鈦白粉技術進展研究及未來發展方向預測

摘 要：制取鈦白粉的方法有很多，包括硫酸法、氯化法、鹽酸法、磷酸法、硝酸法、氟化法、堿金屬化合物熔融法等，而實際能夠工業化規模生產的目前只有硫化法和氯化法兩種。由于氯化法的先進性，可以預計在將來，鈦白粉的生產工藝將繼續向氯化法轉移。

關鍵詞：鈦白粉；制備；氯化法

鈦白粉是白色顏料中最優的選擇，在現有技術中，鈦白粉廣泛用于塑料、涂料、造紙、橡膠、化學纖維、油墨和化妝品等領域。最初發現鈦白粉是1791年，科學家在分析砂鐵的時候發現了一種新的白色氧化物，然后這種物質經過確定為二氧化鈦，而后在1912年發明了由礦石生產白色顏料的硫酸法，1940年以后，更為先進，方便的氯化法進入了工業性試驗，并于1958年在美國開始了工業化的生產。目前，在鈦白粉生產領域，氯化法和硫酸法是兩種比較主要的工藝路線。

鈦白粉有三種晶體形態，分別為金紅石型、銳鈦型和板鈦型。其中板鈦型不能用作顏料使用，在工業中作為顏料使用的主要是銳鈦型和金紅石型鈦白粉。從顏料性能看，金紅石型鈦白粉優于銳鈦型鈦白粉，金紅石型鈦白粉中又以經表面包覆處理的產品居多。

鈦白粉既可用鈦精礦、金紅石制取，也可用鈦渣制取。有文獻記載的制取鈦白粉的方法有很多，包括硫酸法、氯化法、鹽酸法、磷酸法、硝酸法、氟化法、堿金屬化合物熔融法等。但實際上能夠實現工業化規模生產的目前只有硫酸法和氯化法兩種，鹽酸法雖然有不少報道，并有美國的公司完成了每天5t的中試，但是尚未完成工業化的規模生產。

硫酸法鈦白粉生產過程中產生大量的回轉窯煅燒尾氣，該尾氣主要是回轉窯燃燒產生的煙道氣，具有一定的溫度（350-400℃），含濕量較大，含硫酸霧、三氧化硫、鈦白粉粉塵。目前尾氣處理過程為：先在沉降室內通過重力沉降除去大部分粗顆粒粉塵，然后再采用堿水噴淋方式，使大部分SO3被堿液中和，粉塵經水濕潤后凝聚成大顆粒隨水排入回收池中，廢氣的溫度同時得到降低，然后進入電除霧器，在高壓靜電場的作用下酸霧和極少量的粉塵被除去，符合排放標準的尾氣高空排放。回收池中的鈦白粉經過板框壓濾機過濾回收或沉淀池進行沉淀回收，這種方法稱為濕法回收。

硫酸法鈦白制造是采用硫酸酸解鈦礦或鈦渣，產生鈦液（硫酸氧鈦），再經過一系列工藝處理，生產鈦白粉。硫酸法的生產工藝相對簡單，可以用品位較低的鈦精礦來生產，并可生產銳鈦型和金紅石型兩種類型的鈦白粉。但硫酸法產品的品質要低于氯化法生產出來的鈦白粉，另外硫酸法所產生的廢酸等，如不進行處理將對環境會造成一定污染。

氯化法鈦白粉制造是利用氯氣產生四氯化鈦，再經過一系列工藝處理，生產鈦白粉；鹽酸法鈦白粉的制造經過幾十年的探索，目前還沒有工業化，主要原因是：（1）工藝不成熟，鈦液的取代反應（鈦白粉行業內稱為水解，以下稱取代反應為水解）質量不好，無法生產涂料級鈦白；（2）鹽酸的回收利用不徹底，不環保；（3）除雜工藝不完善。由于氯化法生產的鈦白粉品質更好，性能更穩定。另外氯化法對環境基本不造成污染，而硫酸法對環境影響大，這也成為國外硫酸法鈦白粉生產廠紛紛停產或轉產的主要原因。

