxiliary materials, supply of fuel and power, energy saving, environmental protection and other discussions. And the technological flow sheet with control point plans is drawn, and the production capacity is optimized through choosing a reasonable route for the optimization of production so as to design reasonably and feasibly. In the design, with adaily capacity basis for the selection and design of the equipment provided a basis. In equipment selection stage, the main process equipment design and calculation. The production process of the waste was calculated, and proposed processes.Through the preparation of brochures designed to enhance the awareness of titanium white. On the basis of the mapping process with the control point plans .And sets out the main equipment.Keywords 40,000 tons of titanium dioxide per year sulfuric acid, rutile, processdesignII目录目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1绪论 (1)1.1概述 (1)1.1.1项目概况………………………………………………………………….…1 1.1.2项目建设的目的、意义...............................................................1 1.1.3设计的主要成果........................................................................2 1.1.4设计中存在的问题.....................................................................2 1．2设计依据、设计原则...........................................................................2 1.2.1设计依据...............................................................................2 1.2.2设计原则...............................................................................3 1．3设计范围......................................................................................3 1.3.1钛白装置...............................................................................3 1.3.2辅助工程. (3)2 硫酸法钛白生产黑段工艺设计说明 (4)2.1原矿粉碎 (6)2.1.1工艺目的..............................................................................6 2.1.2矿粉粒度要求........................................................................6 2.1.3粉碎设备...........................................................................6 2.1.4原矿粉碎工艺流程简述............................................................6 2.1.5原矿粉碎工艺流程框图.........................................................6 2.2酸解..........................................................................................7 2.2.1酸解的目的........................................................................7 2.2.2酸解的原理........................................................................7 2.2.3钛铁矿酸解的工艺过程............................................................8 2.2.4酸解工艺流程简述..................................................................9 2.2.5酸解工艺流程框图...............................................................10 2.3沉降及热过滤..............................................................................10 2.3.1沉降的目的........................................................................10 2.3.2沉降的基本原理 (11)2目录2.3.3沉降工艺流程简述………………………………………………………11 2.3.4沉降工艺流程框图………………………………………………………11 2.4控制过滤…………………………………………………………………………12 2.4.1控制过滤的目的…………………………………………………………12 2.4.2控制过滤工艺流程简述…………………………………………………12 2.4.3控制过滤工艺流程框图…………………………………………………12 2.5浓缩………………………………………………………………………………12 2.5.1浓缩的目的……………………………………………………………12 2.5.2浓缩工艺流程简述...............................................................13 2.5.3浓缩工艺流程框图 (13)3物料及热量衡算 (14)3.1物料衡算 (14)3.1.1高钛渣、钛精矿..................................................................14 3.1.2浓硫酸...........................................................................14 3.1.3沉降..............................................................................15 3.1.4压滤..............................................................................15 3.1.5浓缩..............................................................................15 3.2热量衡算....................................................................................15 3.2.1钛矿粉碎...........................................................................15 3.2.2酸矿预混合........................................................................15 3.2.3酸解..............................................................................15 3.2.4沉降..............................................................................16 3.2.5浓缩 (16)4设备选型 (18)4.1球磨系统的选择........................................................................18 4.2酸解锅的选择...........................................................................18 4.3沉降池的选择..............................................................................18 4.4浓缩器的选择..............................................................................19 4.5工程主要设备配置一览表 (19)5污染治理及排放 (20)5.1废气的治理及排放 (20)5.1.1钛白粉装置废气........................................................................20 5.1.2无组织排放...........................................................................20 5.2废酸的产生及处理 (20)3目录5.3废水的治理及排放 (20)5.3.1工业废水..............................................................................20 5.3.2污水处理站废水治理及排放情况 (21)6项目分析 (22)6.1建设项目概况 (22)6.1.1建设项目名称、性质和地点.........................................................22 6.1.2建设规模、内容........................................................................22 6.1.3工程建设内容及项目组成............................................................22 6.1.4工程建设内容及项目组成............................................................22 6.1.5劳动定员及生产制度 (23)7结论...............................................................................................24 参考文献.........................................................................................25 致谢. (26)4感谢您的阅读，祝您生活愉快。

