硫酸法生產(chǎn)鈦白粉工業(yè)中的防腐蝕形式探討

硫酸法生產(chǎn)鈦白粉工業(yè)中的防腐蝕形式探討

（上海富晨化工有限公司 上海 200233）

摘要：鈦白粉的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，是目前性能最好的白色顏料。而作為主要生產(chǎn)工藝（硫酸法）生產(chǎn)鈦白的企業(yè)會(huì)遇到碰到很多復(fù)雜的腐蝕工況條件，做好防腐工作對這些企業(yè)而言至關(guān)重要。結(jié)合多年的防腐蝕工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，本文介紹了硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的企業(yè)常碰到的腐蝕工況條件和采取的相關(guān)防腐措施，可供相關(guān)鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)和防腐施工企業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：鈦白粉；防腐蝕；玻璃鋼；乙烯基樹脂；VEGF；磚板；工程

1 前言

鈦白粉學(xué)名二氧化鈦，二氧化鈦的相對密度最小，在同等質(zhì)量的白色顏料中，二氧化鈦的表面積最大，顏料體積最高，所以二氧化鈦被認(rèn)為是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業(yè)。目前我國鈦白粉行業(yè)蓬勃發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)成熟，生產(chǎn)規(guī)模也越來越大。鈦白粉主要有硫酸法和氯化法兩種工藝，目前國內(nèi)絕大多數(shù)鈦白粉企業(yè)的生產(chǎn)工藝都是硫酸法，硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的企業(yè)，常常會(huì)遇到高溫濃硫酸，稀硫酸，鈦液等腐蝕工況，很多設(shè)備還需要有攪拌，這一系列的工況條件會(huì)給各工段的設(shè)備和車間建筑照成嚴(yán)重的腐蝕。

做好防腐蝕工作會(huì)延長設(shè)備和建筑的使用壽命，減少設(shè)備維護(hù)成本，保障了設(shè)備的運(yùn)行完好，就保證了生產(chǎn)的連續(xù)性，提高了生產(chǎn)效率，提高了企業(yè)在市場中的競爭力。更重要的意義在于很多設(shè)備中存放的都是高溫重腐蝕性化學(xué)原料。如果設(shè)備出現(xiàn)被腐蝕，力學(xué)強(qiáng)度降低，泄露等問題輕則照成輕度污染，重則有可能發(fā)生重大人身傷害的事故，所以做好防腐蝕工作有著重要的意義。

2 硫酸法工藝中的各防腐形式介紹

硫酸法的工藝復(fù)雜，生產(chǎn)流程長，工序較多。生產(chǎn)過程中對濃硫酸的需求較大，其設(shè)備、管件、車間建筑等需要的防腐部位較多，防腐形式也比較復(fù)雜。硫酸法工藝的主要流程如下：

①酸解：TiO₂原料的酸解。②沉降：將可溶性TiOSO₄從固態(tài)雜質(zhì)中分離。③水解：水解TiOSO₄，形成不溶的水解產(chǎn)物TiO(OH)₂。④煅燒：煅燒TiO(OH)₂除去水分，生產(chǎn)干燥的TiO₂。⑤后處理：進(jìn)行無機(jī)物和有機(jī)物包膜。

結(jié)合多年的防腐蝕工程經(jīng)驗(yàn)，在硫酸法工藝中主要可應(yīng)用到玻璃鋼防腐、內(nèi)襯耐酸磚板（花崗巖）、內(nèi)襯乙烯基樹脂鱗片膠泥、涂刷耐腐蝕涂料等防腐形式。下面就每一種防腐形式的特點(diǎn)做簡單介紹：

2.1璃鋼防腐

玻璃鋼是指以玻璃纖維或玻璃纖維產(chǎn)品為增強(qiáng)材料，樹脂作為基體的復(fù)合材料。玻璃鋼防腐包括金屬或砼結(jié)構(gòu)內(nèi)襯玻璃鋼防腐和整體玻璃鋼設(shè)備，在土建防腐蝕中主要指內(nèi)襯玻璃鋼防腐蝕形式，整體玻璃鋼設(shè)備防腐蝕在下文中再展開論述。

