淺析硫酸法鈦白粉清潔生產工藝

＊曹波 崔艷

（山東道恩鈦業有限公司 山東 265700）

淺析硫酸法鈦白粉清潔生產工藝

＊曹波 崔艷

（山東道恩鈦業有限公司 山東 265700）

本文首先簡要介紹了傳統硫酸法鈦白粉生產工藝，并分析指出了該方法所存在的問題和不足，針對這些問題從能源消耗、三廢處理以及技術設備三個方面提出了新型清潔生產工藝，旨在改善鈦白粉生產工藝對環境的影響，從而保證該行業清潔環保、綠色健康地發展。

硫酸法；鈦白粉；清潔生產

1.引言

目前我國鈦白粉生產主要采用硫酸法工藝，在生產過程中產生了大量的廢酸及酸性廢水，在工藝過程中產生副產物FeSO4·7H2O，紅、白石膏等廢渣堆積如山難以處理。顯然，傳統硫酸法鈦白粉生產工藝存在的環境問題日益明顯，這在很大程度上制約了行業的發展，因此探究鈦白粉新型清潔生產工藝，從技術、設備及工藝方面降低其對環境的影響是目前這一行業首要解決的問題。

2.傳統硫酸法鈦白粉生產工藝

目前我國鈦白粉生產主要采用硫酸法工藝，主要包括了酸解、沉降、結晶、過濾、濃縮、水解、水洗、漂白、煅燒等多道工序。具體一點來說，粉碎的鈦鐵礦（主要成分FeTiO3）進入到酸解鍋中，在硫酸的作用下，大多數礦粉被分解，形成可溶性的硫酸鹽混合溶液，酸解完成之后進入沉降槽。在沉降槽加入一定量的沉降劑，使得溶液中的懸浮物以及Al、Si等易形成膠體的物質沉降分離，上層清液進入到結晶工序冷卻結晶，下層濁液進入圓盤過濾機固液分離。冷卻后的上層清液得到FeSO4·7H2O晶體和鈦液兩相混合物，再經過過濾、濃縮工序就能夠得到純凈的高濃度鈦液。高濃度鈦液在酸性環境下加熱水解，經過一次掛片、一次水洗、漂白、二次掛片、二次水洗、鹽處理等工序之后，最終得到高濃度的偏鈦酸（化學式為TiO2·H2O）料漿，進入回轉爐煅燒后去進行包膜處理，最后粉碎包裝即可得到高純度的鈦白粉。圖一為硫酸法鈦白粉生產工藝流程圖。通過上述硫酸法鈦白粉生產工藝流程圖可以很清晰地看到，整套裝置系統的廢酸和酸性廢水主要來自于水洗工序，而這些廢水的源頭是酸解、水解、水洗和漂白等工序中加入的水或硫酸。大量的酸性廢水、中和后處理產生的廢渣以及副產物硫酸亞鐵等物質對環境影響十分深遠，需要構建清潔循環工藝來處理。

圖一 硫酸法鈦白粉生產工藝流程圖

3.硫酸法鈦白粉新型清潔生產工藝

清潔生產化工產品的過程中，不僅要保證產品的質量滿足相關標準的要求，而且整個生產過程所產生的“三廢”能夠得到有效處理，甚至變廢為寶，成為生產工藝中的副產物進行銷售。針對上述存在的問題，筆者從原材料優選、技術設備改造以及廢酸綜合利用等三個方面提出了新型清潔生產工藝。

(1)原材料優選。目前我國幾乎所有的硫酸法鈦白粉生產工藝中選用的鈦源都是鈦鐵礦，然而鈦鐵礦中含有一定量的鐵元素，在進行結晶分離時會產生大量的副產物FeSO4·7H2O，為了分離該副產物，工藝中通常會用到結晶、過濾以及洗滌等化工操作單元，而這些操作產生了大量廢水和廢渣，對環境影響十分嚴重。鑒于此，硫酸法鈦白粉生產工藝的鈦源可以由傳統的鈦鐵礦換為高品位的鈦渣。鈦渣中TiO2的含量大約為70%左右，用其代替鈦鐵礦作為鈦源，并不需要對工藝設備做較大改動，而且還會省去硫酸亞鐵結晶、鈦液濃縮等高能耗的復雜工序，簡化生產工藝的同時也降低了生產成本。目前安徽安納達鈦白粉廠、山東道恩鈦業有限公司已經積極采用高鈦渣替換傳統鈦鐵礦，每噸鈦白粉的耗酸量從原來的3.8t將至2.6t，同時不存在硫酸亞鐵副產物，解決了生產過程中副產物廢渣的處理問題。

