鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生產比較

一、概述

鈦白粉學名(ming)二氧化(hua)鈦(TiO2)具有最佳的不透明性(xing)、最佳的白度和(he)光亮度，被認為(wei)是(shi)目前世界上性(xing)能最為(wei)優異(yi)的白色(se)顏料(liao)。被廣泛應用于涂料(liao)、塑料(liao)、造紙、印(yin)刷油墨、化(hua)纖、橡膠(jiao)、陶瓷、化(hua)妝品(pin)、食品(pin)和(he)醫(yi)藥等(deng)工(gong)業。目前其生(sheng)產工(gong)藝(yi)主要分為(wei)硫酸法和(he)氯(lv)化(hua)法兩種。

二、鈦白粉硫酸法與氯化法生產工藝比較

1、硫酸(suan)法鈦白生產(chan)工藝

硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法鈦(tai)白(bai)生產工藝主要是以(yi)鈦(tai)鐵(tie)礦(kuang)為原料，用硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)分(fen)(fen)(fen)解成TiOSO4溶液，過(guo)濾(lv)(lv)除(chu)(chu)去(qu)(qu)鈦(tai)液中的不溶性雜質，然后(hou)通過(guo)真空結晶、固液分(fen)(fen)(fen)離除(chu)(chu)去(qu)(qu)FeSO4?7H2O，再經濃縮后(hou)熱水(shui)解，制得(de)偏鈦(tai)酸(suan)(suan)，洗(xi)滌、漂白(bai)除(chu)(chu)去(qu)(qu)可溶性硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)鹽并(bing)濾(lv)(lv)干，經煅(duan)燒脫(tuo)水(shui)脫(tuo)硫(liu)(liu)轉(zhuan)化為二氧化鈦(tai)，經干磨(mo)后(hou)得(de)到(dao)銳(rui)鈦(tai)型產品(pin)(pin)或在煅(duan)燒時加(jia)入促(cu)進劑進行(xing)晶型轉(zhuan)化得(de)到(dao)未包膜金(jin)(jin)紅石型初品(pin)(pin)或產品(pin)(pin)。如(ru)生產較高(gao)檔(dang)的金(jin)(jin)紅石型產品(pin)(pin)，還(huan)須將初品(pin)(pin)漿化，經濕(shi)磨(mo)解聚分(fen)(fen)(fen)級，進行(xing)無機表面(mian)處(chu)理后(hou)洗(xi)去(qu)(qu)物料中的鹽分(fen)(fen)(fen)，干燥后(hou)再進行(xing)超微粉碎(sui)和有(you)機處(chu)理。

2、氯化法鈦(tai)白(bai)生產工藝(yi)

20世紀(ji)40至50年代(dai)(dai)，美國(guo)(guo)(guo)杜邦公司(Du Pont)研(yan)究(jiu)用氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)(fa)制取鈦(tai)白(bai)粉(fen)獲得成(cheng)功，并(bing)用于(yu)工業生產。在九十(shi)年代(dai)(dai)我國(guo)(guo)(guo)錦(jin)州鐵合(he)(he)金(集團)有(you)限公司通過技(ji)術咨詢聯合(he)(he)設計的(de)(de)方(fang)式建起(qi)了錦(jin)州鐵合(he)(he)金廠(chang)1.5萬t/a氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)(fa)鈦(tai)白(bai)裝置，建成(cheng)后(hou)的(de)(de)裝置是迄(qi)今(jin)為止國(guo)(guo)(guo)內唯一(yi)的(de)(de)氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)(fa)鈦(tai)白(bai)生產線。這套裝置經過十(shi)幾年的(de)(de)艱苦攻(gong)關，已基本(ben)達(da)到設計要求，并(bing)于(yu)2003年開始籌建年產3萬t/a的(de)(de)氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)(fa)鈦(tai)白(bai)粉(fen)工程。目(mu)前達(da)產3.6萬t/a，氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)(fa)生產工藝由(you)于(yu)其獨特的(de)(de)工藝技(ji)術受到國(guo)(guo)(guo)內外鈦(tai)白(bai)粉(fen)業界的(de)(de)青(qing)睞，并(bing)已被列入國(guo)(guo)(guo)家產業結構(gou)調(diao)整(zheng)中的(de)(de)鼓勵類項(xiang)目(mu)。