內(nèi)襯玻璃鋼防腐是最常見的防腐蝕處理方法，它是利用玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱“玻璃鋼”或“FRP”）結(jié)構(gòu)在設(shè)備基礎(chǔ)上形成一層防護(hù)，玻璃鋼襯里具有整體性、抗?jié)B性好和造價(jià)合理的特點(diǎn)，同時(shí)選用適當(dāng)?shù)姆栏g樹脂就能夠達(dá)到良好的防腐蝕效果，在硫酸法工藝中一般應(yīng)采用防腐蝕性能更可靠的環(huán)氧乙烯基樹脂。乙烯基樹脂是目前防腐蝕材料的首選材料，環(huán)氧乙烯基酯樹脂是由環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸通過開環(huán)加成化學(xué)反應(yīng)而制得。它保留了環(huán)氧樹脂的基本鏈段，又具有不飽和聚酯樹脂的良好工藝性能，而這些特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予了乙烯基樹脂較環(huán)氧樹脂更好的工藝特性、耐腐蝕性和耐候性。

在玻璃鋼襯里防腐蝕工法中，一般采用玻璃纖維加玻璃纖維短切氈或表面氈的復(fù)合結(jié)構(gòu)，厚度一般在1-3mm之間。玻璃鋼防腐具有以下特點(diǎn):

A、操作方面，便于施工，相對造價(jià)較低。

B、 防腐整體性好，抗?jié)B透能力強(qiáng)。除了作為防腐內(nèi)襯使用還可以配合襯磚防腐的隔離層使用。

C、 選用高性能乙烯基酯樹脂，耐溫耐蝕性能好。

D、便于維修。

2.2內(nèi)襯磚板防腐

內(nèi)襯磚板就是為使腐蝕介質(zhì)與設(shè)備或建筑隔離，在金屬或混凝土表面貼合一道或多到耐腐磚板。該結(jié)構(gòu)形式具有較好的耐酸、耐高溫性能的特點(diǎn)。

硫酸法工藝生產(chǎn)過程用到內(nèi)襯磚板的腐蝕工況一般是要求耐高溫、耐濃硫酸、有攪拌考慮耐磨損的部位，石材一般選用耐酸的石英石和花崗巖等天然石材。內(nèi)襯磚板的層數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)，在施工過程中，同層或上下層時(shí)應(yīng)該錯(cuò)縫排列，二層以上的應(yīng)避免疊縫。結(jié)合層根據(jù)不同的耐腐要求，一般選擇乙烯基酯樹脂或高密度鉀水玻璃膠泥(KPI膠泥)。采用不同的膠泥材料有不同的施工要求和注意事項(xiàng)：

A、乙烯基酯樹脂膠泥作為結(jié)合層的注意事項(xiàng)：

一般情況下，如采用耐酸磚和薄型石材，易用揉擠法施工；如采用平面厚型石材分量重，不易移動(dòng)，易采用座漿法施工；立面石材砌筑時(shí)一般先可用膠泥采用揉擠法砌筑和定位，待膠泥達(dá)到一定強(qiáng)度后，再在結(jié)合層灌漿。灌漿時(shí)以每層石材一次連續(xù)澆灌為宜，澆灌高度以板材高度的2／3處比較好，可把澆灌縫與石材的板縫錯(cuò)開。分次灌縫有利于提高灌縫質(zhì)量，減少樹脂膠泥固化收縮，避免產(chǎn)生裂紋。

