硫酸法鈦白粉清潔生產工藝

馬艷萍

（龍蟒佰利聯集團股份有限公司，河南焦作 454191）

使用硫酸法生產鈦白粉時，會產生大量的三廢，給環境造成非常嚴重的危害，對提升鈦白粉生產的環保水平十分不利。為了解決生產過程中的問題，需要引入清潔生產工藝，改變原有的生產方法，優化生產過程中的每個環節，在保證生產質量的情況下，減少生產和服務來源的污染物排放。

1 鈦白粉概述

1.1 鈦白粉化學性質

鈦白粉的化學成分為二氧化鈦，是一種白色的無機顏料，具有無毒、不透明、光亮度高、白度高的優勢，是目前工業生產中十分重要的白色顏料。鈦白粉主要有三種晶型，包括銳鈦型、金紅石型、板鈦石型，其中銳鈦型和金紅石型為正方晶系，具有比較穩定的狀態，因此工業產量比較多。由于鈦白粉屬于惰性物質，所以化學性質并不活潑，常溫下也不會和其他元素或者化合物發生反應，以白度、粒徑、分散性和吸油量作為主要指標。

1.2 鈦白粉應用的主要領域

目前鈦白粉主要作為白色涂料使用，應用在涂料、塑料、造紙、印刷等行業中，其中涂料是鈦白粉使用主要方向，特別是使用金紅石鈦白粉，基本被涂料使用，占據了鈦白粉使用的60%。使用鈦白粉作為涂料在顏色上比較鮮艷，而且附著力非常強，具有比較高的著色效果，而且用量也相對較低。實際使用過程中品種比較多，可以對介質提供穩定和保護作用，能提升機械強度和附著力，還能提升力學性能，控制設備在使用過程中的裂紋問題，并且能避免紫外線和水分透過，讓漆膜可以具備更長的使用壽命。

塑料行業是鈦白粉的第二大用戶，實際生產中，通過在塑料中加入一定的鈦白粉，能讓塑料制品具備更強的耐光性、耐熱性、物理性能和化學性能，而且能讓塑料制品具備更強的機械強度。

造紙行業也是目前鈦白粉的主要方向，在造紙業中使用的鈦白粉一般都是沒有經過表面處理的銳鈦型鈦白粉，它可以起到熒光增白劑的作用。將鈦白粉作為紙張的填料，尤其是應用在高級紙張中，能獲得比較好的處理效果，不僅能讓紙張更白和提升紙張的光澤，也能保證紙張的強度，讓紙張薄而且光滑，更能滿足印花的需要，還能降低紙張的密度。

2 鈦白粉的生產工藝

2.1 硫酸法

使用硫酸法進行鈦白粉的生產中，會利用硫酸酸解鈦鐵粉生成硫酸亞鈦，硫酸亞鈦經過水解會生成偏鈦酸，然后偏鈦酸再經過煅燒和粉碎，最終就能得到鈦白粉產品。具體的生產中，需要使用硫酸蒸煮經過粉碎處理的原料礦石，從而獲得硫酸鹽狀態的鈦，之后使用晶析分離去除硫酸鐵，然后繼續進行精制能夠獲得硫酸氧鈦，加熱水解之后就可以獲得鈦白粉沉淀，然后根據需要可以對鈦白粉繼續進行精加工，滿足商品需求。

2.2 氯化法

氯化法使用了富鈦渣作為原料，以石油焦作為還原劑，加入氯氣高溫反應獲得氯化鈦，繼續高溫加熱，可以生成二氧化鈦。在生產工藝中，需要先將礦石在高溫下還原，在氯化之后利用精餾工藝獲得四氯化鈦，再添加生成劑，之后在1 000℃下使四氯化鈦和氧氣反應生成鈦白粉，然后繼續精加工就能將粗鈦白粉加工成完整的鈦白粉產品。

