硫酸法鈦白粉企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟模式研究

馬艷萍(龍蟒佰利聯(lián)集團股份有限公司，河南 焦作 454191)

1 傳統(tǒng)循環(huán)經(jīng)濟模式

1.1 硫-磷-鈦循環(huán)經(jīng)濟

該循環(huán)經(jīng)濟模式的核心在于充分利用生產(chǎn)過程中的廢棄物，減少因為硫酸法鈦白粉生產(chǎn)過程中被遺棄的廢棄物，發(fā)揮廢棄物對生產(chǎn)工作的作用，提升生產(chǎn)的總體經(jīng)濟效益[1]。循環(huán)過程中，會利用配套硫酸裝置的余熱，以及使用生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢酸，實現(xiàn)資源利用的變廢為寶。

硫酸法生產(chǎn)鈦白粉過程中會大量使用濃硫酸作為輔助材料，由于濃硫酸需求量比較高，所以僅僅依靠外購濃硫酸可能呆板和僵化，很難結合工廠生產(chǎn)計劃調(diào)整濃硫酸供應，為此，企業(yè)可以自行建立硫酸生產(chǎn)裝置滿足企業(yè)發(fā)展和建設的要求。硫酸裝置所產(chǎn)生的蒸汽副產(chǎn)品也能應用到鈦白粉的生產(chǎn)中提供反應熱，從而能降低鍋爐的供熱需求，減少鍋爐投資，也能避免鍋爐產(chǎn)生的廢氣對空氣所造成的污染。企業(yè)自行生產(chǎn)濃硫酸，還省去了濃硫酸的運輸費用，更避免了運輸工作所導致的環(huán)境污染。

利用廢酸濃縮回用技術，會排出含有游離酸的一水硫酸亞鐵渣，按照25%的摻燒比可以應用到硫酸的生產(chǎn)中，根據(jù)技術實踐結果，每生產(chǎn)1 t一水硫酸亞鐵，都能獲得500 kg硫酸。硫酸生產(chǎn)中，會使用水和三氧化硫結合，一般每生產(chǎn)1 t濃硫酸需要水140 kg。如果鈦白粉企業(yè)配套硫酸裝置，就可以在鈦白粉生產(chǎn)中利用廢酸回用技術，最終實現(xiàn)酸平衡，也能控制廢酸濃縮的終點濃度，控制鈦白粉生產(chǎn)成本。比如硫酸裝置每年需要使用水0.4萬噸，通過廢酸濃縮就可以降低蒸發(fā)量0.4萬噸，如果每蒸發(fā)1 kg水需要消耗0.3 kg的飽和蒸汽，則通過該技術一年可以節(jié)約9 000 t蒸汽，結合煤對蒸汽的生產(chǎn)，總共能夠在一個生產(chǎn)周期中節(jié)約1 800 t煤[2]。

對于多余的硫酸，可以應用到磷肥生產(chǎn)中，目前采用硫酸分解磷石生產(chǎn)過磷酸鈣能獲得比較快的生產(chǎn)速率，一般使用100%的濃硫酸，每1 t過磷酸鈣生產(chǎn)會使用350 kg。經(jīng)過萃取之后可以獲得磷酸和其他的磷酸鹽產(chǎn)品，也具有比較高的經(jīng)濟性，能滿足經(jīng)濟效益的要求。

1.2 硫-銨-鈦循環(huán)經(jīng)濟模式

硫-銨-鈦循環(huán)經(jīng)濟模式和硫-磷-鈦的經(jīng)濟模式類似，會在生產(chǎn)中充分利用鈦白粉生產(chǎn)出現(xiàn)的廢物問題，讓此前作為廢物的副產(chǎn)物產(chǎn)品化，減少經(jīng)濟浪費，加強對各種物質(zhì)的合理利用。循環(huán)過程中也會利用硫酸生產(chǎn)所產(chǎn)生的余熱，和硫-磷-鈦具有相同的效益，利用廢酸濃縮，能夠產(chǎn)生硫酸亞鐵，可以制成凈水機投入到市場中，經(jīng)過廢酸濃縮，也可以生產(chǎn)商品硫酸銨，之后就可以實現(xiàn)所有廢物的全部綜合利用，有效提升總體經(jīng)濟效益。