B、 鉀水玻璃膠泥作為結(jié)合層注意事項(xiàng)：

應(yīng)盡量避免使鋪砌的相鄰部分在凝固階段的灰縫受到震動(dòng)，否則會(huì)產(chǎn)生微小裂縫或松動(dòng)，垂直面也易成中空。因此施工時(shí)不推薦采用木槌敲打法，而推薦揉擠法。為了保證鉀水玻璃材料的防腐蝕工程的可靠性，在鋪砌塊材時(shí)，應(yīng)保證結(jié)合層和灰縫的密實(shí)程度，以保證強(qiáng)度高、抗?jié)B性能優(yōu)良的特點(diǎn)。在灌縫中嚴(yán)禁采用勾縫施工方法，勾縫工藝既不牢固，也不抗?jié)B。鋪砌立面塊材時(shí)，應(yīng)用直尺靠緊塊材面，待水玻璃膠泥或水玻璃砂漿初凝不變形時(shí)取下。

但不論采用何種膠泥砌磚時(shí)，均應(yīng)采用隔離層結(jié)構(gòu)形式，隔離層結(jié)構(gòu)形式可應(yīng)采用橡膠、玻璃鋼或玻璃鱗片膠泥形式（VEGF）以及上述三種形式的復(fù)合。在此提一下VEGF玻璃鱗片膠泥。

VEGF玻璃鱗片膠泥是環(huán)氧乙烯基樹脂中加入經(jīng)過化學(xué)處理的優(yōu)質(zhì)玻璃鱗片，厚度僅3-8μ。在1mm涂膜中可有上百層平行的玻璃鱗片相互交叉排列，形成了獨(dú)特的屏蔽結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了樹脂的抗?jié)B透和耐蝕性能。并由此具有以下特點(diǎn)： 1》 有超低的滲透率； 2》 具有極高的粘結(jié)強(qiáng)度、高附著力和沖擊強(qiáng)度； 3》 耐溫差（熱沖擊）性能良好，因?yàn)橐虼讼送繉优c基材之間的線膨脹系數(shù)的差別，以避免由于溫差等因素而造成的脫層情況。 4》 一次性可達(dá)到較厚的涂層，施工方便； 5》 相對于普通的環(huán)氧樹脂基的鱗片膠泥，具有更高的耐腐蝕性和耐溫性能。

    所以VEGF鱗片膠泥作為單獨(dú)隔離層或與玻璃鋼復(fù)合時(shí)，很好的利用了VEGF材料與碳鋼同步膨脹的性能，作為基礎(chǔ)材料可以適用于防止與基礎(chǔ)的脫層，同時(shí)也保證與上層防腐蝕的良好粘接。如在一些使用溫度相對較高、大面積施工或含大量粉塵沖擊的腐蝕環(huán)境時(shí)，可建議采用VEGF鱗片襯里取代玻璃鋼襯里或橡膠襯里，如在一些混凝土池防腐蝕襯里等。

2.3 涂刷耐腐蝕涂料等防腐形式

涂料防腐同樣也一般分為常規(guī)防腐和重防腐。常規(guī)涂料防腐是在一般條件下，對金屬等起到防腐蝕的作用，保護(hù)有色金屬使用的壽命；重防腐是指相對常規(guī)防腐而言，能在相對苛刻腐蝕環(huán)境里應(yīng)用，并具有能達(dá)到比常規(guī)涂料防腐更長保護(hù)期。

硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的車間里面的墻面、頂面、梁、柱等高溫硫酸酸霧對建筑腐蝕特別嚴(yán)重，屬于重防腐。該部位可以選擇耐腐蝕抗?jié)B透性能較好的VEGF乙烯基樹脂玻璃鱗片涂料。其既能耐高溫酸霧的腐蝕，又能耐酸霧結(jié)露后濃、稀酸的腐蝕。VEGF專用底漆耐酸、耐堿性均優(yōu)異，適合用于混凝土和鋼鐵基層。其與鋼鐵基層附著力大于10MPa（國家規(guī)范要求不小于5MPa），與水泥基層的附著力大于混凝土本身強(qiáng)度（國家規(guī)范要求不宜低于1.5MPa）。VEGF涂層附著力強(qiáng)，既能耐腐又具有較強(qiáng)的附著力，不易脫層，完全能夠滿足該工況條件的防腐。

