鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生產比較

一、概述

鈦(tai)(tai)白粉(fen)學名二氧化鈦(tai)(tai)(TiO2)具有最佳(jia)的不透明性、最佳(jia)的白度和(he)光亮度，被(bei)認為是目前世界上性能最為優異的白色(se)顏料(liao)(liao)。被(bei)廣泛(fan)應用于涂料(liao)(liao)、塑料(liao)(liao)、造(zao)紙、印刷油墨(mo)、化纖、橡膠、陶(tao)瓷、化妝品、食品和(he)醫藥等工業。目前其(qi)生產(chan)工藝主要分為硫酸法和(he)氯化法兩種。

二、鈦白粉硫酸法與氯化法生產工藝比較

1、硫(liu)酸(suan)法鈦白生產工藝

硫(liu)酸(suan)法鈦(tai)(tai)白生產(chan)工藝主要是以鈦(tai)(tai)鐵礦為原料，用硫(liu)酸(suan)分(fen)解成TiOSO4溶(rong)液(ye)，過濾除(chu)去(qu)(qu)鈦(tai)(tai)液(ye)中的不溶(rong)性雜質(zhi)，然后(hou)通(tong)過真空結晶、固液(ye)分(fen)離除(chu)去(qu)(qu)FeSO4?7H2O，再經濃縮后(hou)熱(re)水解，制得(de)偏鈦(tai)(tai)酸(suan)，洗滌(di)、漂白除(chu)去(qu)(qu)可溶(rong)性硫(liu)酸(suan)鹽并濾干，經煅燒脫(tuo)(tuo)水脫(tuo)(tuo)硫(liu)轉化為二氧化鈦(tai)(tai)，經干磨后(hou)得(de)到銳鈦(tai)(tai)型產(chan)品或在煅燒時加入促進(jin)劑進(jin)行晶型轉化得(de)到未包膜金(jin)紅石型初品或產(chan)品。如生產(chan)較高檔(dang)的金(jin)紅石型產(chan)品，還須將初品漿化，經濕磨解聚分(fen)級，進(jin)行無機(ji)表(biao)面處(chu)理(li)后(hou)洗去(qu)(qu)物料中的鹽分(fen)，干燥后(hou)再進(jin)行超微粉碎和有機(ji)處(chu)理(li)。

2、氯化法鈦白生產工藝

20世紀40至50年(nian)代，美(mei)國杜邦公司(si)(Du Pont)研究(jiu)用氯(lv)(lv)化(hua)法制取鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)獲得(de)成功，并用于(yu)工業生產。在(zai)九十(shi)年(nian)代我國錦(jin)州(zhou)鐵合(he)金(集團(tuan))有限公司(si)通(tong)過(guo)(guo)技術咨詢聯合(he)設(she)計的(de)(de)(de)方式建起了(le)錦(jin)州(zhou)鐵合(he)金廠1.5萬(wan)t/a氯(lv)(lv)化(hua)法鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)裝置，建成后的(de)(de)(de)裝置是(shi)迄今為止國內唯一的(de)(de)(de)氯(lv)(lv)化(hua)法鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)生產線。這套裝置經過(guo)(guo)十(shi)幾年(nian)的(de)(de)(de)艱(jian)苦(ku)攻關，已(yi)基(ji)本(ben)達到設(she)計要求(qiu)，并于(yu)2003年(nian)開始籌建年(nian)產3萬(wan)t/a的(de)(de)(de)氯(lv)(lv)化(hua)法鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)工程。目(mu)前達產3.6萬(wan)t/a，氯(lv)(lv)化(hua)法生產工藝由于(yu)其獨特(te)的(de)(de)(de)工藝技術受到國內外鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)業界的(de)(de)(de)青睞，并已(yi)被列(lie)入國家產業結構調整中的(de)(de)(de)鼓勵類項目(mu)。

三、鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生產比較

1、國家(jia)有關(guan)鈦白粉清潔生(sheng)產(chan)政策

針對以鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)(fen)行(xing)業，我國采取了一系(xi)列(lie)宏(hong)觀調(diao)控和加快產(chan)業結構調(diao)整的(de)措施：對新(xin)建(jian)鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)(fen)產(chan)能(neng)實行(xing)較為嚴格的(de)準(zhun)入制度;對鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)(fen)行(xing)業積極推行(xing)環境友好型清潔生產(chan)工藝的(de)普及和政(zheng)(zheng)策(ce)(ce)扶(fu)植(zhi)(zhi)，如信(xin)貸扶(fu)植(zhi)(zhi)政(zheng)(zheng)策(ce)(ce)、保險扶(fu)植(zhi)(zhi)政(zheng)(zheng)策(ce)(ce)、出口優惠政(zheng)(zheng)策(ce)(ce)、稅收優惠政(zheng)(zheng)策(ce)(ce)、排污(wu)權交易政(zheng)(zheng)策(ce)(ce)等(deng)(deng)。2006年以來(lai)，國家頒布了關(guan)于(yu)鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)(fen)行(xing)業的(de)政(zheng)(zheng)策(ce)(ce)文件有：《產(chan)業結構調(diao)整指(zhi)導目(mu)錄》、和《十二(er)五》期間即將(jiang)頒布的(de)《清潔生產(chan)標準(zhun)—鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)(fen)》、《清潔生產(chan)審(shen)核指(zhi)南(nan)—鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)(fen)》、《鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)(fen)行(xing)業準(zhun)入條件》等(deng)(deng)。