三、鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生產比較

1、國家(jia)有(you)關(guan)鈦白粉(fen)清潔生產(chan)政策(ce)

針對(dui)以(yi)鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)行(xing)(xing)(xing)業，我國采(cai)取(qu)了一系列(lie)宏觀(guan)調控和加快產(chan)(chan)業結構(gou)調整的措(cuo)施：對(dui)新(xin)建鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)產(chan)(chan)能實行(xing)(xing)(xing)較為嚴(yan)格(ge)的準入(ru)制度;對(dui)鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)行(xing)(xing)(xing)業積(ji)極推行(xing)(xing)(xing)環(huan)境友好型清潔生產(chan)(chan)工藝的普(pu)及和政(zheng)策(ce)扶植，如信貸扶植政(zheng)策(ce)、保(bao)險扶植政(zheng)策(ce)、出(chu)口優惠政(zheng)策(ce)、稅收(shou)優惠政(zheng)策(ce)、排(pai)污權交易政(zheng)策(ce)等。2006年以(yi)來，國家(jia)頒布了關于(yu)鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)行(xing)(xing)(xing)業的政(zheng)策(ce)文件有：《產(chan)(chan)業結構(gou)調整指導目錄(lu)》、和《十二五》期(qi)間即將頒布的《清潔生產(chan)(chan)標準—鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)》、《清潔生產(chan)(chan)審(shen)核指南—鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)》、《鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)行(xing)(xing)(xing)業準入(ru)條(tiao)件》等。

2、鈦(tai)白粉硫酸法(fa)與氯化法(fa)清(qing)潔生產比較

雖然硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)法(fa)既(ji)可生產(chan)(chan)(chan)銳鈦(tai)型(xing)(xing)產(chan)(chan)(chan)品(pin)，又可生產(chan)(chan)(chan)金(jin)(jin)紅(hong)(hong)石(shi)型(xing)(xing)產(chan)(chan)(chan)品(pin)，但通過圖2中(zhong)氯化法(fa)與硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)法(fa)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)流程(cheng)(cheng)的(de)(de)比較(jiao)，我(wo)們可以看(kan)出，硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)法(fa)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)流程(cheng)(cheng)復(fu)雜，需(xu)要(yao)20道(dao)左右的(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)步驟(zou)，排放廢棄物(wu)較(jiao)多，晶(jing)型(xing)(xing)轉(zhuan)變需(xu)更多操作步驟(zou)，采用的(de)(de)焚燒工(gong)(gong)藝(yi)(yi)需(xu)要(yao)消耗大(da)(da)(da)量(liang)能源。而且存在(zai)(zai)將銳鈦(tai)型(xing)(xing)晶(jing)型(xing)(xing)轉(zhuan)化為金(jin)(jin)紅(hong)(hong)石(shi)型(xing)(xing)晶(jing)型(xing)(xing)的(de)(de)工(gong)(gong)序，造成所生產(chan)(chan)(chan)的(de)(de)金(jin)(jin)紅(hong)(hong)石(shi)型(xing)(xing)鈦(tai)白粉不可能達(da)到100%的(de)(de)金(jin)(jin)紅(hong)(hong)石(shi)晶(jing)型(xing)(xing)，同(tong)時產(chan)(chan)(chan)品(pin)質量(liang)的(de)(de)批(pi)次間差(cha)異也較(jiao)氯化法(fa)更明顯。而氯化法(fa)生產(chan)(chan)(chan)技術是(shi)連(lian)續(xu)生產(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，與非連(lian)續(xu)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)法(fa)相比，過程(cheng)(cheng)簡單，工(gong)(gong)藝(yi)(yi)控制(zhi)點少，產(chan)(chan)(chan)品(pin)質量(liang)易于(yu)達(da)到最優的(de)(de)控制(zhi)，大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)減少了廢棄物(wu)的(de)(de)產(chan)(chan)(chan)生，再加上沒有轉(zhuan)窯煅燒工(gong)(gong)藝(yi)(yi)形(xing)成的(de)(de)燒結，其鈦(tai)白粉原級(ji)粒子易于(yu)解聚(ju)，所以產(chan)(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)質量(liang)較(jiao)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)法(fa)更好(hao)，并且在(zai)(zai)產(chan)(chan)(chan)品(pin)精(jing)制(zhi)的(de)(de)過程(cheng)(cheng)較(jiao)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)法(fa)大(da)(da)(da)幅度節省能量(liang)。

