氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污環(huán)節(jié)研究

＊齊滿富

（龍佰集團(tuán) 河南 454150）

鈦白粉就是指二氧化鈦，形態(tài)結(jié)構(gòu)為白色粉末，屬于極為重要的無機(jī)化工原料。在同等白色原料中，鈦白粉的密度更小，顏料體積高，同時(shí)具備半導(dǎo)體性能，穩(wěn)定性更強(qiáng)。當(dāng)前工業(yè)在生產(chǎn)鈦白粉時(shí)主要分為兩種工藝，一種為硫酸法，另一種為氯化法，通過對兩種方法的對比，氯化法的優(yōu)勢更為明顯，是當(dāng)前我國企業(yè)常用的生產(chǎn)工藝之一。而企業(yè)在生產(chǎn)鈦白粉時(shí)，也應(yīng)當(dāng)始終秉持著綠色節(jié)能理念，在綠色發(fā)展工藝的使用下，提高鈦白粉生產(chǎn)的節(jié)能性，通過對產(chǎn)污環(huán)節(jié)的分析，降低氯化法對環(huán)境的污染。

1.鈦白粉使用重要性及產(chǎn)污環(huán)節(jié)處理的重要意義

鈦白粉對涂料工業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動意義，應(yīng)用鈦白粉所制作出的涂料色彩更為鮮艷，且具有較高的覆蓋性及著色度，在顏料用量方面也更加節(jié)省，能夠維護(hù)介質(zhì)的物理穩(wěn)定，也能夠有效提升漆膜的強(qiáng)度以及附著力，在鈦白粉的作用下，漆膜產(chǎn)生裂紋的幾率較小，同時(shí)又能夠有效防止紫外線與水分的侵?jǐn)_，延長其使用壽命。當(dāng)前塑料工業(yè)中也經(jīng)常應(yīng)用到鈦白粉，使得塑料制品的綜合性能更加良好，且具有較高的耐熱性及抗光性，進(jìn)而延長塑料制品的使用壽命，同時(shí)也能夠有效降低生產(chǎn)成本。在造紙業(yè)中也會常常用到鈦白粉，鈦白粉會作為填充料，加入到紙張生產(chǎn)中，尤其是在高級紙張制作中，能夠使得紙張保持良好的光澤度。此外，在油墨生產(chǎn)中也會應(yīng)用鈦白粉，使得油墨不易變色，增強(qiáng)其著色度與濕潤度。在化妝品生產(chǎn)中，粉質(zhì)類化妝品幾乎都會添加鈦白粉，鈦白粉自身無毒能夠有效降低皮膚的油膩感，使得皮膚更加通透，提高妝感效果。

鈦白粉化學(xué)性能更穩(wěn)定，耐熱性能高，高質(zhì)量的鈦白粉在社會生產(chǎn)中有重要作用。氯化法生產(chǎn)鈦白粉的工藝屬于清潔工藝之一，是未來鈦白粉生產(chǎn)的主要方向，但氯化法也會帶來一定的污染，而且這些污染也會對人體有所侵害，因此應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制鈦白粉生產(chǎn)的產(chǎn)污環(huán)節(jié)，通過嚴(yán)格把關(guān)，科學(xué)處理生產(chǎn)過程中形成的污水廢氣，實(shí)現(xiàn)無污染生產(chǎn)。通過對污水的有效處理，能夠維護(hù)當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)質(zhì)量，起到美化生態(tài)環(huán)境的作用，提高居民的生活水平，踐行可持續(xù)發(fā)展理念，進(jìn)而為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

