鈦白粉可持續(xù)發(fā)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(xué)校 冶金與礦業(yè)學(xué)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(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，云南昆明 650033）

從主要成分構(gòu)成角度看，鈦白粉是二氧化鈦為主要加工部分，通過化學(xué)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(yīng)能夠達到較高程度。作為顏料級應(yīng)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(lǐng)域?qū)π阅艿囊?，如對光學(xué)性能方面的標準和應(yīng)用需要。根據(jù)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在我國當(dāng)前鈦白粉生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)，解決“高能耗、高污染”仍是重要產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展面臨的問題，促進硫酸法、氯化法等生產(chǎn)工藝向清潔和環(huán)保方向發(fā)展，是無機化工生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

1 鈦白粉的主要生產(chǎn)方法

1.1 硫酸法

在鈦白粉整個生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，主要有三個程序環(huán)節(jié)原料處理、生產(chǎn)鈦白粉和產(chǎn)品處理。在具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)，主要使用的原料有鹽礦、砂礦、鈦礦等。硫酸法是最早應(yīng)用且技術(shù)成熟的生產(chǎn)方法，其工藝生產(chǎn)原理、流程，是將鈦原料和硫酸融合，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后分解出TiOSO4，再實施除雜等工作，完成完整鈦白粉產(chǎn)品的制取生產(chǎn)。當(dāng)前，硫酸法適用于三種鈦白粉的生產(chǎn)，如銳鈦類、金紅石類鈦白粉，以及二氧化鈦產(chǎn)品，經(jīng)歷酸解、浸取、水解、煅燒等四個階段的處理。在技術(shù)生產(chǎn)優(yōu)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(chǎn)成本，再加上技術(shù)發(fā)展時間較長，技術(shù)設(shè)備應(yīng)用的可復(fù)制性較強。但是，硫酸法消耗的生產(chǎn)周期較長，再加上多項技術(shù)發(fā)展，相對于其他生產(chǎn)方法，對水、硫酸的需求和消耗量較大，極容易產(chǎn)生大量污染環(huán)境的副產(chǎn)物、廢物等。

1.2 氯化法

在氯化法應(yīng)用層面，需要技術(shù)人員對生產(chǎn)技術(shù)、流程進行嚴格把控。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，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(tài)下進行化學(xué)反應(yīng)，在氯氣催化作用下，形成含雜質(zhì)較多的鈦氯化物（TiCl4）。然后，需要運用蒸餾法、選取化學(xué)處理劑等方式，對粗狀TiCl4中多種復(fù)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(yīng)用于鈦白粉生產(chǎn)，能夠使工藝控制點縮減到一定范圍，對生產(chǎn)時間進行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，且生產(chǎn)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(chǎn)生，實現(xiàn)了清潔化生產(chǎn)。同時，基于氯化法生產(chǎn)的鈦白粉產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性較強，雜質(zhì)含量較低，在保證粒徑均一的同時，產(chǎn)品內(nèi)在分散性明顯。因此，這一生產(chǎn)工藝能夠控制生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量，適合產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟、綠色發(fā)展需求。

1.3 鹽酸法

對于鈦鐵礦生產(chǎn)原料，可以使用鹽酸法進行鈦白粉生產(chǎn)。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(huán)節(jié)，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(jié)構(gòu)，能夠在含氯介質(zhì)內(nèi)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(fā)溫度、體積分數(shù)等因素。其中，若鹽酸體積分數(shù)低于35%，鹽酸溶解的速率就會受到影響，導(dǎo)致最終產(chǎn)品質(zhì)量不佳，若所處的揮發(fā)溫度較低，極易出現(xiàn)設(shè)備腐蝕的現(xiàn)象，且很難得到有效改善，這就限制了其應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的范圍。

2 實現(xiàn)鈦白粉產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實意義

2.1 推動國民經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展

鈦白粉產(chǎn)品具有極強的性能優(yōu)勢，體現(xiàn)在折射率、密度、介電常數(shù)等方面，是世界顏料應(yīng)用領(lǐng)域性能極佳的材料，密度、介電常數(shù)和折射率都很優(yōu)越，顏料鈦白粉在橡膠、油墨印刷等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)具有較強的應(yīng)用價值。目前，諸多經(jīng)濟學(xué)家將鈦白粉人均消費量與國家經(jīng)濟發(fā)展水平、潛力關(guān)聯(lián)起來，鈦白粉產(chǎn)業(yè)不僅是支持基礎(chǔ)行業(yè)發(fā)展的源泉，更是在國家經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)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(yī)藥領(lǐng)域的安全性；鈦白粉產(chǎn)業(yè)能夠促進資源循環(huán)利用，有效保護環(huán)境，進而國民經(jīng)濟實現(xiàn)循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展。

2.2 促進制造強國戰(zhàn)略實施

創(chuàng)新是促進社會經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展、創(chuàng)造更多高質(zhì)量成果的動力。在國家提出促進新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、建設(shè)制造強國的社會環(huán)境下，節(jié)能環(huán)保、新材料已經(jīng)被列入戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。介子1～100nm的二氧化鈦，其屏蔽紫外線、顏色效應(yīng)、透明性特質(zhì)，在航天、環(huán)保、生物、醫(yī)藥等高新技術(shù)領(lǐng)域、節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)具有極強的應(yīng)用前景。由此，促進鈦白粉向精細化、高質(zhì)量方向發(fā)展，是驅(qū)動我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動制造強國實施的重要路徑。