人造金红石生产概述—中国钒钛之都的生产、市场与产业的知识元素原创彭富昌邹建新等金红石是一种黄色至红棕色的矿物，其主要成分是TiO2，还含有一定量的铁、铌和钽。

铁是由于它与钛铁矿共生的结果。

由于Ti4+与Nb+、Ta+5离子的相似性，铌和钽常伴生在钛矿石中。

金红石是较纯的二氧化钛，一般含二氧化钛在95％以上，但地壳中储量较少。

人造金红石（artificial rutile）又称合成金红石（synthetic rutile）。

系指利用化学加工方法，将钛铁矿中的大部分铁成分分离出去所生产的一种在成分上和结构性能上与天然金红石相同的富钛原料，其TiO2含量视加工工艺之不同波动在91～96%，是天然金红石的优质代用品，大量用于生产氯化法二氧化钛，也可用于生产四氯化钛、金属钛以及搪瓷制品和电焊条药皮，还可用于生产人造金红石黄颜料。

主要生产国家有澳大利亚、美国、日本、印度、马来西亚等。

目前产量已超过天然金红石，主要原因是天然金红石贮量日渐枯竭，产量逐年下降。

由于金红石有用作宝石的优良性质，所以人们一直在研究科学合成金红石的方法。

1947年，美国铅业公司首先用焰熔法制出了人造金红石，其中的无色透明者，主要就是用作钻石的代用品或假冒品。

用无色透明的人造金红石琢磨成的宝石闪亮刺眼、五彩缤纷，超过了真钻石，常被称为“五彩钻”或“五色钻”，与真钻石不难区别。

由于金红石有强烈的双折射，用放大镜从顶面观察“五彩钻”，可以发现底部的棱线的显著的双影，真钻石则绝不会出现双影。

此外，“五彩钻”因为闪光过分艳丽，并带有不清亮的乳白光，看来有庸俗之感。

——《钒钛产品生产工艺与设备》，北京：化工出版社，邹建新等,2014.01【钒钛资源综合利用四川省重点实验室（攀枝花学院），cnzoujx@】。

硫酸法钛白生产原理---乘钒钛文化之风创钒钛经济之业原创邹建新等钛白生产方法包括如下三种：硫酸法:可生产金红石型和锐钛型钛白；氯化法:国内仅攀锦钛业公司采用(截止2013年)，国外55%企业采用，只能生产金红石型钛白；盐酸法:尚未产业化，新西兰曾进行试生产。

硫酸法生产钛白是成熟的生产方法，使用的原料为钛精矿或钛渣，以及矿渣混合物。

硫酸法钛白生产，实际上是一个通过分离、提纯等化学和物理方法，去除钛精矿（钛渣）中的杂质，只保留90%以上TiO2的一个化工过程。

硫酸法钛白生产的主要环节包括：①酸解；②钛液水解；③偏钛酸盐处理；④偏钛酸煅烧；⑤钛白后处理。

生产钛白的原料：钛精矿或钛渣、硫酸（本节以钛精矿为例）。

生产钛白的产品：金红石型钛白或锐钛型钛白，另外副产硫酸亚铁，（本节以金红石型钛白为例）。

生产钛白的工艺：硫酸法。

生产钛白的主要设备：酸解罐、水解锅、回转窑等。

产品钛白粉及煅烧回转窑如图4.5.1和图4.5.2所示。

图4.5.1 钛白粉图4.5.2 回转窑硫酸法钛白生产所用原料钛精矿及产品钛白的典型化学成分分别如表4.5.1和表4.5.2所示。

表4.5.1 攀钢主流程钛精矿典型化学成分，%成分TiO2ΣFe FeOFe2O3SiO2S P MgOAl2O3含量>4730.5834.275.55<3.<0.19<0.00496.121.34成分MnO V2O5Cu Co Ni Cr AsCaO含量0.650.0950.00520.00130.0087<0.005 <0.00770.75表4.5.2 钛白主要化学成分及性质，%成分产品类型锐钛型A1锐钛型A2金红石型R1金红石型R2金红石型R3TiO2≥98 92 97 90 80 105℃挥发物≤0.5 0.8 0.5 商定商定水溶物≤0.6 0.5 0.6 0.5 0.7 筛余物(45μm)≤0.1 0.1 0.1 0.1 0.1——《钒钛产品生产工艺与设备》，北京：化工出版社，作者：邹建新等，2014.01（攀枝花学院）。

金红石开发利用市场分析报告1.引言1.1 概述金红石，又称红宝石、红宝石玛瑙，是一种珍贵的宝石材料，具有鲜艳的红色和出色的光泽，因其稀有性和美丽特征而备受珠宝和工艺品市场的青睐。

本报告旨在对金红石的开发利用市场进行深入分析，探讨其目前的现状以及未来的发展前景，为相关行业的经营者和投资者提供参考依据。

首先我们将对金红石的来源和特点进行介绍，然后对目前金红石的开发利用现状进行分析，最后展望金红石在市场中的地位和其未来的发展趋势。

文章结构部分内容如下:1.2 文章结构：本文分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分中，将简要介绍金红石的概况，并说明文章的目的和意义。

