硫酸法鈦白粉的清潔生產(chǎn)

肖莎莎(龍佰集團(tuán)股份有限公司，河南 焦作 454191)

1 鈦白粉的基本含義概述

鈦白粉學(xué)名叫作二氧化鈦，其光亮度、白度、不透明性等都非常強(qiáng)，是一種性能非常優(yōu)異的白色無機(jī)顏料。鈦白粉常以分散性、粒徑、吸油量、白度為主要指標(biāo)，一般在常溫下很少會(huì)與其他化學(xué)元素發(fā)生化合反應(yīng)，是不活潑的惰性物質(zhì)。

二氧化鈦包括板鈦型、金紅石型和銳鈦型三種晶型，其中后兩種都是正方晶系，狀態(tài)比較穩(wěn)定，工業(yè)產(chǎn)量也相對(duì)較大，在工業(yè)生產(chǎn)中鈦白粉的用途非常多，在涂料、陶瓷、塑料、化妝品、印刷油墨、醫(yī)藥、化纖、食品等領(lǐng)域都有非常廣泛的使用。

2 鈦白粉的工藝情況

2.1 硫酸法

硫酸法鈦白粉是鈦白粉的一種重要的生產(chǎn)工藝，是一種濕法的生產(chǎn)方式，使用這種方法可以生產(chǎn)出金紅石型和銳鈦型的鈦白粉。

硫酸法鈦白粉的主要原料是鈦鐵礦，用硫酸來分解溶液，然后過濾掉溶液中的雜質(zhì)，再通過使用真空結(jié)晶、固液分離、濃縮水解等程序制成偏鈦酸，然后再經(jīng)過漂白、脫水、脫硫等程序最終成為二氧化鈦。

2.2 氯化法

氯化法鈦白粉是一種干法的生產(chǎn)方式，它目前只能生產(chǎn)金紅石型的產(chǎn)品。氯化法鈦白粉的主要原料是富鈦渣，還原劑是石油焦，同時(shí)它還加入了氯氣，讓這些元素在高溫反應(yīng)中生成氯化鈦，然后再繼續(xù)使用高溫進(jìn)行加熱，最終生成了二氧化鈦。在氯化法鈦白粉的生產(chǎn)工藝中，第一步要在高溫的環(huán)境中將礦石還原，在氯化后再根據(jù)精餾的工藝形成四氯化鈦；繼續(xù)添加生成劑，在1 000 ℃高溫下讓氧氣和四氯化鈦進(jìn)行反應(yīng)從而生成鈦白粉，再經(jīng)過一系列的精加工，從而使粗鈦白粉最終變成鈦白粉產(chǎn)品。

2.3 硫酸法和氯化法的對(duì)比

硫酸法和氯化法在使用上各有優(yōu)劣，比如硫酸法鈦白粉的生產(chǎn)工藝開發(fā)相對(duì)較早，在生產(chǎn)的過程中對(duì)鈦的原材料的要求并不是很高；它的技術(shù)較為成熟，設(shè)備較為簡(jiǎn)單，價(jià)格較為低廉，并且容易解決防腐蝕的材料；但是硫酸法的生產(chǎn)流程較長(zhǎng)，操作具有間歇性，對(duì)水和硫酸的消耗較高。氯化法鈦白粉的工藝開發(fā)相對(duì)較晚，產(chǎn)品質(zhì)量也較好，工藝流程較短；它對(duì)鈦原料和設(shè)備的材質(zhì)的要求都非常高，在生產(chǎn)過程中還需要使用很多的氯氣，工藝的控制也相對(duì)比較復(fù)雜，并且它的投資也相對(duì)較大。

從環(huán)境保護(hù)的角度來說，氯化法鈦白粉產(chǎn)生的廢渣、稀硫酸等相對(duì)較少，環(huán)境容易治理；而硫酸法鈦白粉在生產(chǎn)的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的殘?jiān)?、廢硫酸、硫酸亞鐵、二氧化硫、稀硫酸、揚(yáng)塵和酸性廢水等，會(huì)給環(huán)境帶來嚴(yán)重的影響。但由于資金、技術(shù)等各種條件的限制，氯化法鈦白粉的推廣還需要一個(gè)長(zhǎng)期的過程，我國(guó)的很多企業(yè)依然以硫酸法作為制作鈦白粉的主要工藝。

隨著人們環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，再加上鈦白粉生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，只有提高硫酸法鈦白粉的工藝技術(shù)科技含量，在自主創(chuàng)新上下功夫，做好硫酸法鈦白粉的清潔生產(chǎn)，才能解決這種工藝的缺點(diǎn)，提高我國(guó)生產(chǎn)鈦白粉企業(yè)的活力，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代的步伐，振興我們的民族產(chǎn)業(yè)。