2.鈦白粉兩種生產(chǎn)工藝對比

(1)硫酸法

硫酸法生產(chǎn)鈦白粉需要用到的原料包括硫酸與鈦精礦，具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)就是在鈦精礦中加入硫酸溶液，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而后生成硫酸亞鈦。在生產(chǎn)反應(yīng)結(jié)束，則需要進(jìn)行后續(xù)的提純處理，過濾掉溶液中的不溶性物質(zhì)，隨后應(yīng)用真空結(jié)晶去除溶液中七水硫酸亞鐵。在完成提純處理工序后，需要利用水解方式將其轉(zhuǎn)化為偏鈦酸，并去除其中的礦物鹽類物質(zhì)。最后，加熱溶液，蒸發(fā)其中的水分，提取出二氧化鈦的形態(tài)為晶狀體。此種方法的優(yōu)勢在于能夠生產(chǎn)出銳鈦型產(chǎn)品，企業(yè)生產(chǎn)原料價(jià)格低廉，生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但要用到的生產(chǎn)設(shè)備較為簡便，整個(gè)反應(yīng)過程可控；缺點(diǎn)在于所產(chǎn)生的廢物量較大，需要較高能源消耗，與氯化法相比，最終生產(chǎn)出的鈦白粉純度較低，使用過的硫酸無法進(jìn)行回收利用。

(2)氯化法

使用氯化法生產(chǎn)鈦白粉，主要應(yīng)用到的原料包括高鈦渣以及石油焦。具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)中將石油焦作為反應(yīng)還原劑，而在高溫的作用下，高鈦渣會出現(xiàn)氯化反應(yīng)，形成四氯化鈦，隨著高溫的不斷作用，四氯化鈦生成二氧化鈦，而后在進(jìn)行精制處理即可。此種方法優(yōu)勢在于生產(chǎn)流程短，適合批量化生產(chǎn)中，且生產(chǎn)出的鈦白粉質(zhì)量高，不需要較高能耗，產(chǎn)生的氯氣可以回收再利用，對環(huán)境造成的污染小。缺點(diǎn)在于氧化反應(yīng)過快，設(shè)備很容易出現(xiàn)堵塞的情況，生產(chǎn)成本稍高，需要原材料符合質(zhì)量需求。

3.氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝探究

通過對兩種生產(chǎn)工藝的對比，也可以發(fā)現(xiàn)氯化法能耗更低，且更適用于連續(xù)化生產(chǎn)中，對環(huán)境的影響小，所以更符合工業(yè)生產(chǎn)的需求。當(dāng)前氯化法生產(chǎn)鈦白粉工藝流程主要包括氯化反應(yīng)、氧化反應(yīng)以及還原處理三個(gè)階段。

(1)生產(chǎn)工藝原理及流程

①氯化配料階段

在進(jìn)行氯化反應(yīng)前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)配置比例，將已經(jīng)提濃過的高鈦渣與石油焦放置在輸送機(jī)中。將二者充分混合后送至流化器，通過風(fēng)送法對其完成收塵處理，處理完成后的原料則送至緩和料倉，開始準(zhǔn)備進(jìn)行氯化反應(yīng)。在配料階段粉碎高鈦渣與石油焦過程中可以應(yīng)用粉塵回收系統(tǒng)，利用排風(fēng)措施將粉碎后的原料從收塵器排放到空氣中。

②氯化反應(yīng)階段

在完成配料階段的工作之后，高鈦渣與石油焦會被放置到氯化爐中產(chǎn)生氯化反應(yīng)。氯化反應(yīng)中的氯氣主要來源于氧化反應(yīng)，同時(shí)也會在反應(yīng)過程中相應(yīng)的補(bǔ)充氯氣，屬于混合原料的一種。在氯化反應(yīng)進(jìn)行過程中，會相應(yīng)的釋放熱量，在確保熱量能夠支持氯化反應(yīng)進(jìn)行后，就可以停止加熱操作。當(dāng)氯化反應(yīng)結(jié)束以后，可向氯化爐內(nèi)加入四氯化鈦以及鈦渣組合成的泥漿，這兩類組成泥漿主要來源于精制階段，屬于回收再利用。在回收四氯化鈦過程中，首先應(yīng)當(dāng)降溫處理熱氣流，而后使用分離器對其進(jìn)行分離提取。在分離過程中能夠有效提取出其中的納鎂鐵雜質(zhì)，然后在分離器頂端釋放出四氯化鈦，并使用冷凝器冷卻處理氣體。在氣體冷卻之后，四氯化鈦則會轉(zhuǎn)化為液態(tài)形式，隨后在精制階段完成對四氯化鈦的除釩處理。將三級冷凝器中的氯化氣體從頂端排放之后，隨后需要將其送至尾氣處理環(huán)節(jié)，進(jìn)一步處理其中包含的一氧化碳、氯氣、鹽酸、二氧化鈦以及極少量的四氧化鈦。在結(jié)束氯化反應(yīng)后會產(chǎn)生落差的固體廢物，這些廢物主要包括鐵、釩、硅等氯化物，也包括并未發(fā)生反應(yīng)的礦粉、碳粉物質(zhì)。在處理固體廢渣時(shí)，可以采用石灰水對其進(jìn)行沖洗，四氧化鈦在水解反應(yīng)中會形成鹽酸氣體。其中的氯化不凝氣體則會進(jìn)行下一步處理。

