氯化鈦白粉生產及三廢處理研究

李備戰 臧涵 許網(連云港市工投集團利海化工有限公司，江蘇 連云港 222065)

0 引言

鈦白粉即二氧化鈦(TiO2)，無毒，化學性質穩定，熔點高，白度、光亮度極佳，有著良好的光學活性，是當今世界上綜合性能最為出色的一種白色粉狀固體顏料，常用于涂料、化纖、化妝品、光敏催化劑等工業。目前，鈦白粉主流的生產方式有硫化法和氯化法。硫化法即通過硫酸氧化及一系列繁瑣工藝得到水合二氧化鈦(TiO(OH)2)，再經過脫水處理、表面處理等得到成品，工藝流程繁瑣且最終成品的質量往往不如人意；而氯化法作為一種新興的綠色生產工藝，主要通過氯化氧化及表面處理得到質量極佳的成品。相較硫化法，氯化法有著工藝流程短、廢物排放少、所排放氣體可參與大氣循環、可持續性高、自動化程度高的優點，但技術難度高，操作難點多，生產裝置危險復雜，不易掌握。

1 氯化鈦白粉的生產工藝

氯化鈦白粉的工藝流程主要由氯化工藝、氧化工藝、后處理三部分組成。具體的生產工藝流程如圖1所示。

圖1 氯化鈦白粉的生產工藝流程圖

1.1 氯化工藝

鈦白粉的氯化過程即利用高鈦渣和金紅石等原料與氯氣在一定條件下發生氯化反應從而生成四氯化鈦的過程，隨后經過一系列工藝提純為之后的工藝流程作原料準備。氯化鈦白粉的氯化工藝主要有固定床氯化技術、熔鹽氯化技術和快速流化床氯化技術三種。目前固定床氯化技術已經逐漸不能滿足日益增強的產能需求而被時代所淘汰，熔鹽氯化技術在國內已經有了成熟應用的先例，而國外普遍采取的快速流化床氯化技術在國內仍處于探索試驗階段。

快速流化床氯化技術以沸騰層所氯化為主，以沸騰氯化爐為主要氯化設備，是將細顆粒狀的高鈦原料與固體還原劑混合，在高溫作用下呈流態狀，與氯氣發生反應進而得到四氯化鈦。而鈦白粉氯化工藝的第一步便是將高鈦渣和金紅石等原料投入沸騰爐，投入前應將高鈦渣和金紅石等原料磨成細小顆粒狀加大反應面積，便于加熱至流化狀態以提高反應效率，并配以一定比例的固體還原劑相融合，一般選取石油焦。與此同時氯氣由沸騰氯化爐底部的對應進氣口快速通入，進行連續的高溫氯化反應，整個過程中沸騰氯化爐的整體溫度要穩定在1000℃。氯氣氧化得到的四氯化鈦混合物以及鎂、釩、鐵等金屬的氧化物，通過分級冷分離出鐵的二價氯化物和三價氯化物，通過冷凝得到含三氯化釩和四氯化硅的四氯化鈦混合物，通過過濾、除釩、精餾等提純操作，最終得到高純度的四氯化鈦。

1.2 氧化工藝

將預熱好的氧氣通過對應進氣口通入反應爐內，并加入氧化催化劑，與經過氯化工藝得到的高純度四氯化鈦進行氧化反應，氧化過程中反應爐的溫度不低于800℃。四氯化鈦通過與氧氣的高溫氧化反應，生成二氧化鈦和高溫氯氣，呈現形式則是高溫氯氣流中懸浮著細小顆粒狀的二氧化鈦。接下來通過對氯氣的冷卻處理分離二氧化鈦，具體操作是將高溫氯氣流冷卻至700℃，隨后通入管路后冷卻至200℃，通過風機進行脫氯，分離固體的二氧化鈦后由布袋收集，隨后采取進一步的處理措施。

1.3 后處理工藝

前面氯化工藝和氧化工藝是為了得到高純度的二氧化鈦原料，只有經過諸多環節的工藝處理，二氧化鈦原料才能成為工業生產所需要的鈦白粉，因此后處理工藝的各個環節直接決定了鈦白粉成品的質量好壞。

(1)打漿與研磨。打漿：經過旋螺風機分離氯氣后的二氧化鈦打入打漿槽內，先加入分散劑，后加入脫鹽水，二者加入順序不得顛倒，且計量需要通過計算并嚴格把控，隨后啟動打漿槽進行打漿，打漿完成后的漿液采取進一步的處理措施。

研磨：打漿處理后的合格漿液由研磨機的進料槽進行初步分散處理后進入研磨機，研磨機對漿液進行研磨，研磨標準為顆粒粒徑小于1nm, 顆粒粒徑大于1nm的漿液打回重行研磨，顆粒粒徑符合標準的漿液會經過分級器通入處理罐中以進行下一步的表面處理措施。

(2)表面處理與過濾洗滌。表面處理：準確計量提前制備好的表面處理劑，將其通入至處理罐中與符合粒徑標準的漿液反應，該過程即表面處理的過程。表面處理后的漿液通過泵機通入吸片槽，以作下一步的處理措施。

過濾洗滌：通過過濾機對吸片槽內處理后的漿液進行過濾，隨后送至水洗槽進行沖洗洗滌，洗滌完成且質量達標后，將過濾機內的漿液卸下，通入卸料槽，以作下一步的處理措施。

(3)噴霧干燥與微粉碎。噴霧干燥：洗滌達標后的干凈漿液先通過均質器處理變得均勻，隨后通過泵機送入到噴霧器內霧化，同時使用熱風爐干燥漿液，干燥后的二氧化鈦顆粒送入粉碎機內以作下一步的處理措施。

