海绵钛生产废水闭合循环“零排放”工艺技术研究

海绵钛生产废水闭合循环“零排放”工艺技术研究

梁飞龙

（新疆湘润新材料科技有限公司，新疆，哈密， 839000）

摘要：海绵钛生产技术复杂、工艺流程长，产生的废水种类较多，如不能做好废水处理回用，将造成大量水资源浪费与环境负担。为深化钛行业绿色发展进程，建设节水型企业，本文针对全流程生产钛及钛合金产品过程中的废水的处理与回用展开探讨，最终实现处理后废水得到全部回用，界外排水量为零。

关键词：海绵钛；废水；回用；节水；零排放

引言

由于民用及航空领域用钛需求增长，2020年全国海绵钛产量12.1万吨，较2019年增长38%，后续将继续保持稳定的增长态势，按照目前行业生产水平，生产1吨海绵钛需使用新水80m³，每年用于生产海绵钛的水量在100万m³以上，如不采用任何工艺技术手段对水资源加以控制与回用，将造成巨大的资源浪费与环境污染问题。

1.行业现状

海绵钛生产需配套氯气生产系统、氯化镁电解系统、四氯化钛精制系统、还原蒸馏系统、动力系统等一系列装置，在生产过程中存在蒸汽锅炉运行、工业盐溶解、设备冷却、氯压机室升华物溶解、事故尾气处理、四氯化钛冲渣、脱盐水处理等用水环节，用水量大且污水处理环节多。目前国内钛行业废水处理采用全部送至外单位处理站或部分回用的方式，能实现废水完全回用的生产企业为数不多，废水“零排放”是最终努力方向。
2.废水回用工艺介绍

生产系统按主要用水生产模块可细分为：氯碱、四氯化钛、还原蒸馏、电解镁、动力5大板块。经过各板块采用 “清污分流、分步处理”的处理方式，避免了传统集中处理废水带来的效率低、难度大的问题，采用分段处理污水，达到其他用水点用水需求后即进入下步使用，不汇入集水池统一处理，避免出现污水统一处理中的废水种类多、处理效率低的困难，最终实现废水全部回用，达到节约用水的目的。

下面对各板块水处理工艺进行简要介绍：

（1）氯碱板块

在氯碱生产单元：1.工业盐用回用脱氯淡盐水、板框压滤机滤液与部分新水化盐，除杂后制备精盐水，经过膜极距电解槽电解精制盐水，在阳极生成氯气及淡盐水；阴极生成氢气与32%NaOH溶液，该碱液可进一步浓缩加工，生产过程中蒸汽冷凝回用，补充至循环水。淡盐水经过脱氯处理，氯气回收、盐水回用。2.湿氢气经过冷凝、干燥处理，水气回收使用，处理后氢气参与与氯气的合成反应，生成盐酸。生产盐酸用水来自脱盐水站以含盐废水为加工对象生产的脱盐水，减少新水使用量。3.污水处理以短流程、快速回用为原则，本单元处理水量尽量在本单元使用，减少综合水池处理压力，提高回水利用效率。

（2）四氯化钛板块

在四氯化钛生产单元，钛渣与煅后焦称重混料，在沸腾氯化炉中反应生产四氯化钛，经过旋风分离得到高温四氯化钛与废渣，高温四氯化钛经过三级冷凝、除钒，得到精制四氯化钛，进入还原蒸馏工序参加下一步反应。废渣汇集于冲渣槽，该生产单元用水需求主要存在于收尘渣的冲渣环节，冲渣后废水为主要污水来源，冲渣水经过中和、沉淀、压滤处理，其滤液按需及时回用于上一步冲渣， 减少处理步骤、降低处理成本，其余部分进入综合废水池。

（3）还原蒸馏板块

在还原蒸馏生产单元， 主要反应为四氯化钛与液镁发生还原反应，生成单质钛（海绵钛）与氯化镁，氯化镁进入下步镁电解工序。在还原蒸馏生产海绵钛过程中，有HCl、Cl2等废气夹杂伴生，需要在废气淋洗时需要一定用水量，废气淋洗产生的含盐废水为该工序主要污水来源，该废水进入废水收集池，经过集中处理后进入循环水系统。

（4）电解镁板块

在镁电解生产单元，该处主要反应为电解氯化镁生成液镁与氯气，生成的液镁与氯气循环使用，分别参加还原蒸馏工序的海绵钛生产与钛渣氯化反应生成四氯化钛。在该生产单元中，系统进行检修以及排收尘渣时有一定用水量，产生的酸性废水是该处主要污水来源，该废水汇集于废水调节池集中处理回用。

（5）动力板块

废水站调节池的废水进入蒸发系统暂存罐，从暂存罐排出的废水经输送泵精密在线过滤器除去一些废水中的杂质沙粒和二次絮凝物。过滤器输出的废水经高效换热器与二效蒸馏水换热后，温度达到45-50℃，进入二次换热器与系统生蒸汽产生的高温蒸馏水进一步换热温度达到60-70℃，再利用二效和单效蒸发产生的二次蒸汽进一步加热，废水温度升高到70-85℃。经换热后的废水进入二效蒸发系统进行蒸发，二效蒸发器采用真空强制循环蒸发，热源来自与一效蒸发器产生二次蒸汽， 从二效蒸发室出来的二次蒸汽经汽液分离器分离后进入换热器换热，从二效排出的氯化钙废水浓度大概为20-25%，进入一效蒸发器继续蒸发，从一效蒸发室出来的蒸汽经汽液分离器分离后进入二效蒸发器作为热源继续利用。一效蒸发器的废水氯化钙浓度达到40-45%，由于离子排斥效应，固体杂盐氯化钠、氯化镁、硫酸钙全部析出，含固体杂盐的氯化钙水溶液进入分离系统，分离出杂盐，母液进入母液罐，由泵送入预热器温度在100-120℃然后进入高位罐，由高位罐均匀流入单效浓缩蒸发系统，单效浓缩蒸发系统采用升膜蒸发，热源采用0.8MPa锅炉蒸汽，蒸发产生的二次蒸汽经汽液分离后进入二次蒸汽换热器进行换热综合利用。从一效和浓缩工段排出的冷凝水是由锅炉生蒸汽产生的冷凝水，经过换热后回到锅炉系统，从二效加热器排出的冷凝水和真空系统排出的冷凝水是来自与氯化钙废水溶液交换后的，回到再生系统处理后回用。回用水确保二次冷凝水TDS≤150ppm，满足锅炉或系统新水用水指标要求。具体流程见下图：

3.工艺使用效果

某海绵钛生产企业采用该废水循环利用技术后，使循环水使用效率达到96%以上，远高于国家规定的75%；同时循环系统二次利用中水补给量为1978m³/d,全年利用二次中水量65万m³。

4.结语

该生产废水回用工艺技术经实际使用后可达到回用水动态平衡，可满足大型海绵钛生产企业的生产需求，可降低海绵钛单位产品用水量建立节水型企业，对于缺水地区生产企业意义尤为重大。

参考文献：

[1] 李定元 海绵钛生产中的酸水处理 [J] .钛工业进展 1995（05）

[2] 杨墨，王宏宇，王鹏，吕斌 海绵钛生产废水中的除铬技术研究 第十届全国水处理化学大会暨海峡两岸水处理化学研讨会论文集

作者介绍

梁飞龙，（1988-），男，新疆哈密人，化工工程师，化学工程与工艺专业。