鈦白粉可持續發展能力探究

李亞東，徐 征，張漢平，劉振楠，程 涌

（1.昆明冶金高等?？茖W校 冶金與礦業學院，云南昆明 650033；2.昆明市稀散及貴金屬資源綜合利用重點實驗室，云南昆明 650033；3.稀散及貴金屬二次資源綜合回收及深加工應用技術協同創新中心，云南昆明 650033）

從主要成分構成角度看，鈦白粉是二氧化鈦為主要加工部分，通過化學工藝和方法，制作成具有其他無機和有機物成分的顆粒性材料，其粒度能夠達到200～350nm，這就反映其光散射效應能夠達到較高程度。作為顏料級應用類二氧化鈦，鈦白粉的精細化程度可以滿足食品、化纖、造紙等領域對性能的要求，如對光學性能方面的標準和應用需要。根據相關調查發現，在我國當前鈦白粉生產制造產業，解決“高能耗、高污染”仍是重要產業持續發展面臨的問題，促進硫酸法、氯化法等生產工藝向清潔和環保方向發展，是無機化工生產產業持續發展的關鍵。

1 鈦白粉的主要生產方法

1.1 硫酸法

在鈦白粉整個生產工藝環節，主要有三個程序環節原料處理、生產鈦白粉和產品處理。在具體生產環節，主要使用的原料有鹽礦、砂礦、鈦礦等。硫酸法是最早應用且技術成熟的生產方法，其工藝生產原理、流程，是將鈦原料和硫酸融合，經過化學反應后分解出TiOSO4，再實施除雜等工作，完成完整鈦白粉產品的制取生產。當前，硫酸法適用于三種鈦白粉的生產，如銳鈦類、金紅石類鈦白粉，以及二氧化鈦產品，經歷酸解、浸取、水解、煅燒等四個階段的處理。在技術生產優劣勢上，其更多是運用酸溶性鈦渣、鈦鐵等原料，極大程度上控制可生產成本，再加上技術發展時間較長，技術設備應用的可復制性較強。但是，硫酸法消耗的生產周期較長，再加上多項技術發展，相對于其他生產方法，對水、硫酸的需求和消耗量較大，極容易產生大量污染環境的副產物、廢物等。

1.2 氯化法

在氯化法應用層面，需要技術人員對生產技術、流程進行嚴格把控。在生產環節，需要選取高純度焦炭，將其與礦石進行混合，使二者在高溫狀態下進行化學反應，在氯氣催化作用下，形成含雜質較多的鈦氯化物（TiCl4）。然后，需要運用蒸餾法、選取化學處理劑等方式，對粗狀TiCl4中多種復雜離子加以去除，在分離鉻錳鐵釩等離子成分后，四氯化鈦純凈程度將得到有效提高，順利地進行氣相氧化處理。在完成上一處理步驟后，需要對TiO2（粗狀）進行脫氯處理，再對其表面進行打磨。通過將氯化法應用于鈦白粉生產，能夠使工藝控制點縮減到一定范圍，對生產時間進行控制，能夠實現連續生產，且生產效率相對較高。同時，這一方法主要采用自動化控制方式，避免了污染物的產生，實現了清潔化生產。同時，基于氯化法生產的鈦白粉產品質量的穩定性較強，雜質含量較低，在保證粒徑均一的同時，產品內在分散性明顯。因此，這一生產工藝能夠控制生產成本、提高生產質量，適合產業循環經濟、綠色發展需求。

1.3 鹽酸法

對于鈦鐵礦生產原料，可以使用鹽酸法進行鈦白粉生產。首先，要利用濃鹽酸對原料進行分解處理，通過沉降、還原、水解、凈化、煅燒等工藝處理環節，最終研制形成鈦白粉。在鹽酸法使用上，多選用金紅石類鈦白粉，主要原因是此類原料更易于粉碎、具有松軟的顆粒結構，能夠在含氯介質內部完成一系列處理。此外，在使用這一方法時，需要注意到鹽酸揮發溫度、體積分數等因素。其中，若鹽酸體積分數低于35%，鹽酸溶解的速率就會受到影響，導致最終產品質量不佳，若所處的揮發溫度較低，極易出現設備腐蝕的現象，且很難得到有效改善，這就限制了其應用于工業領域的范圍。

2 實現鈦白粉產業持續發展的現實意義

2.1 推動國民經濟持續健康發展

鈦白粉產品具有極強的性能優勢，體現在折射率、密度、介電常數等方面，是世界顏料應用領域性能極佳的材料，密度、介電常數和折射率都很優越，顏料鈦白粉在橡膠、油墨印刷等基礎產業具有較強的應用價值。目前，諸多經濟學家將鈦白粉人均消費量與國家經濟發展水平、潛力關聯起來，鈦白粉產業不僅是支持基礎行業發展的源泉，更是在國家經濟發展中占據重要部分。如融入塑料制品能提高使用壽命；融入管板材可以提高性能、減少光污染；提高醫藥領域的安全性；鈦白粉產業能夠促進資源循環利用，有效保護環境，進而國民經濟實現循環、可持續發展。

2.2 促進制造強國戰略實施

創新是促進社會經濟高質量發展、創造更多高質量成果的動力。在國家提出促進新興產業發展、建設制造強國的社會環境下，節能環保、新材料已經被列入戰略新興產業領域。介子1～100nm的二氧化鈦，其屏蔽紫外線、顏色效應、透明性特質，在航天、環保、生物、醫藥等高新技術領域、節能環保產業具有極強的應用前景。由此，促進鈦白粉向精細化、高質量方向發展，是驅動我國戰略性新興產業發展、推動制造強國實施的重要路徑。