微粉碎：干燥后的二氧化鈦顆粒進行氣流粉碎機內，輔以助力劑，通過熱蒸汽流和中壓處理將低于1nm粒徑的二氧化鈦顆粒微粉碎至低于0.3nm，再通過冷卻風機將符合低于0.3nm的二氧化鈦顆粒分離至濾袋器內，最后得到鈦白粉成品。

(4)成品包裝。將濾袋器內的鈦白粉成品倒出至指定的潔凈容器內，進行計量分裝后包裝即可。

2 氯化鈦白粉生產過程中的廢水廢渣廢氣處理

氯化鈦白粉的生產過程中也難以避免的會產生廢水廢渣廢氣，因此需要采取針對性的措施以降低工業生產對環境的影響。

2.1 廢水處理

氯化鈦白粉的生產過程中所產生的廢水主要是含氯的酸性廢水，通常應用中和反應進行處理，這是最一般也是最直接有效的處理方法。處理過程如下：將石灰乳通入廢水處理槽中，再通入含氯的酸性廢水與其發生中和反應，直接產物有以沉淀物為呈現形式的氫氧化鐵，隨后進行過濾洗滌，過濾后的溶液為含有氯化鈣、氯化鎂的混合物廢水，再將其進行蒸發結晶處理，得到氯化鎂、氯化鈣晶體。

2.2 廢渣處理

氯化鈦白粉的生產過程中所產生的廢渣主要是氯化物和氫氧化物廢渣，氯化物和氫氧化物廢渣主要利用中和反應進行處理，通過溶解后再進行中和反應，最后通過壓濾分離得到可以利用的廢渣。

將廢渣漿液冷卻后置入壓濾機內，通過壓濾機進行初步過濾。為了提高過濾效果和過濾效率，一般采取分批次的間歇操作。

使用洗滌水對過濾后的廢渣漿液進行第一次洗滌操作，用水量控制在5m3以內，隨后進行壓榨，排除廢渣漿液濾餅中的水分后進行第二次洗滌，該次洗滌的用水量需要提高一倍。第二次洗滌完成后，可以將洗滌液再次儲存，提高洗滌液的利用率。

將含有氯化物廢液的過濾液送入中和槽內進行中和處理，中和處理后的濾餅為，主要由水、石油焦和二氧化鈦組成。

2.3 廢氣處理

要進行廢氣處理首先要明確生產過程中的廢氣成分，由上文中提到的反應方程式可以看出，氯化鈦白粉生產過程中會產生一氧化碳、二氧化碳和氯氣等尾氣，同時伴隨少量氯化氫氣體和微量四氯化鈦顆粒。

其中生產過程中產生的少量氯化氫氣體有著極易溶于水的特點，氯氣可以溶于水或有機溶液，一氧化碳可以與空氣中的氧氣進行燃燒反應生成無害的二氧化碳氣體。上述即為氯化鈦白粉的廢氣處理思路。將尾氣通過洗滌過濾四氯化鈦顆粒，再通過HCl洗滌塔，排除少量氯化氫氣體得到鹽酸溶液，隨后通過氯氣洗滌塔排除氯氣得到鹽酸溶液，最后得到一氧化碳和二氧化碳的混合尾氣，再將混合尾氣通入空氣或氧氣充分燃燒，得到無害的二氧化碳氣體，二氧化碳氣體符合國家的相關排放標準，無需處理，可以直接排放至大氣中。

3 三廢的合理利用

廢水廢渣廢氣經過處理后的衍生物具備很高的利用價值，對其的合理利用可以節約成本，有效的提高企業的生產效益。

3.1 廢水的合理利用

廢水經過合理處理后會得到氯化鈣和氯化鎂晶體，其中氯化鈣的生成效能可達10t/h, 最終經過蒸汽結晶處理得到氯化鈣晶體可作副品銷售。

3.2 廢渣的合理利用

廢渣經過合理處理后得到的惰性廢渣主要是水、石油焦和二氧化鈦，水可以再投入至工業生產中，石油焦可作為氯化鈦白粉的生產原料再次利用，或作為燃料再次利用，二氧化鈦經過處理也可以作為生產氯化鈦白粉的高鈦原料再次利用，實現了可持續利用，提高經濟效益。

3.3 廢氣的合理利用

在經過處理之后，氯化尾氣可以用于鹽酸回收和含鈦溶液的綜合利用。廢氣經過合理處理后得到一定量的鹽酸溶液，通過處理測定，可以作為副品銷售。在第一洗滌塔中所產生的含鈦溶液，可以送往儲槽，供后處理使用。氯化廢氣通過廢氣緩沖罐之后進入焚燒爐內進行焚燒。焚燒后的高溫煙氣含有大量熱能，進入氯化鈣廢水多級濃縮塔，可以為氯化鈣廢水的處理提供熱量。

4 結語

鈦白粉的氯化法生產工藝有著產能高、自動性高、環保性高、可持續利用能力強等優點，應運成為鈦白粉生產的主流工藝。我國雖然鈦白粉的產量在全球范圍內占據主導地位，但是在氯化鈦白粉的生產工藝的道路上仍處于起步早、發展慢的探索階段，因此對氯化鈦白粉生產及三廢處理的研究顯得非常必要且急迫。本文著重分析了氯化鈦白粉的生產過程，并探討了廢水、廢氣、廢渣的利用方式。