2.3 方法對比

兩種方法有各自的優勢，但是從環境友好型發展方面，氯化法是明顯高于硫酸法的。目前硫酸法的問題在于三廢處理比較困難，比如生產過程中會產生大量硫酸亞鐵、廢硫酸和殘渣，以及稀硫酸和二氧化硫氣體。特別是生產過程中，會產生大量的酸性廢水和揚塵，給環境造成十分嚴重的危害。相對而言氯化法的廢物就比較少，不會產生稀硫酸，廢渣產量也比較低，所以環境問題比較容易治理。

3 清潔生產概述

3.1 清潔生產概念

清潔生產是生產產品過程中控制污染的創新思維和方法，目前這種方法已經得到了廣泛的接受，其目標在于在整個生產的生命周期使用合理的環保策略和環保技術，從而滿足可持續發展的需要。清潔生產要求在生產過程中減少原材料的能源消耗，將有毒原材料去除，從而控制生產過程中產生的廢棄物產量，以及降低生產過程中所產生的毒性物質。對于所獲得的產品，必須做到整個產品周期都能減少對環境的不利影響，而且在服務過程中，也要充分利用保護環境的理念，全面滿足環境保護工作的需要。

3.2 清潔生產的實施思路

清潔生產的實施具有一定的系統性，將會對整個生產周期和產品整個生命周期都采取全面的污染防控措施，比如選擇更為科學的原料、改變工藝流程、調整工藝參數、優化生產設備配置、改良操作規程等，減少污染物的產生。例如建立無害化的操作參數選擇，改進設備的維護方式，加快對廢物的循環。

資源綜合利用。清潔生產并非機械地控制生產過程中的污染，而是會綜合性的使用資源，加強對資源的轉化，實現全過程資源高效利用，尤其會遵循變廢為寶的思想，減少生產過程中的廢料，并且通過對三廢的綜合利用，提升生產的經濟效益。

改良生產工藝。在改良生產工藝時，會通過提升生產工藝的完備性和科學性，使生產流程得到明顯的簡化，以及減少生產過程中的間歇時間，將更多的生產工作改為連續操作。通過改變工藝條件、合理使用原料，推動工程在技術上的創新。

組織區域內建立清潔生產流程。清潔生產建立在生態性原則的基礎上，依靠合理安排不同的生產流程，以建立起物料的閉環，所有的生產工作都會形成一個有機的綜合生產系統，達到綜合利用的效果。

4 鈦白粉工業清潔生產工藝技術

4.1 使用高鈦渣代替鈦鐵礦

使用硫酸法生產鈦白粉時會使用鈦鐵礦作為原料，但是生產后會出現酸消耗量大、廢酸多、硫酸亞鐵多等治理問題。鈦渣也是富含鈦的產業原料，但是其二氧化鈦品位更高，比如品味在85%以上的鈦渣，由于具有更好的硫酸溶解性，一般會作為氯化鈦白的原料。與鈦鐵礦相比，使用酸溶性鈦渣作為硫酸法作為鈦白原料后能夠獲得更高的鈦，而且設備的產能也非常大，能更少地使用硫酸并降低環保工作的壓力。

從工藝技術上分析，高鈦渣代替鈦鐵礦并不會添加設備，而且進行生產工藝的調整之后，也能避免一些工序出現消耗過大和操作過于復雜的程序，比如在生產過程中并不需要進行濃縮和結晶工作，能夠確保生產的順利進行，也能減少水、電、汽的產能，而且在鈦生產的白度、消色力、水溶性鹽等指標也沒有變化，所以產品的質量能得到保證。

從經濟上分析，鈦白粉的硫酸消耗性也會明顯下降，生產過程中也不需要使用還原鐵粉，故使用高鈦渣作為原料時并不會有太多的副產品產出，也不會獲得其他的亞鐵固體化合物，還避免使用鐵屑對鈦白粉的質量造成影響。

