我國鈦白工業的現狀及發展前景

王麗瑩 賈文婷 付雅君

（沈陽師范大學化學化工學院， 遼寧 沈陽 110034）

我國鈦白工業的現狀及發展前景

王麗瑩 賈文婷 付雅君

（沈陽師范大學化學化工學院， 遼寧 沈陽 110034）

我國鈦礦儲量豐富，但卻未能對其進行物盡其能的充分利用。目前的工業生產中普遍存在高污染，高能耗，產量低等明顯不足。在鈦白工業發展過程中，人們先后提出運用了硫酸法，氯化法，鹽酸法，堿法等生產工藝，并不斷豐富完善，正在向創建一種綠色環保的工業生產模式努力。

鈦白工業；堿法；綠色環保

鈦白粉是一種白色無機顏料，除銳鈦型和金紅石型兩種主要晶型外，工業生產中還分為非顏料級產品和納米類產品。由于它的物理化學性能極好，被認為是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖和橡膠等工業［1-4］。

中國經過近幾年的產能擴建，鈦白粉的產能和產量均已經超過美國，躍升為世界第一大鈦白粉生產國，2013年我國鈦白粉產能達到280萬噸，占全球總產能的38.8%［5］。但我國對鈦白工藝的處理方式仍不夠科學先進，方式和效率均有待提高。

1 我國鈦白工業的發展現狀

隨著科技的進步，人們對鈦白工業的研究不斷深入，從開始的只注重產量到現在的綠色生產，鈦白工業的生產方式發生了重大變革。事實上雖然我國鈦礦儲量豐富，但目前因受限于技術手段和環境污染等問題，我們還沒有做到對其進行綠色高效的充分利用。所以鈦白工業目前的發展狀況是機遇和挑戰共存。

1.1 硫酸法

硫酸法，即將鈦鐵粉與濃硫酸進行酸解反應生產硫酸氧鈦的方法。具體操作時首先進行水解，生成偏鈦酸；然后煅燒；再經過粉碎可得到鈦白產品。用此法可生產多種晶型的鈦白粉。硫酸法的優點在于原料廉價易得，設備簡單易操作，防腐蝕材料易解決等。當然同時也存在著缺點：生產流程長，對環境有污染，產能效率不高，而且只能以間歇操作為主。

20世紀90年代，我國的幾個城市花巨資從東歐的捷克斯洛伐克引進了三條生產線來通過硫酸法制造金紅石型鈦。到現在為止，這些城市的生產規模和先進的實力在行業內是也是遙遙領先的［6］。而且，我國日后的鈦白工業幾乎都是以此為基礎發展起來的。

硫酸法生產鈦白粉使用的是鈦鐵礦和硫酸，所以在這方面我們首先需要面對的問題是資源的不足以及上漲的硫酸價格［7］。在生產過程中，除產生大量廢酸外，廢酸中還含有許多鈦、鐵、鈣、鎂等雜質，所以其綜合利用無論在技術還是經濟上都受到一定的限制［8］。盡管如此，硫酸法依然是我國鈦白工業生產中的主流方法之一。可見，我國鈦白產業仍存在巨大的提升空間。

1.2 氯化法

氯化法，即將含鈦的原料氯化得到產物四氯化鈦的反應，經精餾提純、氣相氧化后速冷，再經氣固分離即可得到TiO2。

氯化法優點很多，如生產工藝簡單、流程短，產品質量高、能耗少，產生的廢水、廢料、廢渣較少，相對其他方法較環保，能實現可持續發展等。它的缺點主要有原料成本高，因為原料具有高腐蝕性，在化學工程上會存在許多問題；加之反應需要在1000℃或更高條件下進行，導致氯化法工藝雖然簡單，但是成本偏高，生產過程不易調整。此外還有研發難度大，設備裝置較復雜，所得產物易腐蝕等問題。

氯化法工藝的“三廢”問題較硫酸法程度輕，主要是廢渣問題有待解決。氯化法所產生外排廢渣含有多種氯化物，均為有害廢棄物，且屬危險廢物，需送危廢渣場填埋處理，因此留下環保隱患［9］。

1.3 鹽酸法

隨著人們綠色生產和可持續發展意識的提高，對鈦白工業生產技術的改進勢在必行。因此，俄特爾納米材料公司［美國］創發了鹽酸法Altair鈦白粉生產工藝［10］。該工藝將鹽酸作用于鈦鐵礦，在分離出FeCl2后將所得鈦進行加工得到初步產品，然后即可利用現有的硫酸法或氯化法處理從而得到鈦白粉成品。不僅如此，該工藝巧妙地將分離出的FeCl2通過熱解轉變成Fe2O3固體，并使之與HCl氣體和水蒸氣共同返回鈦鐵礦分解單元作為反應介質再次參加反應，實現了鹽酸的循環使用，所以該工藝只產生唯一的副產物氧化鐵渣。

該工藝優點為：原料相對平價易得；實現了鹽酸的100%循環利用，降低了生產成本；可生產多種晶型和各個等級的鈦白粉產品，市場適應性強；產生的廢棄物極少，唯一的副產物氧化鐵渣可作為其它工業生產的原材料被再次利用。雖然此項工藝與以前的傳統工藝相比體現出了潛在的優勢，但遺憾的是，該工藝目前只能在實驗室中進行，想要實現大規模工業化生產必須經過后續的研究、改善和調整［9］。鈦白粉生產新工藝除了鹽酸法，還出現了鈦和鐵資源綜合開發的REPTILE工藝等其他生產技術［11］。

1.4 堿法

在堿法鈦白清潔生產工藝中，堿液的循環利用是近年來的研究熱點。高鈦渣在堿性介質中被分解為鈦酸鹽，經水洗后，鈦酸鹽中有部分物質轉化成固體，此時可通過固液分離的手段將堿液分離出來，堿液經除雜濃縮后循環再生，可返回起始的分解單元被循環利用［14—17］。堿法鈦白清潔生產工藝的研究較硫酸法、氯化法等起步要晚，同時也說明了它有進一步的發展空間，對實現資源的循環利用會產生重要的推動作用。

2 其它制備鈦白粉的方法及工業前景

2.1 其它制備鈦白粉的方法

制造顏料鈦白粉的方法，除了上述的幾種外，還有：①磷酸法；②硝酸法；③用氫氟酸處理礦石然后加入堿，將制得氟鈦酸鹽水解的方法；④礦石與芒硝、硫酸銨、氟化鈉共融制得氟化鈦再水解的方法；⑤礦石與苛性鈉共融制得鈦酸鈉再水解的方法。

2.2 工業發展前景

實際上除了硫酸法和氯化法得到了廣泛應用外，其它的制法都因設備腐蝕嚴重、副產品處理困難、鈦的回收率低、三廢污染大、生產成本高等技術問題未能解決而沒能實現工業化［18］。所以，目前我國面臨的主要問題是研究開發新的工業方法，或通過新思路對已有方法中的弱勢環節進行改進，以實現工業中的綠色循環、環保高效的生產模式，推動我國經濟的健康發展。

3 結語

綜上所述，我們知道目前我國鈦白粉工業的技術水平還有待提高，在生產上做到節能、減排和清潔是我國鈦白產業綠色高效發展的關鍵。我們需要整理借鑒前人經驗，進行針對性的科學研究，不斷對其理論實踐進行豐富完善，以清潔高效目標為首要追求，同時注重切合實際，綜合考慮現實狀況，努力創建一種綠色環保的新型工業生產模式。

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