氟钛酸钾项目生产工艺\设备探论
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摘要：我国虽是钛矿资源最丰富的国家之一，但90%以上是共生岩矿，品位低，成分复杂，开采困难；同时，由于经营分散，机械化程度不高，矿产品质量不稳定，造成钛矿资源浪费严重。因此，未来竞争优势将取决于对钛矿资源的合理利用，如此形势下，开发优质的符合行业要求的氟钛酸钾，具有显著的经济效益和社会效益。
中图分类号：TQ053.2 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着钛产业的不断发展，目前市场上有TiO2（俗称钛白粉）、海绵钛、TiCl4(四氯化钛)、KTiF6（氟钛酸钾）、铝钛硼合金等钛系列产品。以下笔者从性质用途、标准工艺、主要设备选型、氟钛酸钾的前景等方面分析，仅供参考。
一、性质和用途：
（1）性质：氟钛酸钾，白色片状结晶。溶于热水，微溶于冷水和无机酸，不溶于氨水，熔点780℃，有毒，有刺激性。
（2）用途：氟钛酸钾是化工、有色冶金的原料，主要做为聚丙烯合成的催化剂和生产铝钛硼合金的原料。聚丙烯（PP）是世界上使用最广泛的通用塑料，拥有巨大的市场，因为其非常广泛的应用可能性，今后其市场需求还会继续增加。铝合金的应用也有极大的发展前景，而作为铝合金的一种，铝钛硼合金有广阔的应用前景。作为聚丙烯合成的催化剂和铝、钛、硼合金的原料，随上述两种工业的发展，其需求量也会不断增加。在其他方面，氟钛酸钾还可以作为熔剂用于轻金属加工对金属表面进行处理和制作砂轮研磨盘的成分，以降低操作温度；用于焊接上作助熔剂及制造其它氟盐的原料；用作棉花和人造纤维的阻燃剂；用来清除印刷电路中露出铅的侵蚀液；用于电化学合成的化学分析试剂；用于熔接和熔合银、金、不锈钢等金属；可做铝镁浇铸生产含钛硼合金的原料；用于铝的精制，橡胶胶凝剂，金属钛的原料，钛粉的制造，以及皮革和棉织品媒染剂等行业。
二、产品的标准、工艺：
1、标准：目前氟钛酸钾尚未制定统一的国家标准，而是由各生产厂家根据市场的需求，生产符合不同企业要求的产品。氟钛酸钾的产品标准参照有关钛冶炼厂来制订企业标准。具体技术指标如下：
（表1氟钛酸钾技术指标）
2、工艺：本项目主要是以钛铁矿（FeTiO3）为原料，通过“浸出—除杂—结晶—过滤—洗涤—烘干—包装”工艺流程为基础，以氟钛酸钾作为主导产品，其生产工艺技术成熟、可靠，项目具有可行性。传统工艺主要有氟钛酸法、偏钛酸法，其主要是采用氢氟酸直接与钛的化合物反应，再用KCl转型，进一步生产氟钛酸钾，其主要缺点是成本高、质量差、产品收率低。本工艺采用HF直接浸出钛铁矿，从而简化了生产流程，使得成本降低，同时通过对溶液与原料的杂质的净化，使产品质量进一步提高，同时采用了更加先进的设备，提高了生产自动化水平，减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。 其主要原理如下：
粗酸的精制，主要反应为：H2SiF6 + 2KCl = K2SiF6+ 2HCl
工业级HF中主要杂质有Al、Si、Ca，以氟酸盐的形式存在，其存在对产品质量有很大的影响，特别是Si的影响最大，必须将其除去。采用加入KCl粉末，通过搅拌使其以氟硅酸钾沉淀下来，通过过滤澄清，得到精酸。
钛铁矿浸出，主要反应为： 6HF + FeO·TiO2 = FeTiF6 + 3H2O