(2)設備技術改造。硫酸法鈦白粉生產工藝的廢水來源主要是酸解和水洗工序，為緩解這一問題，目前山東道恩鈦業有限公司從技術和設備兩個方面對其進行改造，已取得了不錯的效果。一是酸解尾氣采用堿液進行吸收處理，不僅能夠充分吸收尾氣中的二氧化硫、三氧化硫氣體，減輕尾氣排放污染，而且也避免了大量酸性廢水的產生。二是將酸解還原反應中的廢酸進行循環利用，再次加入到酸解鍋中進行二次反應，使得酸解反應不再產生廢酸。三是對水洗塔以及過濾器進行設備改造，將原有一洗塔、二洗塔改造成為逆流洗滌塔，增加了偏鈦酸料漿與可溶性雜質的分離效果，降低了水洗的次數以及頻率。與此同時，目前大多數廠家均采用莫爾過濾機，該設備占地面積大，需要大量的水重復多次對偏鈦酸進行洗滌過濾之后才能夠達到質量要求，從而產生了大量的酸性廢水。南京鈦白化工有限公司摒棄了傳統的莫爾過濾，而采用了進口的管式隔膜過濾機，能夠有效地降低洗水用量和次數，固液分離效果十分良好，極具推廣價值。管式隔膜過濾機與傳統莫爾過濾機相比，每噸鈦白粉的洗水量降低了10噸，有效地減少了酸性廢水的總量，對環境起到了一定改善作用。

(3)廢酸綜合利用。硫酸法鈦白粉生產工藝一洗上片過程會產生大量的廢硫酸，質量濃度約為22%左右，這些廢酸的處理通常是采用熟石灰酸堿中和，曝氣絮凝沉淀之后經過板框壓濾機進行分離，最終的固體廢渣通過皮帶輸送至石膏堆場，造成嚴重的固廢污染。無論是從循環經濟還是清潔生產的角度來說，這種廢酸的處理方式明顯存在問題，其并未充分挖掘其剩余價值，只是將不可堆放廢酸變為了可堆放的廢渣。目前很多鈦白粉企業開始積極探尋一洗廢酸的綜合利用，從源頭上減少鈦石膏固體廢物的產生，總共得到三條途徑。一是利用熱源對廢酸進行真空蒸發濃縮，提高廢酸中硫酸濃度，并將濃縮廢酸應用于磷肥行業或者制取硫酸銨作為肥料。二是將硫酸亞鐵與廢酸反應制取凈水劑聚合硫酸鐵，用于污水處理廠、化工廠處理污水。三是將系統廢酸通過石灰石和熟石灰兩次中和后制備石膏，應用于建筑行業之中，目前國外硫酸法的廢酸大多采用該方法進行處理，而這一清潔生產方法的核心在于控制石膏的結晶速率和粒徑，能夠很好地進行過濾作業。無論是哪一種途徑來處理廢酸，都能夠發揮出廢酸的價值，使得整個生產工藝清潔環保，真正做到物盡其用。

4.結束語

筆者從原料優選、設備技術改造以及廢酸綜合利用等三個方面了新型清潔生產工藝，旨在改善鈦白粉生產工藝對環境的影響，從而保證該行業清潔環保、綠色健康地發展提出。

(責任編輯 宋小蒙)

Process For Producing Titanium Dioxide By Sulfuric Acid Method

Cao Bo, Cui Yan
（SHANDONG DAWN TITANIUM INDUSTRY CO.,LTD, Shandong, 265700）

In this paper, the production process of titanium dioxide by traditional sulfuric acid method is introduced brie fl y, and the problems and shortcomings of this method are analyzed and pointed out.In view of these problems, a new clean production process is put forward from aspects of energy consumption, three kinds of waste treatment and technical equipment.The intention is to improve the environmental impact of titanium dioxide production process, so as to ensure the industry clean, environmental protection, green and healthy development.

Sulfuric acid method；Titanium dioxide；cleaner production

T

A

曹波（1983～），男，山東道恩鈦業有限公司；研究方向：鈦白粉技術與生產。