鹽酸法工藝是采用鹽酸浸取鈦鐵礦，將得到的浸取液進行還原反應，經冷卻結晶從中分離出氯化亞鐵，而后將得到的含鈦浸取液進行萃取得到高鈦液，高鈦液經水解生成偏鈦酸，再經煅燒、粉碎等工序得到鈦白粉產品。其優點在于可以使用低成本的鈦原料，能量消耗低，可同時生產銳鈦型、金紅石型以及納米級鈦白粉，廢物產生少，無需深井填埋，比硫酸法和氯化法生產成本低，投資費用與兩者相當，但是其能否實現工業化生產目前仍有待檢驗。

目前全球有近60%的鈦白粉是通過氯化法生產的，其中美國的杜邦公司已全部采用氯化法生產鈦白粉。由于氯化法鈦白粉生產工藝一直為國外大公司擁有，我國絕大部分鈦白粉生產企業還是以硫酸法工藝為主，硫酸法鈦白粉占到總產量的98%。在國外，硫酸法工藝從20世紀70年代以來就逐漸被淘汰，發展成至今以氯化法工藝為主導的局面。在國內，目前鈦白粉的生產仍以硫酸法工藝為主。[1]

由此可見，目前世界范圍內，鈦白粉生產工業工藝已經發展的較為成熟、產品品種比較齊全，應用面已經涉及各工業領域以及人們的日常生活，從而成為市場價值僅次于合成氨和磷化工的第三大無機化工產品。鈦白粉工業的發展與整個國民經濟發展有著密切的關系，其消耗量的多少，可以用來衡量一個地區乃至國家國民經濟發展水平和生活水平的高低，因此鈦白粉工業的發展備受工業發達國家的重視。

氯化法鈦白粉的占比逐年增加，硫酸法注重清潔生產，兩者將并存發展。隨著各國環保法規的強化和用戶對產品質量要求的提高，部分硫酸法鈦白粉廠相繼關閉，加快了發展氯化法鈦白粉的步伐。80年代后期起，世界鈦白粉總產能中，氯化法鈦白粉所占比例增長速度明顯加快：1970年僅23%，1980年不過29%，1990年為47%，1999年達56%，截至目前，氯化法鈦白粉產能約在全球總產能的62%，已經占據了主導地位。目前世界上新建或改擴建鈦白粉廠多以氯化法為主。在全球主要的企業中，杜邦目前已全部采用氯化法工藝生產鈦白粉，科斯特、科美基、康諾斯和石原四家公司也以氯化法生產為主，其占比分別達到了80.3%、74.8%、74.5%和65.9%，亨茲曼公司的氯化法的比例相對較低，約占40%，主要企業中僅莎哈利本完全采用硫酸法工藝制備鈦白粉，剩余的其他國家和地區的企業則以硫酸法生產為主，氯化法的生產比例尚不足10%。

由于氯化法的先進性，可以預計在將來，鈦白粉的生產工藝將繼續向氯化法轉移，如何降低氯化法對鈦原料的品位要求，從而解決高品位鈦礦日益枯竭的現狀，是氯化法鈦白粉未來的發展重點。與此同時，由于硫酸法可以采用低品位的鈦礦作為原料，并且能夠生產銳鈦型鈦白粉，因此硫酸法未來仍將存在，并于氯化法共同發展。通過提高硫酸法所采用鈦原料的品位，例如通過采用酸溶性鈦渣代替低品位鈦鐵礦從而提高硫酸法鈦白粉的品質；以及通過酸循環工藝以及其他清潔產生工藝來降低硫酸法對于環境所造成的污染是硫酸法鈦白粉未來的關注重點。

參考文獻

[1]孟家慶，吳潔霞，等.國內外氯化法鈦白粉生產技術的專利分布概況[J].無機鹽工業，2014.