3 清潔生產(chǎn)的含義及實(shí)施過程

清潔生產(chǎn)就是在產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中控制污染，在整個(gè)生產(chǎn)周期中，都要使用環(huán)保技術(shù)和環(huán)保策略，保持生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品的清潔，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。清潔生產(chǎn)是一種具有創(chuàng)新思維的生產(chǎn)方式，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中，特別是隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，在鈦白粉制作中特別是硫酸法鈦白粉的制作中，清潔生產(chǎn)是必須的要求。在生產(chǎn)的過程中，清潔生產(chǎn)要求減少對(duì)原材料的消耗，去除掉有毒的原材料，控制廢棄物的產(chǎn)量，使生產(chǎn)中產(chǎn)生的有毒的物質(zhì)能有效地降低。對(duì)于生產(chǎn)中得到的產(chǎn)品，要減少其對(duì)環(huán)境的污染或者不利的影響；在服務(wù)中，還要根據(jù)保護(hù)環(huán)境的要求，滿足環(huán)境保護(hù)的需要[1]。

3.1 保持生產(chǎn)周期清潔

在實(shí)施清潔生產(chǎn)的過程中，要注意它是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的周期以及整個(gè)產(chǎn)品的生命周期都要采取措施，實(shí)行清潔生產(chǎn)，減少環(huán)境污染。比如在生產(chǎn)的過程中，要選擇更科學(xué)環(huán)保的原材料、要改變?cè)瓉淼墓に嚵鞒?、?duì)相應(yīng)的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化、對(duì)操作的規(guī)程進(jìn)行相應(yīng)的改良等，主要目的就是避免產(chǎn)生污染物、影響環(huán)境。例如有的生產(chǎn)企業(yè)選擇使用無害化的操作，對(duì)設(shè)備的維護(hù)不斷地進(jìn)行改進(jìn)，加速?gòu)U物循環(huán)等手段來進(jìn)行清潔生產(chǎn)，從而保護(hù)環(huán)境[2]。

3.2 綜合利用資源

在進(jìn)行清潔生產(chǎn)的過程中，要綜合利用資源。清潔生產(chǎn)并不是對(duì)生產(chǎn)過程中造成的污染進(jìn)行非機(jī)械性的控制，而是綜合性地利用資源，進(jìn)行科學(xué)合理地轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)在整個(gè)生產(chǎn)過程中都能夠高效地利用資源。在綜合利用中，既能減少生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料，同時(shí)又注重把廢水、廢物、廢渣等變?yōu)榭衫玫馁Y源，從而節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 建立清晰的清潔生產(chǎn)流程

要建立比較清晰的清潔生產(chǎn)的流程，保障每一個(gè)環(huán)節(jié)都能達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。比如在生態(tài)性的基礎(chǔ)上，根據(jù)清潔生產(chǎn)的要求，建立不同的流程，讓物料實(shí)現(xiàn)閉環(huán)操作，所有生產(chǎn)形成一個(gè)綜合性的有機(jī)系統(tǒng)，最終達(dá)到清潔生產(chǎn)的愿景。

3.4 對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改良

過去由于工藝的落后，一些生產(chǎn)企業(yè)在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，對(duì)周邊的環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，以犧牲環(huán)境換來經(jīng)濟(jì)效益這是非常不可取的。必須對(duì)不滿足環(huán)保要求的工藝進(jìn)行改良，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，減少生產(chǎn)間歇，讓工作更加具有連續(xù)性，對(duì)有可能造成污染的工藝進(jìn)行改良或者創(chuàng)新，在推動(dòng)工藝技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，保持整個(gè)生產(chǎn)的清潔，減少環(huán)境污染。

4 硫酸法鈦白粉清潔生產(chǎn)

硫酸法鈦白粉要實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，要對(duì)其工藝進(jìn)行通盤的考慮，既要合理利用好各種資源，減少能耗，同時(shí)還要使廢棄物的排放逐漸減少，力爭(zhēng)達(dá)到零排入。

4.1 不用鈦鐵礦，改用高鈦渣

硫酸法鈦白粉的原料是鈦鐵礦，使用這種原料在生產(chǎn)的過程中對(duì)環(huán)境的污染比較大，它可以產(chǎn)生大量的硫酸亞鐵和廢酸，對(duì)酸的消耗也比較大。而鈦渣不僅鈦的含量非常豐富，而且二氧化鈦的品質(zhì)也非常高，硫酸溶解性也相當(dāng)不錯(cuò)，可以成為制作硫酸鈦白的一種重要的原材料。并且和鈦鐵礦相比，鈦渣酸溶性較好，使用硫酸法鈦白粉的產(chǎn)出率非常高，能夠獲得更多的鈦，機(jī)器的產(chǎn)能也更大，可以減少硫酸的使用量，從而減少對(duì)環(huán)境的影響，使環(huán)保的壓力大大減小。