從環境角度分析，使用高鈦渣代替鈦鐵礦之后能減少廢水、廢物、廢氣的排放，尤其是能減少廢酸處理產生的石膏渣，對節能減排方面有很大的積極作用。

4.2 配套的硫酸裝置

通過配套硫酸裝置能直接給鈦白粉生產提供硫酸，能降低原料的生產成本，也能減少硫酸生產過程中所產生的蒸汽副產品，還可以減少生產過程中蒸汽使用量，余熱也能濃縮鈦白廢酸，而且還能降低濃縮需要使用的蒸汽，降低鈦白粉裝置的總體能量消耗量。比如使用硫鐵礦作為原料制造硫酸，雖然一次性投資非常高，但是由于在后續生產中原料的價格比較低，而且其所產生的蒸汽可以應用在過熱蒸汽的處理中。硫鐵礦生產的燒渣也能作為副產品出售給水泥廠，對于濃縮鈦白廢酸產生的一水硫酸亞鐵也能作為硫鐵礦摻燒；為了滿足對摻燒量的控制，還可以使用回轉流化技術，用干法生產一水硫酸亞鐵，再結合硫鐵礦含硫量，確定摻燒的比例。經過工藝更新和研究，目前最大摻燒量已經達到了40%~50%，而且摻燒硫酸亞鐵也能讓硫元素轉化成二氧化硫與硫酸，提升了硫酸燒鐵渣的鐵含量。

4.3 煅燒后風冷窯降溫

在鈦白粉制備的過程中，在資源、能源價格持續升高時，必須通過綜合利用解決生產過程中的浪費問題，尤其是要做好對高溫煙氣的處理工作，解決生產工作的需求。國外對高溫煙氣處理的方式一般都會進行廢水降溫、凈化之后排放。由于煅燒的溫度比較高，所以在使用水冷窯進行物料冷卻時需要使用大量的冷卻水，產生大量水蒸氣，這樣生產過程中就會有比較高的能耗。由于煅燒階段會有大量的余熱產生，所以可以把能量充分利用，以推動風冷窯更快地運行，通過這種方法一方面可以節約對煤炭的使用，另一方面也充分發揮了廢棄物循環的作用。從總體費用上分析，使用該方法有效降低了整體費用，并且僅僅以較小的投資就完成了改造工作，所以經濟效益和環境效益都非常高，見效速度也比較快。

4.4 隔膜壓濾機水洗

偏鈦酸水洗是硫酸法鈦白生產工作的關鍵生產環節，通過水洗能夠利用偏鈦酸的不溶性達到對雜質的固液分離，有效凈化偏鈦酸。實際生產中水洗會有巨大水量消耗，而決定水系效率的主要因素在于過濾設備和洗滌設備，而且水洗的效果好壞也會影響到產品的品質。目前常用的水洗方式是莫爾過濾機，但利用這種方式占地面積比較大，并且操作方法十分復雜，使用過程中也有應用周期長、容易受到污染等問題，工作過程中水量消耗也極大，不能滿足環保工作的需要。為了提升水洗環節的環保水平，應該引進具有更高技術含量的隔膜壓濾機，滿足處理工作的需要。

隔膜壓濾機的構成包括隔膜板和廂式濾板，工作過程中漿料會受到傳料泵的作用，將漿料輸入到濾室中，濾室中的濾布會將漿料中的固體過濾掉，然后可以繼續對隔膜室內通入空氣，壓榨濾室內的固體，達到控制含水率的目的。使用該設備能改變濾洗過程中的推力和方向，滿足加大外加力的要求，能提升過濾中的固液分離率和保證洗滌的速率，可以減少洗滌過程中的水量消耗，也能通過靈活調整控制電量消耗，使水洗具有更高的效率。而且隔膜壓濾機也更容易維護，在工作過程中穩定性極高，水合二氧化鈦層不會在濾布的表面直接暴露，也能避免因為事故導致壓力消失，能保證生產的可靠性。使用隔膜壓濾機的水資源利用明顯減少，也能減少廢水的排放量，所以不僅降低了水的消耗，更降低了廢水處理工作的負擔，具有極高的環境效益。再加上隔膜壓濾機省電，因此在生產過程中也會有非常高的經濟效益，能夠給企業帶來極高的綜合效益。

5 結束語

使用清潔生產工藝能夠提升生產過程中的環境效益，解決過去生產過程中不足。使用硫酸法生產鈦白粉時，需要從不同的環節優化原本的生產工藝，有效控制鈦白粉生產流程，達到降低環境污染的目的。