③精制處理階段

在完成氯化反應(yīng)過程后，化學(xué)礦物油則會與液體狀的粗氯化鈦按照固定比例放置到反應(yīng)容器中，準(zhǔn)備進(jìn)行除釩精制處理。在反應(yīng)過程中應(yīng)當(dāng)科學(xué)控制反應(yīng)中的溫度與壓力，使得礦物油能夠與粗氯化鈦進(jìn)行充分反應(yīng)，以此生成二氯化鈦。二氯化鈦經(jīng)過反應(yīng)后，具有不溶性的特點(diǎn)，在反應(yīng)結(jié)束以后，四氯化鈦在蒸發(fā)作用下則會轉(zhuǎn)換為氣體形態(tài)，而后以氣體的形式進(jìn)入到蒸餾塔中。蒸餾塔則會在頂部將四氯化鈦氣體排出，并利用冷凝器對其進(jìn)行冷凝處理，形成精制狀態(tài)的四氯化鈦。隨后對其采取除釩處理，所產(chǎn)生的廢棄釩渣，則將其送回氯化階段，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對四氯化鈦的回收。

④氧化處理階段

在完成精制處理階段后，形成的精制四氯化鈦則要將其放置到預(yù)熱器之中。而后對其進(jìn)行間接加熱處理，所產(chǎn)生的四氯化鈦氣體經(jīng)過預(yù)熱處理后，則會被送至氯化鋁反應(yīng)發(fā)生器中，然后再向發(fā)生器中加入精準(zhǔn)計(jì)量后的氯氣與鋁粉，使得二者之間能夠充分發(fā)生化合反應(yīng)。氯氣與鋁粉經(jīng)過化合反應(yīng)后會生成氯化鋁，且在反應(yīng)過程中會產(chǎn)生熱量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對四氯化鈦的預(yù)熱處理，隨后將四氯化鈦以及氯化鋁放置到氧化裝置中，準(zhǔn)備進(jìn)行氧化反應(yīng)。在燃料油的間接加熱過程中，向燃燒器中加入氧氣，然后通過甲苯燃燒實(shí)現(xiàn)對氧氣的加熱處理，進(jìn)而滿足氧化反應(yīng)發(fā)生的條件。氧氣在經(jīng)過加熱處理后，則會被放置到氧化反應(yīng)器中，與加熱處理完成后的四氯化鈦發(fā)生反應(yīng)，最終形成二氧化鈦以及氯氣。此時(shí)二氧化鈦為氣體形式，漂浮在尾氣中，因此需要通過冷卻處理，將氣體狀態(tài)的二氯化鈦轉(zhuǎn)化為固態(tài)的二氯化鈦，并使用布袋過濾器完成收集。為了防止二氧化鈦在冷卻過程中與反應(yīng)器出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)在氧化反應(yīng)器冷卻過程中加入氯化鈉晶體。在反應(yīng)結(jié)束后所產(chǎn)生的氯氣，則會被放置氯化反應(yīng)階段，對其進(jìn)行回收再利用。產(chǎn)生的二氧化鈦則將其放置到打漿槽中，并使用脫鹽水完成處理，在完成打漿與脫氯后，則準(zhǔn)備二氧化鈦的最后處理工作。在氧化反應(yīng)過程中會出現(xiàn)脫氯廢氣，需要將此類廢氣送至尾氣處理系統(tǒng)之中完成處理，減少對環(huán)境的污染與破壞。在進(jìn)行預(yù)熱處理過程中，對四氧化鈦以及氧氣所采取的加熱處理原料為低硫燃料油，這時(shí)所產(chǎn)生的主要污染物為二氧化硫，那么也需要采取相應(yīng)的處理方式對其進(jìn)行回收處理。