3 推動鈦白粉持續(xù)發(fā)展的必要性

3.1 硫酸法存在高能耗的問題

當(dāng)前，我國諸多企業(yè)以硫酸法生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)。在每噸鈦白粉生產(chǎn)的同時，需要消耗千元以上的環(huán)保費用，部分企業(yè)未能正確使用或開啟環(huán)保設(shè)備，以犧牲環(huán)境來控制成本，使得污染控制、環(huán)境治理問題成為制約產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素。

3.2 促進鈦白粉綠色生態(tài)發(fā)展的需求

在鈦白粉行業(yè)迅速發(fā)展、“三廢”治理力度有待加強的社會環(huán)境下，國家在行業(yè)規(guī)范、環(huán)境保護等條例中，重點提出了嚴格規(guī)范鈦白粉生產(chǎn)、整治硫酸法生產(chǎn)工藝等內(nèi)容。民眾的環(huán)保意識也不斷增強，環(huán)保方面的監(jiān)督和舉報途徑也更加便捷。在國內(nèi)綠色發(fā)展要求、公眾監(jiān)督力量壯大的背景下，鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)面臨降低能耗、清潔環(huán)保生產(chǎn)的壓力，這也在刺激企業(yè)加強工藝技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

4 提高鈦白粉可持續(xù)發(fā)展能力的路徑

4.1 加強科學(xué)研究，推動技術(shù)創(chuàng)新

要加大頂端產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)力度，通過提高產(chǎn)業(yè)集中度，集中力量進行新技術(shù)、新工藝的研究，掌握更多擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，加強在高端應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)投入，如高級汽車、高鐵列車、遠洋集裝箱等領(lǐng)域的鈦白粉技術(shù)研發(fā)。除了發(fā)揮產(chǎn)業(yè)集群的優(yōu)勢，企業(yè)應(yīng)加強與研究院所、高校的產(chǎn)學(xué)研合作，利用技術(shù)研究、技術(shù)應(yīng)用方面的人力、智力資源，加強創(chuàng)新力度，擴大產(chǎn)品應(yīng)用范圍，提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值。

要加大采礦、選礦技術(shù)、勘探方面的技術(shù)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(chǎn)業(yè)方面與國際水平的差距。

要針對性地關(guān)注國外先進技術(shù)，及時引入先進設(shè)備條件。

4.2 優(yōu)化制造工藝，促進清潔化生產(chǎn)

基于技術(shù)方面的支持，要統(tǒng)籌鈦礦企業(yè)的發(fā)展，選用先進的技術(shù)，加強生產(chǎn)技術(shù)改進升級。例如，通過控制調(diào)節(jié)反應(yīng)過程，能夠促進廢酸回用率得到提高，以閉路循環(huán)的方式實現(xiàn)廢酸的全過程處理，解決廢酸處理環(huán)節(jié)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(zhì)進行中和處理，如石灰、電石渣等，有效利用反應(yīng)所產(chǎn)生的污泥，促進制造工藝向綠色化、清潔化發(fā)展。此外，在生產(chǎn)制造工藝上，可以創(chuàng)新使用原料，通過運用稀硫酸、硫酸亞鐵等原料，可以研發(fā)出專用于凈水的產(chǎn)品聚合硫酸鐵，將凈水劑直接與地區(qū)具有區(qū)位優(yōu)勢的廢水處理企業(yè)對接，在每噸鈦白粉消耗一定比例稀硫酸的同時，企業(yè)可以循環(huán)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(chǎn)系統(tǒng)中，為企業(yè)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(chǎn)

當(dāng)前，氯化法在我國產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)。

（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(fēng)機，以煅燒尾氣的方式實現(xiàn)煅燒尾氣的返回窯頭，為資源二次利用創(chuàng)造條件，極大程度上實現(xiàn)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(chǎn)環(huán)節(jié)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(huán)利用。這樣就能提高廢水資源的循環(huán)利用。

（4）對于生產(chǎn)流程產(chǎn)生的廢酸，可以對一定質(zhì)量分數(shù)的廢酸進行多效濃縮處理，在達到相應(yīng)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(fù)用到生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

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

5 結(jié)語

加強鈦白粉可持續(xù)發(fā)展能力是促進國民經(jīng)濟健康發(fā)展、推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、貫徹制造強國戰(zhàn)略的關(guān)鍵。面對鈦白粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展與綠色制造和發(fā)展存在的脫節(jié)問題，政府、企業(yè)和社會公眾都已經(jīng)引起重視，通過加大技術(shù)研發(fā)、優(yōu)化生產(chǎn)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(xué)原料資源循環(huán)回用，提高廢物化學(xué)資源的利用率，促進我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)在資源、技術(shù)、環(huán)境等方面獲得可持續(xù)發(fā)展。