硫酸法生产钛白粉工业中的防腐蚀形式探讨

硫酸法生产钛白粉工业中的防腐蚀形式探讨

（上海富晨化工有限公司 上海 200233）

摘要：钛白粉的应用领域非常广，是目前性能最好的白色颜料。而作为主要生产工艺（硫酸法）生产钛白的企业会遇到碰到很多复杂的腐蚀工况条件，做好防腐工作对这些企业而言至关重要。结合多年的防腐蚀工程应用经验基础，本文介绍了硫酸法生产钛白粉的企业常碰到的腐蚀工况条件和采取的相关防腐措施，可供相关钛白粉生产企业和防腐施工企业参考。

关键词：钛白粉；防腐蚀；玻璃钢；乙烯基树脂；VEGF；砖板；工程

1 前言

钛白粉学名二氧化钛，二氧化钛的相对密度最小，在同等质量的白色颜料中，二氧化钛的表面积最大，颜料体积最高，所以二氧化钛被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。目前我国钛白粉行业蓬勃发展，生产技术成熟，生产规模也越来越大。钛白粉主要有硫酸法和氯化法两种工艺，目前国内绝大多数钛白粉企业的生产工艺都是硫酸法，硫酸法生产钛白粉的企业，常常会遇到高温浓硫酸，稀硫酸，钛液等腐蚀工况，很多设备还需要有搅拌，这一系列的工况条件会给各工段的设备和车间建筑照成严重的腐蚀。

做好防腐蚀工作会延长设备和建筑的使用寿命，减少设备维护成本，保障了设备的运行完好，就保证了生产的连续性，提高了生产效率，提高了企业在市场中的竞争力。更重要的意义在于很多设备中存放的都是高温重腐蚀性化学原料。如果设备出现被腐蚀，力学强度降低，泄露等问题轻则照成轻度污染，重则有可能发生重大人身伤害的事故，所以做好防腐蚀工作有着重要的意义。

2 硫酸法工艺中的各防腐形式介绍

硫酸法的工艺复杂，生产流程长，工序较多。生产过程中对浓硫酸的需求较大，其设备、管件、车间建筑等需要的防腐部位较多，防腐形式也比较复杂。硫酸法工艺的主要流程如下：

①酸解：TiO₂原料的酸解。②沉降：将可溶性TiOSO₄从固态杂质中分离。③水解：水解TiOSO₄，形成不溶的水解产物TiO(OH)₂。④煅烧：煅烧TiO(OH)₂除去水分，生产干燥的TiO₂。⑤后处理：进行无机物和有机物包膜。

结合多年的防腐蚀工程经验，在硫酸法工艺中主要可应用到玻璃钢防腐、内衬耐酸砖板（花岗岩）、内衬乙烯基树脂鳞片胶泥、涂刷耐腐蚀涂料等防腐形式。下面就每一种防腐形式的特点做简单介绍：

2.1璃钢防腐

玻璃钢是指以玻璃纤维或玻璃纤维产品为增强材料，树脂作为基体的复合材料。玻璃钢防腐包括金属或砼结构内衬玻璃钢防腐和整体玻璃钢设备，在土建防腐蚀中主要指内衬玻璃钢防腐蚀形式，整体玻璃钢设备防腐蚀在下文中再展开论述。

内衬玻璃钢防腐是最常见的防腐蚀处理方法，它是利用玻璃纤维增强塑料（俗称“玻璃钢”或“FRP”）结构在设备基础上形成一层防护，玻璃钢衬里具有整体性、抗渗性好和造价合理的特点，同时选用适当的防腐蚀树脂就能够达到良好的防腐蚀效果，在硫酸法工艺中一般应采用防腐蚀性能更可靠的环氧乙烯基树脂。乙烯基树脂是目前防腐蚀材料的首选材料，环氧乙烯基酯树脂是由环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制得。它保留了环氧树脂的基本链段，又具有不饱和聚酯树脂的良好工艺性能，而这些特殊的化学结构赋予了乙烯基树脂较环氧树脂更好的工艺特性、耐腐蚀性和耐候性。

在玻璃钢衬里防腐蚀工法中，一般采用玻璃纤维加玻璃纤维短切毡或表面毡的复合结构，厚度一般在1-3mm之间。玻璃钢防腐具有以下特点:

A、操作方面，便于施工，相对造价较低。

B、 防腐整体性好，抗渗透能力强。除了作为防腐内衬使用还可以配合衬砖防腐的隔离层使用。

C、 选用高性能乙烯基酯树脂，耐温耐蚀性能好。

D、便于维修。

2.2内衬砖板防腐

内衬砖板就是为使腐蚀介质与设备或建筑隔离，在金属或混凝土表面贴合一道或多到耐腐砖板。该结构形式具有较好的耐酸、耐高温性能的特点。

硫酸法工艺生产过程用到内衬砖板的腐蚀工况一般是要求耐高温、耐浓硫酸、有搅拌考虑耐磨损的部位，石材一般选用耐酸的石英石和花岗岩等天然石材。内衬砖板的层数可根据实际需要设计，在施工过程中，同层或上下层时应该错缝排列，二层以上的应避免叠缝。结合层根据不同的耐腐要求，一般选择乙烯基酯树脂或高密度钾水玻璃胶泥(KPI胶泥)。采用不同的胶泥材料有不同的施工要求和注意事项：

A、乙烯基酯树脂胶泥作为结合层的注意事项：

一般情况下，如采用耐酸砖和薄型石材，易用揉挤法施工；如采用平面厚型石材分量重，不易移动，易采用座浆法施工；立面石材砌筑时一般先可用胶泥采用揉挤法砌筑和定位，待胶泥达到一定强度后，再在结合层灌浆。灌浆时以每层石材一次连续浇灌为宜，浇灌高度以板材高度的2／3处比较好，可把浇灌缝与石材的板缝错开。分次灌缝有利于提高灌缝质量，减少树脂胶泥固化收缩，避免产生裂纹。

B、 钾水玻璃胶泥作为结合层注意事项：

应尽量避免使铺砌的相邻部分在凝固阶段的灰缝受到震动，否则会产生微小裂缝或松动，垂直面也易成中空。因此施工时不推荐采用木槌敲打法，而推荐揉挤法。为了保证钾水玻璃材料的防腐蚀工程的可靠性，在铺砌块材时，应保证结合层和灰缝的密实程度，以保证强度高、抗渗性能优良的特点。在灌缝中严禁采用勾缝施工方法，勾缝工艺既不牢固，也不抗渗。铺砌立面块材时，应用直尺靠紧块材面，待水玻璃胶泥或水玻璃砂浆初凝不变形时取下。

但不论采用何种胶泥砌砖时，均应采用隔离层结构形式，隔离层结构形式可应采用橡胶、玻璃钢或玻璃鳞片胶泥形式（VEGF）以及上述三种形式的复合。在此提一下VEGF玻璃鳞片胶泥。

VEGF玻璃鳞片胶泥是环氧乙烯基树脂中加入经过化学处理的优质玻璃鳞片，厚度仅3-8μ。在1mm涂膜中可有上百层平行的玻璃鳞片相互交叉排列，形成了独特的屏蔽结构，大大增强了树脂的抗渗透和耐蚀性能。并由此具有以下特点： 1》 有超低的渗透率； 2》 具有极高的粘结强度、高附着力和冲击强度； 3》 耐温差（热冲击）性能良好，因为因此消除了涂层与基材之间的线膨胀系数的差别，以避免由于温差等因素而造成的脱层情况。 4》 一次性可达到较厚的涂层，施工方便； 5》 相对于普通的环氧树脂基的鳞片胶泥，具有更高的耐腐蚀性和耐温性能。

    所以VEGF鳞片胶泥作为单独隔离层或与玻璃钢复合时，很好的利用了VEGF材料与碳钢同步膨胀的性能，作为基础材料可以适用于防止与基础的脱层，同时也保证与上层防腐蚀的良好粘接。如在一些使用温度相对较高、大面积施工或含大量粉尘冲击的腐蚀环境时，可建议采用VEGF鳞片衬里取代玻璃钢衬里或橡胶衬里，如在一些混凝土池防腐蚀衬里等。