1.3 傳統(tǒng)循環(huán)經(jīng)濟模式比較

上述兩種循環(huán)經(jīng)濟模式在循環(huán)經(jīng)濟思路上是相同的，利用配套的硫酸裝置能夠解決鈦白用酸需求，而且硫酸裝置生產(chǎn)過程中的余熱也能為鈦白粉生產(chǎn)提供熱蒸汽，依靠綜合利用熱源降低了鈦白粉生產(chǎn)的總體蒸汽消耗[3]。鈦白粉生產(chǎn)過程中的廢酸可以繼續(xù)用于其他產(chǎn)品的加工，比如能獲得磷酸鹽和硫酸銨制品，能利用綜合使用獲得非常高的經(jīng)濟效益。但是使用這兩種方法，存在應用上的局限性，而且廢物回收的過程中還會引發(fā)很多新的環(huán)境問題。使用硫-磷-鈦循環(huán)經(jīng)濟模式，會大量使用磷礦資源，而且對物流效率要求較高，因此必須將工廠設置在交通效率高、物流成本相對較低地區(qū)。鈦白粉生產(chǎn)、硫酸鐵礦制酸、磷酸鈣生產(chǎn)的效率比應該為1：4：2，所以對于一條生產(chǎn)效率為6萬噸/a的鈦白粉生產(chǎn)線，整個系統(tǒng)對于物流的需求達到了24萬噸以上，雖然節(jié)約了硫酸運輸?shù)某杀拘枨?，但是其他物資的物流成本支出依然很高，所以物流運輸成本將會決定該系統(tǒng)能否真正運行。從生產(chǎn)的流程分析，硫酸只是生產(chǎn)過程中的輔助原料，在生產(chǎn)中只是發(fā)揮轉(zhuǎn)化載體的作用，所以才會在鈦白粉生產(chǎn)的過程中產(chǎn)生大量的廢酸，雖然依靠硫-磷-鈦的循環(huán)經(jīng)濟模式解決了廢酸問題，但是磷酸鈣生產(chǎn)時還產(chǎn)生了磷酸石膏渣，同樣是難以利用的廢物，必須堆存在渣場當中，所以還會繼續(xù)導致其他的環(huán)境問題出現(xiàn)。

利用硫-銨-鈦的循環(huán)經(jīng)濟模式，獲得廢烯酸可以不經(jīng)濃縮直接應用到硫酸銨的生產(chǎn)中，從而降低了由于廢酸蒸發(fā)濃縮所導致的蒸汽消耗，而且硫酸銨產(chǎn)品的環(huán)境影響也比較小。通過使用硫酸銨，還能改良酸性土壤，具有一定的市場價值。但是酸性土壤主要分布在我國的南方，導致市場對硫酸銨的需求量十分有限。

2 新型循環(huán)經(jīng)濟模式

2.1 富鈦料-鈦白粉-硫酸循環(huán)經(jīng)濟模式

該循環(huán)經(jīng)濟模式基于全新的富鈦料濕法生產(chǎn)工藝，以富鈦料作為硫酸法鈦白粉的原料，通過鹽酸浸出生產(chǎn)富鈦料，比使用電熱法生產(chǎn)富鈦料的能耗更低，而且鹽酸也可以回收利用，所有產(chǎn)生的廢渣都能重復使用[4]。該技術還并不會產(chǎn)生外排的廢水，因此能控制由于生產(chǎn)所導致的環(huán)境污染負荷。而且，使用富鈦料根據(jù)有品質(zhì)高的優(yōu)勢，相比于使用硫酸法生產(chǎn)所導致的大量廢物產(chǎn)出，使用該方法在控制廢酸、廢鐵、廢水、亞鐵等方面具有非常好的效果。

2.2 電石渣代替石灰進行廢水處理

電石水解之后，就會產(chǎn)生以氫氧化鈣為主的廢渣，生產(chǎn)過程中，1 t電石加水之后可以獲得300 kg的乙炔氣體，還會生成10 t的工業(yè)廢液。由于其中同樣含有氫氧化鈣，所以可以使用電石來代替石灰進行鈦白粉的含酸廢水處理，其具有非常高的凈化效率，高于傳統(tǒng)方法下使用石灰石的方法。

3 現(xiàn)有鈦白粉循環(huán)經(jīng)濟模式存在的問題

3.1 硫酸亞鐵難以有效利用

使用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉時，每生產(chǎn)1 t鈦白粉會產(chǎn)生3～4 t的硫酸亞鐵，在使用高鈦渣替代鈦精礦作為原料時，能讓硫酸亞鐵的產(chǎn)量明顯降低。但是使用這種方式會導致成本升高，比如根據(jù)含鈦量的情況，利用高鈦渣作為原料時，會把成本提高到鈦精礦的2倍，所以絕大多數(shù)企業(yè)會使用全鈦精礦作為原料生產(chǎn)達到控制成本的目的。雖然所獲得硫酸亞鐵在用途上比較廣泛，包括能應用在防腐劑、消毒劑、凈水劑、媒染劑中，但是如果鈦白粉廠家的位置比較偏僻，會導致硫酸亞鐵很難向外運輸，而且對于偏遠地區(qū)，也難以通過當?shù)厥袌鱿?，還會由于外運成本比較高存在經(jīng)濟不劃算的問題，所以硫酸亞鐵的處置比較困難。