⑤后處理階段

在完成氧化反應(yīng)之后，二氧化鈦成品隨之形成，而后則需要進(jìn)行后處理。后處理階段的主要工作內(nèi)容就是分散加濕打磨二氧化鈦，包括處理產(chǎn)品表面，通過洗滌過濾、加熱干燥、細(xì)磨處理等多個(gè)環(huán)節(jié)，完成對二氧化鈦成品的包裝。在完成氧化反應(yīng)后的二氧化鈦也需要與分散劑按照固定比例送至料漿罐之中，并將其攪拌分散，經(jīng)過分散處理這一流程之后，需要使用研磨機(jī)對二氧化鈦料漿中進(jìn)行研磨處理程序，使其中的粗整顆粒能夠被去除，使得二氧化鈦料漿符合標(biāo)準(zhǔn)。隨后將其泵送至表面處理罐之中，完成表面處理。在具體處理過程中，在表面處理助劑的作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化鈦料漿的精細(xì)化處理，合理控制處理?xiàng)l件，而后生成不同種類的鈦白粉。在完成對二氧化鈦料漿的表面處理工作之后，需要將料漿泵送至過濾機(jī)器之中，通過洗滌完成對雜質(zhì)的處理與過濾。在洗滌流程后，會形成二氧化鈦濾餅，將其送至到氣流粉碎機(jī)中準(zhǔn)備進(jìn)行處理。在過熱蒸汽的條件下，通過超微粉處理方式處理二氧化鈦粒子，將其與蒸汽共同放置到過濾器之中。最后使用冷卻器冷卻處理二氧化鈦，形成二氧化鈦粒子，將其放入到成品料倉過程完成包裝處理。后處理階段所產(chǎn)生的污染物主要為干燥氣以及氣粉機(jī)尾氣中形成的二氧化鈦粉塵，通過洗滌過濾，將二氧化鈦粉塵形成粉塵廢水，而后回收再利用其中的SS和鹽物質(zhì)。

(2)氯化法生產(chǎn)工藝要點(diǎn)

隨著企業(yè)對氯化法生產(chǎn)工藝的不斷探索與創(chuàng)新，針對鈦白粉的生產(chǎn)已經(jīng)形成了一套高效且合理的生產(chǎn)工藝。在生產(chǎn)鈦白粉的過程中，雖然每個(gè)企業(yè)所選擇的生產(chǎn)方法都存在一定的差異，但就整體情況來看，大致工藝流程基本相符，需遵循相應(yīng)的生產(chǎn)要點(diǎn)。首先，需要確保氯化鈉所使用的生產(chǎn)原料質(zhì)量，在鈦白粉的生產(chǎn)工藝中，應(yīng)控制好各原料質(zhì)量。而在配料處理環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)通過干燥處理的方式，將原料水分控制在最低水平，在確保原料足夠干燥后，將其放置在氯化爐中，準(zhǔn)備進(jìn)行氯化反應(yīng)。在完成氯化反應(yīng)后，氣體氯化物的處理需要采取冷卻處理方式，具體處理方式需要結(jié)合處理需求而展開。如果氯化物的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)過高，那么則應(yīng)當(dāng)先對其進(jìn)行分離；如果氯化物的沸點(diǎn)較低，那么則可以選擇冷凝處理，直接分離即可。對于液態(tài)形式的氯化物，首先應(yīng)當(dāng)過濾處理溶液中的雜質(zhì)，以免雜質(zhì)影響最終的成品質(zhì)量。