在正文部分，将详细介绍金红石的来源和特点，分析金红石的开发利用现状，并探讨其在市场中的地位和前景展望。

在结论部分中，将强调市场分析的重要性，提出金红石开发利用的建议，并对全文进行总结。

通过这样的结构安排，可以全面深入地探讨金红石的开发利用市场分析，为相关研究和实践提供参考和指导。

1.3 目的目的部分的内容应该围绕着撰写该市场分析报告的目的和意义进行阐述。

可能包括对金红石开发利用市场的需求和趋势进行深入分析，以及为开发利用金红石提供决策支持和指导。

同时，也可以说明该报告旨在为相关行业提供科学的发展方向和战略规划，推动金红石产业的健康发展和市场竞争力。

此外，还可以强调该报告的编写旨在为投资者、企业决策者和金红石生产商提供准确的市场信息和数据分析，帮助他们做出明智的投资和经营决策。

1.4 总结在本文中，我们对金红石的开发利用进行了深入分析和探讨。

通过了解金红石的来源和特点，以及开发利用现状，我们对金红石在市场中的地位和前景展望有了更清晰的认识。

同时，我们也强调了市场分析的重要性，并提出了一些金红石开发利用的建议。

总的来说，金红石作为一种珍贵的宝石材料，拥有巨大的市场潜力和发展空间。

通过不断的研究和开发，我们可以更好地利用金红石的优势，为市场带来更丰富的选择，同时也为金红石的产业发展注入新的活力。

钛渣生产新技术—中国钒钛之都的生产、市场与产业的知识元素原创邹建新等近年钛渣生产技术的发展方向体现在三方面，一是合理发展大型密闭矩形电炉，二是采用大型圆形密闭电炉，三是针对现有的圆形电炉进行局部各环节的改进。

比如，近年云南新立公司引进了南非、德国及乌克兰的大型直流空心电极电弧炉技术，并进行了优化改进，运行效果较好。

近年具有代表性的钛渣生产新技术如下。

（1）高杂质钛铁矿精矿制取富钛料的方法中国地质科学院矿产综合利用研究所提出了一种高杂质钛铁矿精矿制取富钛料的方法，涉及富钛料的制取方法技术领域，其技术路线为：原矿—磁选—铁精矿—尾矿—浮选—钛铁矿精矿—焙烧—磁选—还原熔炼—钛渣—提纯—富钛料，该法集电炉熔炼法和酸浸法之优势，克服了两法之不足，既能处理高杂质含量的岩矿型钛铁矿精矿，又能生产高质量的钛渣产品。

（2）一种环形炉或转底炉冶炼钛渣的方法攀钢提供了一种冶炼钛渣的方法，该方法包括下述步骤：将钛精矿、粘结剂和碳质还原剂的混合物制成球团矿或压团矿；将球团矿或压团矿烘干；使用环形炉或转底炉预还原球团矿或压团矿，从而制得金属化球团或金属化压团；将金属化球团或金属化压团装入电炉进行熔化分离，得到半钢和钛渣，其中，使用球团矿或压团矿的预还原产生的烟气为球团矿或压团矿的烘干提供热量，并使用熔化分离过程中产生的烟气为球团矿或压团矿的预还原提供热量。

（3）利用钒钛铁精矿融态还原冶炼酸溶性钛渣的方法攀钢提供了一种利用钒钛铁精矿融态还原冶炼酸溶性钛渣的方法。

包括步骤：将钒钛铁精矿与钛精矿混合，加入碳质还原剂和粘结剂，形成混合料；对所述混合料进行还原，然后进行渣铁分离处理，以得到半钢和钛渣；对经渣铁分离处理得到钛渣的表面进行喷水，以使钛渣的温度在降温过程中迅速跨越600℃～850℃温度区间，形成酸溶性钛渣。

该方法能够高效利用钒钛铁精矿中的Fe和TiO且具有融态还原过程反应平稳、熔化分离过程效果好、炉况稳定、冶炼周期2短、电耗水平低和生产成本低等优点。

硫酸法钛白生产中钛液的制备---乘钒钛文化之风创钒钛经济之业原创 邹建新等硫酸法钛白生产中钛液的制备 (1)原矿准备按照酸解的工艺要求，用雷蒙磨（球蘑机、风扫磨）磨矿，将钛精矿粉碎至一定的粒度。