從工藝上來看，使用高鈦渣來替換過去使用的鈦鐵礦，并不需要再另外增加設(shè)備，調(diào)整生產(chǎn)工藝術(shù)后，還能夠有效地防止出現(xiàn)操作過于復(fù)雜、工序消耗過大的問題。例如使用高鈦渣后，在生產(chǎn)中不需要再進(jìn)行結(jié)晶或者濃縮等相應(yīng)操作，使生產(chǎn)過程更加順利；并且還能有效地減少電、水等方面的消耗，生產(chǎn)出來的鈦白粉在水溶性鹽、消色力、白度等重要指標(biāo)上和之前并沒有明顯的變化，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響不大。

從成本上來說，使用高鈦渣生產(chǎn)鈦白粉，能明顯降低硫酸消耗，并且在整個(gè)生產(chǎn)的過程中可以不再使用還原鐵粉，因此它也就不會(huì)產(chǎn)生較多的副產(chǎn)品和亞鐵固體化合物等，還能防止鐵屑影響鈦白粉的質(zhì)量。

從環(huán)保的角度來看，摒棄鈦鐵礦改用高鈦渣，可以使企業(yè)減少?gòu)U氣、廢物、廢水的排放量，特別是能有效地減少因?yàn)橐獙?duì)廢酸進(jìn)行處理從而產(chǎn)生的石膏渣，不僅可以有效保護(hù)環(huán)境，還可以節(jié)能減排。

4.2 不用冷凍結(jié)晶法，改用真空結(jié)晶法

使用硫酸法鈦白粉需要使用硫酸亞鐵的結(jié)晶，過去我們很多企業(yè)都采用冷凍的結(jié)晶工藝，就是把鈦液放到帶有攪拌器和冷卻盤管的貯槽中，然后再使用冷凍的鹽水把鈦液冷卻到6～8 ℃，這樣溶液中含有的七水硫酸亞鐵就會(huì)有結(jié)晶析出。使用這種方法對(duì)能源消耗較高，并且在大型設(shè)備上面使用較為困難。而使用真空結(jié)晶的技術(shù)，主要是以蒸汽作為動(dòng)力，通過使用蒸汽噴射器來達(dá)到讓結(jié)晶器內(nèi)變成真空狀態(tài)的目的，它是利用鈦液中的水分蒸發(fā)從而達(dá)到降溫，鈦液的溫度在16～18 ℃時(shí)七水硫酸亞鐵就會(huì)有結(jié)晶析出來。使用真空結(jié)晶法，不僅可以提高鈦液的濃度和設(shè)備的處理能力，而且它還可以使鈦液在此后的工作中減輕濃縮的負(fù)荷，能耗較低，可以有效地節(jié)約投資資金。

4.3 不用雷蒙磨法粉碎，改用輥壓磨法

過去粉碎鈦白粉時(shí)最早使用的是雷蒙磨法，但這種方法相對(duì)比較落后，現(xiàn)在很多企業(yè)改用輥壓法。

輥壓法是根據(jù)靜壓力來對(duì)鈦白粉晶粒進(jìn)行擠碎，設(shè)備運(yùn)行的噪音低，設(shè)備部件損耗小，運(yùn)行的費(fèi)用較少；而雷蒙磨法噪音非常大，一些零部位經(jīng)常發(fā)生損壞，并且有的部件需要從國(guó)外進(jìn)口，設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用較高。輥壓法只需要一臺(tái)電機(jī)，電能耗較低；而雷蒙磨法既要主體電機(jī)，還要一臺(tái)大型風(fēng)機(jī)，能耗較高。輥壓法對(duì)物料進(jìn)行粉碎時(shí)，物料要在輥?zhàn)又型ㄟ^，所有晶粒都要經(jīng)受高壓擠壓，所以產(chǎn)品的粒度更加的均勻，質(zhì)量也更高；而使用雷蒙磨法時(shí)，有一部分物料是被風(fēng)帶出來的，沒有經(jīng)過粉碎，產(chǎn)品的粒度在均勻性方面表現(xiàn)較差，質(zhì)量也相對(duì)較低。此外，輥壓磨法一般只需要一層廠房，而雷蒙磨法因?yàn)橛写笮偷牟即樟掀鳌⑴涮椎娘L(fēng)機(jī)等，占用的面積較大；使用輥壓磨法輥?zhàn)幽p少，不會(huì)污染產(chǎn)品，產(chǎn)品的質(zhì)量有保證。