4.氯化法鈦白粉產(chǎn)污環(huán)節(jié)研究

氯化法使用過程中常見的污染物包括廢水、廢氣、固體廢物。在不同氯化法的處理階段中，所形成的污染廢物之間存在一定的差距。污染氣體的形成主要包括：原料在破碎階段會產(chǎn)生一些污染氣體與粉塵，而在進(jìn)行氯化反應(yīng)階段時(shí)，粉塵會形成氯氣，而氯化氫與二氧化硫都屬于污染氣體；在四氯化鈦進(jìn)行預(yù)加熱處理、氧化反應(yīng)階段以及干燥階段都會產(chǎn)生污染環(huán)境的粉塵及廢氣，而且屬于連續(xù)產(chǎn)生的廢氣，所以要對這些階段采取針對性的廢氣處理方式。而在氯化階段及洗滌階段，需要對反應(yīng)物進(jìn)行清洗，那么則會產(chǎn)生污水。廢水的形成方式大多數(shù)是以階段性為主，只有在洗滌階段會產(chǎn)生連續(xù)性廢水，因此要及時(shí)將廢水送到污水處理廠完成處理。除此之外，在使用氯化法生產(chǎn)鈦白粉過程中，也會出現(xiàn)固體污染物，這些固體污染物主要是在氯化階段所形成，主要構(gòu)成為氯化物、未發(fā)生反應(yīng)的石油焦、重金屬等；而在氧化階段也會產(chǎn)生金屬氧化物與重金屬，這些固體廢物都需要送到專門的處理機(jī)構(gòu)完成處理，以此降低對生態(tài)環(huán)境的影響。

5.鈦白粉節(jié)能減耗基本措施

在化工生產(chǎn)過程中，需要不斷完善生產(chǎn)技術(shù)，以此推動企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在使用氯化法生產(chǎn)鈦白粉過程中，需要消耗大量的能源，為了減少能源過度消耗問題的發(fā)生，那么化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中，就可以利用阻垢劑解決這一難題?；て髽I(yè)在生產(chǎn)過程中通過使用機(jī)電傳輸設(shè)備，能夠有效保障生產(chǎn)效率及效果。但由于化工生產(chǎn)離不開化學(xué)反應(yīng)，因此會對機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生一定的腐蝕，隨著對設(shè)備使用期限的不斷延長，腐蝕問題及污垢附著問題都會逐漸加劇，進(jìn)而在一定程度上影響了機(jī)電設(shè)備的實(shí)際性能。另外在生產(chǎn)過程中，只有確保生產(chǎn)流程的合理性，才能夠提高企業(yè)生產(chǎn)效率，保證最終經(jīng)濟(jì)效益。但就企業(yè)的實(shí)際資源管理工作情況來看，還存在一定的缺陷，因此作為化工企業(yè)，在經(jīng)營中應(yīng)對資源的利用情況，設(shè)立相應(yīng)的管理機(jī)制，充分保障能源的利用率，減少過度消耗問題的發(fā)生，踐行節(jié)能生產(chǎn)理念，實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

6.結(jié)束語

綜上所述，鈦白粉作為當(dāng)前最為常見的化工原料之一，在多個(gè)行業(yè)中都有所應(yīng)用。為了滿足市場對鈦白粉的需求，化工企業(yè)就應(yīng)當(dāng)積極完善鈦白粉的生產(chǎn)工藝流程，提高生產(chǎn)質(zhì)量。當(dāng)前氯化法在鈦白粉生產(chǎn)中最為常見，能夠有效提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，而產(chǎn)生相應(yīng)的能源消耗較低。但在氯化階段與氧化階段，仍然會產(chǎn)生污染物，這就需要企業(yè)采取相應(yīng)的處理方式，以免破壞生態(tài)環(huán)境。而企業(yè)在生產(chǎn)鈦白粉過程中，也應(yīng)當(dāng)將節(jié)能消耗落實(shí)到各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中，作為工作人員，務(wù)必要樹立節(jié)能減排的生產(chǎn)觀念，通過對節(jié)能技術(shù)的使用以及廢棄物監(jiān)管制度的不斷落實(shí)，降低污染物對環(huán)境的破壞，響應(yīng)國家綠色生產(chǎn)理念的號召，堅(jiān)守國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策，助力企業(yè)在市場中長久發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。