3 推動鈦白粉持續發展的必要性

3.1 硫酸法存在高能耗的問題

當前，我國諸多企業以硫酸法生產工藝為主，通過篩選原料、酸解、漂白等一系列工序進行鈦白粉產品制取。在原料使用量上，不同鈦鐵礦的品位，對硫酸、鈦礦的用量需求也存在差異。硫酸法在生產中，需要消耗大量的水、蒸汽、電、天然氣等資源，更會帶來大量的“三廢”，使其被列入高耗能產業。在每噸鈦白粉生產的同時，需要消耗千元以上的環保費用，部分企業未能正確使用或開啟環保設備，以犧牲環境來控制成本，使得污染控制、環境治理問題成為制約產業持續發展的重要因素。

3.2 促進鈦白粉綠色生態發展的需求

在鈦白粉行業迅速發展、“三廢”治理力度有待加強的社會環境下，國家在行業規范、環境保護等條例中，重點提出了嚴格規范鈦白粉生產、整治硫酸法生產工藝等內容。民眾的環保意識也不斷增強，環保方面的監督和舉報途徑也更加便捷。在國內綠色發展要求、公眾監督力量壯大的背景下，鈦白粉生產企業面臨降低能耗、清潔環保生產的壓力，這也在刺激企業加強工藝技術創新，優化產業結構。

4 提高鈦白粉可持續發展能力的路徑

4.1 加強科學研究，推動技術創新

要加大頂端產品技術研發力度，通過提高產業集中度，集中力量進行新技術、新工藝的研究，掌握更多擁有自主知識產權的核心技術，加強在高端應用領域的技術研發投入，如高級汽車、高鐵列車、遠洋集裝箱等領域的鈦白粉技術研發。除了發揮產業集群的優勢，企業應加強與研究院所、高校的產學研合作，利用技術研究、技術應用方面的人力、智力資源，加強創新力度，擴大產品應用范圍，提高產品質量和附加值。

要加大采礦、選礦技術、勘探方面的技術研究，尤其是在加強氯化法運用的同時，注重鈦原材料的保障問題，提高原材料資源利用率、回收率，縮短我國在產業方面與國際水平的差距。

要針對性地關注國外先進技術，及時引入先進設備條件。

4.2 優化制造工藝，促進清潔化生產

基于技術方面的支持，要統籌鈦礦企業的發展，選用先進的技術，加強生產技術改進升級。例如，通過控制調節反應過程，能夠促進廢酸回用率得到提高，以閉路循環的方式實現廢酸的全過程處理，解決廢酸處理環節面臨的問題。再如，尤其要重視的一點是，對低濃度、中低濃度的廢酸進行回用，在未對廢酸進行處理、凈化和回用前，可以選取堿性物質進行中和處理，如石灰、電石渣等，有效利用反應所產生的污泥，促進制造工藝向綠色化、清潔化發展。此外，在生產制造工藝上，可以創新使用原料，通過運用稀硫酸、硫酸亞鐵等原料，可以研發出專用于凈水的產品聚合硫酸鐵，將凈水劑直接與地區具有區位優勢的廢水處理企業對接，在每噸鈦白粉消耗一定比例稀硫酸的同時，企業可以循環利用剩余稀硫酸，以蒸汽濃縮的形式將少量一水硫酸亞鐵作為原料，融入聚鐵生產系統中，為企業稀硫酸的處置開辟了市場和思路。

4.3 注重排放物處理，促進綠色生產

當前，氯化法在我國產業生產中的利用較少，引起“雙高”問題的主要根源在于硫酸法的生產。

（1）在廢氣處理方面，需要對煅燒尾氣采取合理的處理方式，通過將其與廢酸進行熱交換，方便進行廢酸的利用和回收，也可以借助高溫風機，以煅燒尾氣的方式實現煅燒尾氣的返回窯頭，為資源二次利用創造條件，極大程度上實現能耗降低。

（2）在廢液處理上，主要有廢水、廢酸。

（3）在硫酸法生產環節中，可以將三洗廢水混合鹽處理廢水，將其視為二洗廢水運用，二洗廢水則利用到一洗階段，一洗的部分可以利用為浸取水，為酸解單位提供循環利用。這樣就能提高廢水資源的循環利用。

（4）對于生產流程產生的廢酸，可以對一定質量分數的廢酸進行多效濃縮處理，在達到相應標準后，回用到酸解單元使用，也可以混合濃硫酸，在完成除雜后復用到生產環節。

（5）對于硫酸法生產環節中產生的固體廢棄物，如紅渣、硫酸亞鐵、黑泥等物質。如鐵粉和硫酸生產的硫酸亞鐵，可以用作生產飼料的凈水劑，促進資源循環利用，減少對自然環境的影響。

5 結語

加強鈦白粉可持續發展能力是促進國民經濟健康發展、推動產業高質量發展、貫徹制造強國戰略的關鍵。面對鈦白粉產業發展與綠色制造和發展存在的脫節問題，政府、企業和社會公眾都已經引起重視，通過加大技術研發、優化生產制造工藝、加強廢物處置等方式，提高礦物原料利用率、開采力度，促進化學原料資源循環回用，提高廢物化學資源的利用率，促進我國鈦白粉產業在資源、技術、環境等方面獲得可持續發展。