圖2氯化法與硫酸法工藝(yi)流(liu)程比較

3、氯化法原料選用的多(duo)樣化

氯化(hua)(hua)(hua)法若采(cai)用高(gao)(gao)(gao)鈦(tai)(tai)(tai)渣(zha)(zha)為原(yuan)料，從(cong)表3可(ke)見(jian)，無(wu)論是(shi)從(cong)理論能(neng)耗(hao)還是(shi)從(cong)產(chan)品(pin)綜合(he)能(neng)耗(hao)來(lai)(lai)看，與硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法相比氯化(hua)(hua)(hua)法都有明(ming)顯的優(you)勢。但(dan)從(cong)產(chan)品(pin)生命周期(qi)看，如把高(gao)(gao)(gao)鈦(tai)(tai)(tai)渣(zha)(zha)冶煉(lian)的能(neng)耗(hao)也能(neng)包括進去，使用高(gao)(gao)(gao)鈦(tai)(tai)(tai)渣(zha)(zha)的氯化(hua)(hua)(hua)法綜合(he)能(neng)耗(hao)略(lve)高(gao)(gao)(gao)于硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法。但(dan)是(shi)從(cong)萬元產(chan)值能(neng)耗(hao)看氯化(hua)(hua)(hua)法仍(reng)具有明(ming)顯優(you)勢，而且資源利用率高(gao)(gao)(gao)。若采(cai)用60%的鈦(tai)(tai)(tai)鐵(tie)礦(kuang)為原(yuan)料，可(ke)省掉高(gao)(gao)(gao)鈦(tai)(tai)(tai)渣(zha)(zha)冶煉(lian)的能(neng)耗(hao)，氯化(hua)(hua)(hua)法產(chan)品(pin)綜合(he)能(neng)耗(hao)仍(reng)維持在噸(dun)鈦(tai)(tai)(tai)白1.27tce，全生命周期(qi)能(neng)耗(hao)較硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法低30%以(yi)上(shang)。由此看來(lai)(lai)，氯化(hua)(hua)(hua)法，特別是(shi)能(neng)夠直接使用鐵(tie)鐵(tie)礦(kuang)的氯化(hua)(hua)(hua)法與硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法相比能(neng)耗(hao)更(geng)低，環保優(you)勢更(geng)明(ming)顯。

除了操(cao)作(zuo)便捷和能耗較低外，面對當(dang)今(jin)各(ge)種礦產資(zi)源緊(jin)缺(que)，氯化(hua)法原料的選(xuan)用還(huan)具有多樣性的優勢(shi)，可以使用二氧化(hua)鈦含量(liang)60%-95%的多種原材料。

由于國內硫酸法生產(chan)(chan)廠(chang)對(dui)環境的(de)影響，我(wo)國有(you)關部門(men)早就將硫酸法鈦(tai)白工廠(chang)定為(wei)限(xian)制(zhi)產(chan)(chan)業(ye)。自2011年(nian)(nian)6月1日(ri)起施(shi)行的(de)《產(chan)(chan)業(ye)結構調整(zheng)指導目錄(2011年(nian)(nian)本)》(國發[2011]9號)中則將所有(you)新建的(de)硫酸法鈦(tai)白粉設置為(wei)限(xian)制(zhi)類(lei)項目，對(dui)鼓勵類(lei)氯化法在(zai)原料的(de)選擇上(shang)有(you)著近乎苛刻的(de)要(yao)求：單線(xian)產(chan)(chan)能3萬t/年(nian)(nian)及以(yi)上(shang)，而且(qie)必須以(yi)二氧化鈦(tai)含量不小(xiao)于90%的(de)富鈦(tai)料(人造(zao)金紅(hong)石、天(tian)然(ran)金紅(hong)石、高鈦(tai)渣(zha))為(wei)原料。