3.2 對廢酸缺少有效的利用

雖然使用硫-磷-鈦循環(huán)經(jīng)濟模式可以極大程度提升對所有廢物的利用效率，或者使用硫-銨-鈦獲得更高的效益，但如果當?shù)氐牧椎V資源非常少，而且對硫酸銨的消費市場也比較小，比如當?shù)貫閴A性土壤，則兩種循環(huán)經(jīng)濟模式都難以實現(xiàn)，會最終導致廢酸難以利用的問題[5]。首先，對廢酸的處理工作中濃縮成本非常高，相對于磷酸生產(chǎn)只需要50%的濃硫酸，硫酸銨幾乎不需要濃縮的客觀條件，如果直接回收廢酸，需要將濃度至少提升到70%。而且廢酸濃縮相比購買新酸在單價上更高，如果需要制得具有更高濃縮倍數(shù)的濃硫酸，還要更新濃縮設備，將會提升設備在投資、維護方面的成本，很難獲得比較高的綜合效益，也對企業(yè)的運營十分不利。廢酸經(jīng)過濃縮之后還會產(chǎn)生廢水，會導致廢水的處理成本增加，以及會產(chǎn)生大量的石膏廢渣，還會導致環(huán)境污染問題。

3.3 水處理站石膏渣量大

如果廢酸很難處理，就會因為處理廢酸導致大量的石膏渣產(chǎn)出，所產(chǎn)生的石膏渣同樣具有難以處理的問題。而且，廢酸處理過程中會消耗大量的石灰，如果地區(qū)的石灰產(chǎn)量比較低，只能使用石灰石進行處理，會造成更為嚴重的石膏渣環(huán)境問題。雖然石膏渣可以利用在水泥建材中，但是由于生產(chǎn)過程中石膏渣的渣量過大，不能實現(xiàn)綜合利用，所以繼續(xù)進行堆存還會產(chǎn)生環(huán)境問題。

4 循環(huán)經(jīng)濟建設建議

4.1 加強宏觀調(diào)控和統(tǒng)籌規(guī)劃

結合現(xiàn)有的循環(huán)經(jīng)濟模式，應該從總體上做好規(guī)劃工作，加強對鈦資源的統(tǒng)籌、磷礦資源整體規(guī)劃，滿足循環(huán)經(jīng)濟的要求。例如可以結合循環(huán)經(jīng)濟的角度，專門建立鈦白粉循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)，通過將其他硫酸企業(yè)、磷酸企業(yè)、電石企業(yè)、硫酸銨企業(yè)都納入經(jīng)濟園區(qū)中，利用配套的循環(huán)經(jīng)濟，強化園區(qū)的整體建設。

4.2 提升配套設施的完善性

由于硫酸鈦白粉生產(chǎn)方法的能耗、水耗都非常高，為能充分應用所有能源，必須加強對園區(qū)內(nèi)的集中供熱，以便能有效利用園區(qū)內(nèi)部的余熱和余氣，以及對鈦白粉生產(chǎn)過程中的廢水進行集中處理，使用配套的水回用設施，達到控制新水消耗量的目的，提高對水資源的利用效率[6]。

4.3 改善周邊交通

由于循環(huán)經(jīng)濟對物流要求非常高，因此對區(qū)域的交通、能源和水資源等配套設施的建設將極大程度上提升和改善循環(huán)經(jīng)濟的水平。所以在園區(qū)建設中，還需要改善周圍的交通狀況，控制生產(chǎn)過程中的物流成本，以及優(yōu)化能源供給方式，提升供水的效率，為鈦白粉行業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展創(chuàng)造條件。

4.4 加強技術研發(fā)

全新的鈦白粉生產(chǎn)技術和循環(huán)經(jīng)濟方式能減少生產(chǎn)過程中的能耗問題，降低對環(huán)境的污染和減少廢物，所以鈦白粉行業(yè)也應加強技術研發(fā)工作，綜合利用各種技術強化廢物處理，解決生產(chǎn)問題。

5 結語

采用循環(huán)經(jīng)濟模式的過程中，應加強循環(huán)經(jīng)濟模式整個流程的建設，強化不同產(chǎn)業(yè)之間的配合，提升物流效率和控制循環(huán)經(jīng)濟成本。通過使用合適的循環(huán)經(jīng)濟模式，以及加強技術研發(fā)，實現(xiàn)鈦白粉的循環(huán)經(jīng)濟。