硫酸法鈦白粉清潔生產(chǎn)工藝

馬艷萍

（龍蟒佰利聯(lián)集團股份有限公司，河南焦作 454191）

使用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉時，會產(chǎn)生大量的三廢，給環(huán)境造成非常嚴重的危害，對提升鈦白粉生產(chǎn)的環(huán)保水平十分不利。為了解決生產(chǎn)過程中的問題，需要引入清潔生產(chǎn)工藝，改變原有的生產(chǎn)方法，優(yōu)化生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié)，在保證生產(chǎn)質(zhì)量的情況下，減少生產(chǎn)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(zhì)

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(yōu)勢，是目前工業(yè)生產(chǎn)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(wěn)定的狀態(tài)，因此工業(yè)產(chǎn)量比較多。由于鈦白粉屬于惰性物質(zhì)，所以化學性質(zhì)并不活潑，常溫下也不會和其他元素或者化合物發(fā)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(yè)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(jù)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(zhì)提供穩(wěn)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(yè)是鈦白粉的第二大用戶，實際生產(chǎn)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(yè)也是目前鈦白粉的主要方向，在造紙業(yè)中使用的鈦白粉一般都是沒有經(jīng)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(chǎn)工藝

2.1 硫酸法

使用硫酸法進行鈦白粉的生產(chǎn)中，會利用硫酸酸解鈦鐵粉生成硫酸亞鈦，硫酸亞鈦經(jīng)過水解會生成偏鈦酸，然后偏鈦酸再經(jīng)過煅燒和粉碎，最終就能得到鈦白粉產(chǎn)品。具體的生產(chǎn)中，需要使用硫酸蒸煮經(jīng)過粉碎處理的原料礦石，從而獲得硫酸鹽狀態(tài)的鈦，之后使用晶析分離去除硫酸鐵，然后繼續(xù)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(jù)需要可以對鈦白粉繼續(xù)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(xù)高溫加熱，可以生成二氧化鈦。在生產(chǎn)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(xù)精加工就能將粗鈦白粉加工成完整的鈦白粉產(chǎn)品。

2.3 方法對比

兩種方法有各自的優(yōu)勢，但是從環(huán)境友好型發(fā)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(chǎn)過程中會產(chǎn)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(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的酸性廢水和揚塵，給環(huán)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(chǎn)生稀硫酸，廢渣產(chǎn)量也比較低，所以環(huán)境問題比較容易治理。

3 清潔生產(chǎn)概述

3.1 清潔生產(chǎn)概念

清潔生產(chǎn)是生產(chǎn)產(chǎn)品過程中控制污染的創(chuàng)新思維和方法，目前這種方法已經(jīng)得到了廣泛的接受，其目標在于在整個生產(chǎn)的生命周期使用合理的環(huán)保策略和環(huán)保技術，從而滿足可持續(xù)發(fā)展的需要。清潔生產(chǎn)要求在生產(chǎn)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(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物產(chǎn)量，以及降低生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的毒性物質(zhì)。對于所獲得的產(chǎn)品，必須做到整個產(chǎn)品周期都能減少對環(huán)境的不利影響，而且在服務過程中，也要充分利用保護環(huán)境的理念，全面滿足環(huán)境保護工作的需要。

3.2 清潔生產(chǎn)的實施思路

清潔生產(chǎn)的實施具有一定的系統(tǒng)性，將會對整個生產(chǎn)周期和產(chǎn)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(diào)整工藝參數(shù)、優(yōu)化生產(chǎn)設備配置、改良操作規(guī)程等，減少污染物的產(chǎn)生。例如建立無害化的操作參數(shù)選擇，改進設備的維護方式，加快對廢物的循環(huán)。

資源綜合利用。清潔生產(chǎn)并非機械地控制生產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)過程中的廢料，并且通過對三廢的綜合利用，提升生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。

改良生產(chǎn)工藝。在改良生產(chǎn)工藝時，會通過提升生產(chǎn)工藝的完備性和科學性，使生產(chǎn)流程得到明顯的簡化，以及減少生產(chǎn)過程中的間歇時間，將更多的生產(chǎn)工作改為連續(xù)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(chuàng)新。

組織區(qū)域內(nèi)建立清潔生產(chǎn)流程。清潔生產(chǎn)建立在生態(tài)性原則的基礎上，依靠合理安排不同的生產(chǎn)流程，以建立起物料的閉環(huán)，所有的生產(chǎn)工作都會形成一個有機的綜合生產(chǎn)系統(tǒng)，達到綜合利用的效果。

4 鈦白粉工業(yè)清潔生產(chǎn)工藝技術

4.1 使用高鈦渣代替鈦鐵礦

使用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉時會使用鈦鐵礦作為原料，但是生產(chǎn)后會出現(xiàn)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(chǎn)業(yè)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(chǎn)能也非常大，能更少地使用硫酸并降低環(huán)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(chǎn)工藝的調(diào)整之后，也能避免一些工序出現(xiàn)消耗過大和操作過于復雜的程序，比如在生產(chǎn)過程中并不需要進行濃縮和結晶工作，能夠確保生產(chǎn)的順利進行，也能減少水、電、汽的產(chǎn)能，而且在鈦生產(chǎn)的白度、消色力、水溶性鹽等指標也沒有變化，所以產(chǎn)品的質(zhì)量能得到保證。

從經(jīng)濟上分析，鈦白粉的硫酸消耗性也會明顯下降，生產(chǎn)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(chǎn)品產(chǎn)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(zhì)量造成影響。

從環(huán)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(chǎn)生的石膏渣，對節(jié)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(chǎn)提供硫酸，能降低原料的生產(chǎn)成本，也能減少硫酸生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的蒸汽副產(chǎn)品，還可以減少生產(chǎn)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(xù)生產(chǎn)中原料的價格比較低，而且其所產(chǎn)生的蒸汽可以應用在過熱蒸汽的處理中。硫鐵礦生產(chǎn)的燒渣也能作為副產(chǎn)品出售給水泥廠，對于濃縮鈦白廢酸產(chǎn)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(chǎn)一水硫酸亞鐵，再結合硫鐵礦含硫量，確定摻燒的比例。經(jīng)過工藝更新和研究，目前最大摻燒量已經(jīng)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(xù)升高時，必須通過綜合利用解決生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生大量水蒸氣，這樣生產(chǎn)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(chǎn)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(jié)約對煤炭的使用，另一方面也充分發(fā)揮了廢棄物循環(huán)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(jīng)濟效益和環(huán)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(chǎn)工作的關鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過水洗能夠利用偏鈦酸的不溶性達到對雜質(zhì)的固液分離，有效凈化偏鈦酸。實際生產(chǎn)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(chǎn)品的品質(zhì)。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(huán)保工作的需要。為了提升水洗環(huán)節(jié)的環(huán)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(xù)對隔膜室內(nèi)通入空氣，壓榨濾室內(nèi)的固體，達到控制含水率的目的。使用該設備能改變?yōu)V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(diào)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(wěn)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(chǎn)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(huán)境效益。再加上隔膜壓濾機省電，因此在生產(chǎn)過程中也會有非常高的經(jīng)濟效益，能夠給企業(yè)帶來極高的綜合效益。

5 結束語

使用清潔生產(chǎn)工藝能夠提升生產(chǎn)過程中的環(huán)境效益，解決過去生產(chǎn)過程中不足。使用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉時，需要從不同的環(huán)節(jié)優(yōu)化原本的生產(chǎn)工藝，有效控制鈦白粉生產(chǎn)流程，達到降低環(huán)境污染的目的。