4.4 對(duì)風(fēng)冷窯進(jìn)行降溫處理

在過去硫酸法鈦白粉的制作過程中存在著較多浪費(fèi)，如今能源、資源價(jià)格一直在不斷升高中，因此我們要減少浪費(fèi)，節(jié)約、減排。比如過去在制作鈦白粉時(shí)，要處理好高溫?zé)煔庖詽M足生產(chǎn)需要。過去國(guó)外的通常做法是對(duì)這些高溫?zé)煔馐褂脧U水先進(jìn)行降溫，然后等其凈化后再進(jìn)行排放。但是由于制作過程中煅燒的溫度非常高，如果用水冷窯對(duì)物料進(jìn)行降溫處理時(shí)就要使用非常多的水，并且還會(huì)由此產(chǎn)生很多的水蒸氣，然后水蒸氣白白釋放，這項(xiàng)工作的能耗非常大。

為了減少能耗，同時(shí)利用好能量，可以對(duì)煅燒時(shí)產(chǎn)生的余熱進(jìn)行再利用，使風(fēng)冷窯更好運(yùn)行，形成良性循環(huán)。這樣做只需稍稍改進(jìn)即可，投資較少，并且既能保護(hù)環(huán)境，又能節(jié)約煤炭、讓廢物進(jìn)行循環(huán)利用，可以有效地降低費(fèi)用，不管是從環(huán)境效益還是經(jīng)濟(jì)效益上來說，效果都相當(dāng)不錯(cuò)。

4.5 改進(jìn)硫酸配套裝置

在硫酸法鈦白粉的制作過程中，改進(jìn)硫酸的配套裝置，可以為生產(chǎn)直接提供硫酸，能有效降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還可以減少在硫酸生產(chǎn)中對(duì)環(huán)境有影響的副產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中也減少了蒸汽的使用量，余熱還能直接用于鈦白廢酸的濃縮，從而降低總體的能耗。

為了控制摻燒量，使用回轉(zhuǎn)流化技術(shù)，確定進(jìn)行摻燒的比例。通過使用這項(xiàng)技術(shù)，摻燒量非?？捎^，并且在摻燒的過程中，硫還能轉(zhuǎn)化為硫酸和二氧化硫，這樣做可以使硫酸燒鐵渣提高鐵含量。

4.6 使用隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行水洗

在硫酸法鈦白粉的生產(chǎn)中，偏鈦酸水洗是其中比較關(guān)鍵的一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。根據(jù)偏鈦酸對(duì)水的不溶性原理，通過水洗的方式把雜質(zhì)進(jìn)行固液分離，這樣可以使偏鈦酸得到有效的凈化。但在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，用水洗法需要消耗大量的水資源，水洗的效果也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生重要的影響；決定水洗的效率包括進(jìn)行水洗的設(shè)備和過濾的設(shè)備。有的企業(yè)使用莫爾過濾機(jī)來進(jìn)行水洗，但是使用這種方式操作較為復(fù)雜，占地面積較大，應(yīng)用的周期也較長(zhǎng)，因此受到污染的概率也較高，特別是使用這一方法對(duì)水資源的消耗非常大，在環(huán)保問題上很難達(dá)到要求。

為了提高環(huán)保水平，使用隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行操作不失為一個(gè)明智的選擇。隔膜壓濾機(jī)的技術(shù)含量較高，包括廂式濾板和隔膜板。工作原理是，在傳料泵的作用下，漿料進(jìn)入到濾室中；濾室中濾布的作用是過濾漿料中的固體物質(zhì)，向隔膜室輸入空氣，以達(dá)到對(duì)其中固體進(jìn)行壓榨的目的，從而有效地控制含水量。

使用隔膜壓濾機(jī)，可以改變?yōu)V洗時(shí)的方向和推力，同時(shí)加大外力，在過濾的過程中提高固液的分離率，還能保證洗滌的速率，減少進(jìn)行水洗時(shí)的水量消耗。此外，它還可以控制電量的使用，提高水洗的效率。隔膜壓濾機(jī)的維護(hù)比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性較強(qiáng)，并且二氧化鈦層不會(huì)直接暴露于濾布的表面上，能有效地防止因?yàn)槭鹿实陌l(fā)生而造成壓力消失的問題，從而使生產(chǎn)的過程更加可靠。

5 結(jié)語

硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝帶來的環(huán)境問題及能源消耗等問題亟待解決，而使用清潔生產(chǎn)的方法可以有效地解決這些問題。在各個(gè)環(huán)節(jié)都需要注意保持清潔生產(chǎn)，從而降低對(duì)環(huán)境的影響，降低能源消耗，提高鈦白粉的生產(chǎn)效率。