3硫酸法工藝中各主要工藝段的防腐蝕結(jié)構(gòu)詳解

3.1 酸解工序

酸解就是利用高溫濃硫酸與礦物料或礦渣反應(yīng)，將礦物或礦渣中的鈦、鐵和其他金屬轉(zhuǎn)變成可溶的鈦、鐵和其他金屬各自的硫酸鹽。該工序包括的化學(xué)反應(yīng)如下：

鈦鐵礦酸解：FeTiO₃+2H₂SO₄ —TiOSO₄+H₂O+ FeSO 4

鈦渣酸解： TiO₂+ H₂SO₄ —H₂O+ TiOSO₄

該工段酸解釜中主要的腐蝕介質(zhì)和形態(tài)是高溫濃硫，及帶有攪拌礦物料的磨耗。該工藝段的主要設(shè)備和基本防腐形式如下：

3.2 沉降工序

沉降工序的目的是將溶液中的Sb的氧化物和Sb的硫酸鹽反應(yīng)生成難溶的Sb2S3。Sb2S3在高分子絮凝劑的作用下最終于沉淀下來，與可溶的硫酸氧鈦分離。然后將酸解鈦液放入沉降槽, 加入高分子絮凝劑或FeS 后靜置沉降, 沉降溫度為60℃, 沉降工藝中的反應(yīng)為：

Sb2O 3+ H2SO4—Sb2 (SO4)3 + H2O

  FeS+ H2SO4 — FeSO4+ H2S

  Sb2(SO4)3+ 3H2S—Sb2S3↓+ 3H2SO 4

該工段主要的腐蝕介質(zhì)是稀硫酸，硫酸鹽，絮凝劑溶液的腐蝕等。很多設(shè)備帶有攪拌，需要考慮防腐材料的耐磨性能。該工藝段的主要設(shè)備和建筑防腐結(jié)構(gòu)如下：

3.3 結(jié)晶工序

結(jié)晶有冷凍結(jié)晶和真空結(jié)晶兩種，主要目的是將溶液中的硫酸亞鐵結(jié)晶沉淀分離出來。該階段主要考慮的是鈦業(yè)腐蝕和硫酸亞鐵鹽的腐蝕。另外結(jié)晶器要考慮真空環(huán)境，帶有攪拌的腐蝕工況。該工藝段的主要設(shè)備和建筑防腐結(jié)構(gòu)如下：

3.4 鈦液的過濾和濃縮工序

過濾作用是進(jìn)一步除去鈦液沉降中難以被除盡的膠體等雜質(zhì)，一般采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格的精濾。濃縮是采用真空蒸發(fā)，將鈦液的濃度提高到水解所需的要求。該工藝段的主要腐蝕介質(zhì)是各種濃度的鈦業(yè)，該工藝段的主要設(shè)備防腐情況如下：

3.5 水解工序

鈦液的水解工藝是將二氧化鈦從液相（鈦液）重新轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^程。通過控制加熱的速度，使鈦液按照需要的水解速度發(fā)生水解反應(yīng)，生成水和二氧化鈦粒子。

TiOSO₄+H₂O       TiOSO4+ H2SO4

TiOSO4+ H2SO4      TiO(OH)2↓+ H2SO4

該階段的腐蝕介質(zhì)主要是偏鈦酸和稀硫酸，溫度較高，有攪拌。該工藝段的主要設(shè)備防腐形式主要有以下幾種：

3.6 偏鈦酸凈化工序（吸片，水洗，漂洗，鹽處理，過濾）

該工序的主要目的是除去水解得到的偏鈦酸漿液中含有的少量其他金屬鹽類雜質(zhì)和稀硫酸等雜質(zhì)。該工工藝段的主要設(shè)備防腐形式如下：