礦(kuang)業(ye)(ye)(ye)人士都熟知，我(wo)國雖然是(shi)(shi)世界上鈦(tai)(tai)儲量(liang)(liang)最豐(feng)富(fu)的(de)(de)(de)(de)國家，但這些(xie)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)資源大(da)都以中低品位(45%-47%)的(de)(de)(de)(de)形(xing)式存(cun)在(zai)，二(er)氧(yang)化(hua)鈦(tai)(tai)含量(liang)(liang)不小(xiao)于(yu)(yu)(yu)90%的(de)(de)(de)(de)富(fu)鈦(tai)(tai)料是(shi)(shi)很難(nan)得到的(de)(de)(de)(de)，況且這些(xie)富(fu)鈦(tai)(tai)料的(de)(de)(de)(de)供應大(da)多由(you)少(shao)數的(de)(de)(de)(de)國際(ji)礦(kuang)業(ye)(ye)(ye)寡(gua)頭(tou)壟(long)斷(duan)。對于(yu)(yu)(yu)新(xin)增氯化(hua)法產(chan)能，僅僅鼓勵使用(yong)二(er)氧(yang)化(hua)鈦(tai)(tai)含量(liang)(liang)不小(xiao)于(yu)(yu)(yu)90%的(de)(de)(de)(de)富(fu)鈦(tai)(tai)料，則極(ji)有可(ke)能使中國氯化(hua)法鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)重(zhong)蹈中國鋼(gang)鐵(tie)行業(ye)(ye)(ye)原材(cai)料受制于(yu)(yu)(yu)人的(de)(de)(de)(de)覆(fu)轍，不利于(yu)(yu)(yu)我(wo)國廠家積極(ji)投入開(kai)發自主知識(shi)產(chan)權研究各(ge)種工藝路線，長(chang)遠(yuan)來講阻礙了中國氯化(hua)法鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉行業(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)健康發展(zhan)，限制了我(wo)國鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)行業(ye)(ye)(ye)和國際(ji)巨頭(tou)的(de)(de)(de)(de)競爭能力。而硫酸法的(de)(de)(de)(de)限制更是(shi)(shi)讓當前我(wo)國鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉產(chan)業(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)更顯窘態。

然而，條條大路(lu)通羅馬，《產(chan)業結(jie)構調(diao)整指導目錄(2011年本(ben))》最(zui)重要的(de)意義在于，抑(yi)制(zhi)低端產(chan)品產(chan)能過(guo)剩(sheng)、提(ti)高資源能源利用效率、推(tui)行清潔(jie)生(sheng)產(chan)，從而最(zui)終達到完善產(chan)業布(bu)局，提(ti)高產(chan)業集中度的(de)目的(de)。因此(ci)，無(wu)論方法如何，最(zui)終清潔(jie)生(sheng)產(chan)的(de)目的(de)達到即(ji)可，既然90%的(de)富鈦料(liao)不好找，那么(me)我們可以(yi)借鑒國外的(de)先進(jin)經驗，發揮氯(lv)化法原料(liao)選擇(ze)多(duo)樣性的(de)特點尋找其它(ta)途徑。

表3 氯(lv)化法(fa)與(yu)硫(liu)酸法(fa)綜合能耗分析(xi)表

四、結論

氯(lv)(lv)化法鈦白(bai)(bai)粉(fen)(fen)生產(chan)技(ji)術(shu)比硫酸法生產(chan)技(ji)術(shu)更(geng)先進(jin)、更(geng)環保是國(guo)際(ji)鈦白(bai)(bai)粉(fen)(fen)生產(chan)企業(ye)的(de)共識。這也(ye)是為什(shen)么(me)近年來(lai)，國(guo)際(ji)知(zhi)名鈦白(bai)(bai)粉(fen)(fen)生產(chan)企業(ye)使(shi)用氯(lv)(lv)化法生產(chan)的(de)鈦白(bai)(bai)粉(fen)(fen)比例持續升(sheng)高的(de)原因(yin)。這也(ye)是為什(shen)么(me)中國(guo)制定國(guo)家鈦白(bai)(bai)粉(fen)(fen)行業(ye)清潔生產(chan)推行方案(推薦稿(gao))中總體目標：到2014年，通過沸騰氯(lv)(lv)化法鈦白(bai)(bai)粉(fen)(fen)清潔生產(chan)技(ji)術(shu)的(de)推廣，達到節約(yue)標準煤約(yue)3.3萬t/a，節約(yue)水約(yue)630萬m3/a，削減COD排放量(liang)約(yue)1.2萬t/a的(de)原因(yin)所在(zai)。