将精制的氢氟酸的浓度控制在一定浓度，然后加入钛铁矿，搅拌后加水稀释，，然后静置澄清，板框压滤。上清液进入下一工序。浸出液净化除杂工序由于钛铁矿中含有少量的SiO2,这部分经HF酸的浸出，大都以H2SiF6形态进入浸出液，必须除去，采用加入氯化钠晶体，使H2SiF6以Na2SiF6形式沉淀。其主要反应为：
H2SiF6+2NaCl= Na2SiF6 +2HCl
结晶工序，主要反应为：FeTiF6 + 2KCl = K2TiF6 +FeCl2
浸出净化溶液加入氯化钾溶液，经过反应生成产品K2TiF6，经离心机甩干后，用冷水洗涤后，进入下一步包装工序。
三、主要设备选型
1、标准设备：氟钛酸钾的生产过程，为湿法冶金化工过程，其生产设备多数采用标准件，如泵、离心风机、行车、板框压滤机和离心机等属于国标类设备，均要采用防腐材料。
2、非标准设备：如反应釜、过滤槽等通过加工方式进行采购。而因为氢氟酸是无色透明有刺激性气味的发烟液体，纯氟化氢有时也称作无水氢氟酸。因为氢原子和氟原子间结合的能力相对较强，使得氢氟酸在水中不能完全电离，具有极强的腐蚀性，能强烈地腐蚀金属、玻璃和含硅的物体；并且有剧毒，如吸入蒸气或接触皮肤会造成难以治愈的灼伤。故选用化工设备的材质时，应充分考虑到抗腐与高温两个关键因素。由于氢氟酸与钛铁矿的反应过程是放热反应，温度在快速加料的过程中可以直接上升到200℃，尤其在高温下的氢氟酸的腐蚀性变得更加剧烈，这样对反应釜等非标设备的材要求变得更加谨慎。以下是6种材料在耐腐蚀和耐高温性能及在性价比的比较：
（1）、碳钢：金属材料能耐高温性能好，但是容易受强酸的腐蚀；
（2）、碳钢衬里：衬里的材料选择性很多，具体目前在市场上有衬橡胶、衬聚乙烯（PE）、衬聚丙烯（PP）、滚涂PO、衬玻璃钢（化学纤维和树脂）、衬聚四氟乙烯（F46）等，其中前几种衬完后的材料耐腐蚀性能较好，耐高温性能比较差，均在120℃以下，只有衬聚四氟乙烯不仅能耐腐蚀又能耐高温，由于造价极高，而且目前市场上，衬四氟乙烯的技术不是很成熟，有容易脱落等缺点。
（3）碳钢搪瓷：由于搪瓷材料成分中含有硅，容易与氢氟酸发生化学反应而腐蚀；
（4）钛材：由于钛材的性质非常稳定，不受强酸和强碱的腐蚀，又能耐高温，是非常好的选择材料，但是由于价格太贵，对企业的限制性太强。
（5）、不锈钢：目前市场上的不锈钢材料有SUS304、SUS316、SUS316L等，不锈钢本身的优越性能就是耐高位和耐腐蚀，但是经过实践表明，SUS316L也不能长期经受高温下氢氟酸的腐蚀性。
（6）玻璃钢材料：最早的玻璃钢材料是用玻璃拉成纤维与树脂组成的合成材料；经过多年的成熟发展，现在已经发展成用化学纤维和树脂组成的玻璃钢材料。经过多年的市场考验，最终选定美国陶瓷公司生产的乙烯脂和台湾生产的化学纤维组成的玻璃钢材料既耐高温有能受高温下氢氟酸的腐蚀性，而且耐磨性也非常好，性价比对一般企业也是可以接受的，因此，目前是市场所有材料中最好的选择。
针对以上标准和非标准化工设备的制造均要遵守以下规范：（1）国家劳动总局：《压力容器安全技术监察规程》；（2）GB150－89：《钢制压力容器》；（3）JB2880－81：《钢制焊接常压容器技术条件》；（4）AGJ32－90：《橡胶衬里化工设备》；（5）HGJ33－91：《衬里钢壳设计技术规范》等。
四、氟钛酸钾的前景
氟钛酸钾做为聚丙烯合成的催化剂和生产铝钛硼合金的主要原料。据IHS化学公司的数据显示，2011年，全球聚丙烯产量为5141.8万吨，需求量为5070.5万吨；铝合金的应用有极大的发展前景，而作为铝合金的一种，铝钛硼合金有广阔的应用前景。综上所述，目前发展氟钛酸钾产品，市场前景广阔，适合有色冶金行业发展的方向，适应国民经济发展的需要。