2.3 涂刷耐腐蚀涂料等防腐形式

涂料防腐同样也一般分为常规防腐和重防腐。常规涂料防腐是在一般条件下，对金属等起到防腐蚀的作用，保护有色金属使用的寿命；重防腐是指相对常规防腐而言，能在相对苛刻腐蚀环境里应用，并具有能达到比常规涂料防腐更长保护期。

硫酸法生产钛白粉的车间里面的墙面、顶面、梁、柱等高温硫酸酸雾对建筑腐蚀特别严重，属于重防腐。该部位可以选择耐腐蚀抗渗透性能较好的VEGF乙烯基树脂玻璃鳞片涂料。其既能耐高温酸雾的腐蚀，又能耐酸雾结露后浓、稀酸的腐蚀。VEGF专用底漆耐酸、耐碱性均优异，适合用于混凝土和钢铁基层。其与钢铁基层附着力大于10MPa（国家规范要求不小于5MPa），与水泥基层的附着力大于混凝土本身强度（国家规范要求不宜低于1.5MPa）。VEGF涂层附着力强，既能耐腐又具有较强的附着力，不易脱层，完全能够满足该工况条件的防腐。

3硫酸法工艺中各主要工艺段的防腐蚀结构详解

3.1 酸解工序

酸解就是利用高温浓硫酸与矿物料或矿渣反应，将矿物或矿渣中的钛、铁和其他金属转变成可溶的钛、铁和其他金属各自的硫酸盐。该工序包括的化学反应如下：

钛铁矿酸解：FeTiO₃+2H₂SO₄ —TiOSO₄+H₂O+ FeSO 4

钛渣酸解： TiO₂+ H₂SO₄ —H₂O+ TiOSO₄

该工段酸解釜中主要的腐蚀介质和形态是高温浓硫，及带有搅拌矿物料的磨耗。该工艺段的主要设备和基本防腐形式如下：

3.2 沉降工序

沉降工序的目的是将溶液中的Sb的氧化物和Sb的硫酸盐反应生成难溶的Sb2S3。Sb2S3在高分子絮凝剂的作用下最终于沉淀下来，与可溶的硫酸氧钛分离。然后将酸解钛液放入沉降槽, 加入高分子絮凝剂或FeS 后静置沉降, 沉降温度为60℃, 沉降工艺中的反应为：

Sb2O 3+ H2SO4—Sb2 (SO4)3 + H2O

  FeS+ H2SO4 — FeSO4+ H2S

  Sb2(SO4)3+ 3H2S—Sb2S3↓+ 3H2SO 4

该工段主要的腐蚀介质是稀硫酸，硫酸盐，絮凝剂溶液的腐蚀等。很多设备带有搅拌，需要考虑防腐材料的耐磨性能。该工艺段的主要设备和建筑防腐结构如下：

3.3 结晶工序

结晶有冷冻结晶和真空结晶两种，主要目的是将溶液中的硫酸亚铁结晶沉淀分离出来。该阶段主要考虑的是钛业腐蚀和硫酸亚铁盐的腐蚀。另外结晶器要考虑真空环境，带有搅拌的腐蚀工况。该工艺段的主要设备和建筑防腐结构如下：

3.4 钛液的过滤和浓缩工序

过滤作用是进一步除去钛液沉降中难以被除尽的胶体等杂质，一般采用板框压滤机进行严格的精滤。浓缩是采用真空蒸发，将钛液的浓度提高到水解所需的要求。该工艺段的主要腐蚀介质是各种浓度的钛业，该工艺段的主要设备防腐情况如下：

3.5 水解工序

钛液的水解工艺是将二氧化钛从液相（钛液）重新转变为固相的过程。通过控制加热的速度，使钛液按照需要的水解速度发生水解反应，生成水和二氧化钛粒子。

TiOSO₄+H₂O       TiOSO4+ H2SO4

TiOSO4+ H2SO4      TiO(OH)2↓+ H2SO4

该阶段的腐蚀介质主要是偏钛酸和稀硫酸，温度较高，有搅拌。该工艺段的主要设备防腐形式主要有以下几种：

3.6 偏钛酸净化工序（吸片，水洗，漂洗，盐处理，过滤）

该工序的主要目的是除去水解得到的偏钛酸浆液中含有的少量其他金属盐类杂质和稀硫酸等杂质。该工工艺段的主要设备防腐形式如下：