325目 筛余≤1.5%，增加反应接触面，使酸解反应能够正常进行。

雷蒙磨结构如图4.5.4所示。

图4.5.5是某钛白粉厂酸解工序的球蘑机。

图4.5.4 雷蒙磨结构示意图 1-磨环；2-旋辊；3-主轴；4-支架；5-外壳；6-分级器图4.5.5 球蘑机钛铁矿选择时要注意如下几点：①二氧化钛的品位高低是选择钛铁矿时首先要考虑到的因素，它直接影响工厂的收率和成本。

一般矿中的TiO 2二氧化钛含量应不低于47%。

②二氧化钛的品位高低，主要涉及经济和消耗定额而钛铁矿中FeO/Fe2O3的比值大小直接影响酸解的操作和安全。

③控制钛铁矿中有害杂质的含量是提高产品质量（白度、消色力）的关键因素之一。

④ Al2O3,SiO2,S,P等非金属杂质虽然对产品的白度没有多大的影响，但是它们在酸解时（特别是MgO，CaO）会形成胶体，严重影响钛液的沉降和净化效果。

为了能生产出高质量的钛白粉，钛铁矿中的杂质含量最好不要超过以下范围。

Fe2O3﹤13%,Cr2O3﹤0.03,MnO﹤1.5%,Nb2O5﹤0.2%,V2O5﹤0.5%,S﹤0.2%,Al2O3﹤1%,SiO2﹤1%,P2O5﹤0.025%,金红石﹤0.5%。

对硫酸的要求:硫酸法钛白粉生产中的第二个主要原料是硫酸，它是一种很活泼、氧化性很强的强酸，由于它的沸点很高（338℃）因此很适合用它来溶解钛铁矿。

通常对硫酸的质量没有特殊要求，只要符合工业硫酸的国家标准即可. 对于硫酸浓度的要求，一般为88-98% ，但最好不低于85%,通常使用92-96% 浓度的硫酸比较好。

钛铁矿的干燥与粉碎：钛铁矿的干燥一般在风扫磨中进行，风扫磨属于一种卧式球磨机，钛铁矿在不同直径大小的钢球中磨细后，由热风炉来的热风把矿粉输送到收料器内。

硫酸浸出法生产人造金红石—中国钒钛之都的生产、市场与产业的知识元素原创彭富昌邹建新等酸浸法生产人造金红石，将还原后的物料用酸（盐酸或硫酸）在高温下浸出铁等杂质，分为盐酸法和硫酸法。

此法用硫酸做溶剂对钛铁矿进行浸出，使铁溶解进入溶液而钛则富集于不溶残渣中，该法适合处理含Fe2O3高的钛铁矿，多用于钛白生产上。

将矿石中的Fe2O3焙烧成FeO，经磁选获得钛铁矿。

然后将钛铁矿放入带有搅拌器并内衬耐酸砖的浸出罐中利用硫酸浸出，控制温度为393~403K。

基本反应为：FeO.TiO2+H2SO4=TiO2+FeSO4+H2O（1）原理。

日本石原产业株式会社采用印度高品位钛铁矿（氧化砂矿，TiO2含量59.5％，矿中的铁主要是以Fe3+形式存在），先用还原剂将Fe3+还原为Fe2+，然后利用硫酸法钛白生产排出的浓度为22%~23％的稀废硫酸进行加压浸出，使之溶解矿中的铁杂质而使TiO2富集。

这种生产人造金红石的方法源于石原公司，故称石原法。

石原法包括还原、加压浸出、过滤和洗涤、锻烧等工序。

石原公司早已建成了年产10万吨人造金红石的工厂。

稀硫酸浸出法生产人造金红石工艺流程如图4.3.3所示。

图4.3.3稀硫酸浸出法生产人造金红石工艺流程（2）还原以石油焦为还原剂。

在回转窑中，将矿中的Fe3+还原为Fe2+，还原温度为900~1000℃，时间为5h,还原所得的Fe2+应占总铁的95％以上，窑内要求正压操作(19.6~39.2Pa)，还原料在冷却窑中于隔绝空气的情况下，冷却至80℃出料。

用磁选机分离，除去残焦，剩下的还原料，作为下道工序浸出之用。

（3）加压浸出。

在一台80m3衬有耐酸砖的浸取罐中，加入浓度为22%~23%的稀硫酸，按固液比为1：3加入还原料，压力0.1~0.15MPa，温度为120~130℃,搅拌浸取8h,使矿中的Fe2+被溶解而生成硫酸亚铁进入溶液，而TiO2留在固相中。

其反应式如下：FeTiO3+H2SO4===FeSO4+TiO2+H2O在酸浸过程中，TiO2也部分被溶解而后又水解析出，加入TiO2水合胶体为晶种可扩大固液两相间的浓度差，从而可加速铁的浸出速度和增加浸出率；也有助于控制产品的粒度，减少细粒产品。