2、鈦白粉硫酸(suan)法與(yu)氯化法清潔生產比(bi)較(jiao)

雖然硫酸(suan)法既可(ke)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)銳鈦(tai)型(xing)(xing)產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)，又可(ke)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)金(jin)紅(hong)石(shi)型(xing)(xing)產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)，但通過(guo)(guo)圖2中氯化法與硫酸(suan)法工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)流程(cheng)(cheng)的(de)比較(jiao)，我們可(ke)以看出，硫酸(suan)法工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)流程(cheng)(cheng)復雜，需(xu)要(yao)(yao)20道(dao)左右的(de)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)步驟，排(pai)放廢(fei)棄(qi)物較(jiao)多(duo)，晶(jing)型(xing)(xing)轉變需(xu)更多(duo)操作步驟，采用的(de)焚燒(shao)(shao)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)需(xu)要(yao)(yao)消耗(hao)大(da)量能(neng)源。而(er)(er)且存在將銳鈦(tai)型(xing)(xing)晶(jing)型(xing)(xing)轉化為金(jin)紅(hong)石(shi)型(xing)(xing)晶(jing)型(xing)(xing)的(de)工(gong)(gong)(gong)序，造成(cheng)所生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)的(de)金(jin)紅(hong)石(shi)型(xing)(xing)鈦(tai)白(bai)粉(fen)(fen)不(bu)可(ke)能(neng)達到(dao)100%的(de)金(jin)紅(hong)石(shi)晶(jing)型(xing)(xing)，同時產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)質量的(de)批次間(jian)差異(yi)也較(jiao)氯化法更明顯。而(er)(er)氯化法生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)技(ji)術是(shi)連續生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)，與非(fei)連續工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)硫酸(suan)法相比，過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)簡單，工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)控制點(dian)少，產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)質量易于(yu)(yu)達到(dao)最優的(de)控制，大(da)大(da)減(jian)少了(le)廢(fei)棄(qi)物的(de)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)，再(zai)加上沒(mei)有轉窯(yao)煅(duan)燒(shao)(shao)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)形成(cheng)的(de)燒(shao)(shao)結，其(qi)鈦(tai)白(bai)粉(fen)(fen)原級粒子(zi)易于(yu)(yu)解(jie)聚，所以產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)的(de)質量較(jiao)硫酸(suan)法更好，并且在產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)精制的(de)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)較(jiao)硫酸(suan)法大(da)幅度節省能(neng)量。

圖2氯化(hua)法與硫酸法工藝流程(cheng)比較

3、氯化(hua)法原料選用的多樣化(hua)

氯(lv)(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)若(ruo)采用(yong)高(gao)鈦(tai)渣(zha)(zha)為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)，從(cong)(cong)表3可(ke)見，無論是從(cong)(cong)理論能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)還是從(cong)(cong)產(chan)品(pin)綜(zong)合(he)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)來看(kan)，與硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)相比氯(lv)(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)都有明顯(xian)的(de)(de)優勢。但從(cong)(cong)產(chan)品(pin)生命周期看(kan)，如把高(gao)鈦(tai)渣(zha)(zha)冶煉(lian)(lian)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)也能(neng)(neng)(neng)包括進去，使(shi)(shi)用(yong)高(gao)鈦(tai)渣(zha)(zha)的(de)(de)氯(lv)(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)綜(zong)合(he)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)略(lve)高(gao)于硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)。但是從(cong)(cong)萬元產(chan)值(zhi)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)看(kan)氯(lv)(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)仍(reng)具有明顯(xian)優勢，而且資源利用(yong)率高(gao)。若(ruo)采用(yong)60%的(de)(de)鈦(tai)鐵礦為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)，可(ke)省掉高(gao)鈦(tai)渣(zha)(zha)冶煉(lian)(lian)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)，氯(lv)(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)產(chan)品(pin)綜(zong)合(he)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)仍(reng)維持在噸鈦(tai)白1.27tce，全生命周期能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)較硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)低(di)30%以上(shang)。由此看(kan)來，氯(lv)(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)，特別是能(neng)(neng)(neng)夠(gou)直接(jie)使(shi)(shi)用(yong)鐵鐵礦的(de)(de)氯(lv)(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)與硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)相比能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)更低(di)，環保優勢更明顯(xian)。

除了操作便捷和能耗較低外(wai)，面對當今(jin)各(ge)種礦產資源緊(jin)缺(que)，氯化法原料的(de)選用還具(ju)有多(duo)樣性的(de)優(you)勢(shi)，可以(yi)使用二氧化鈦含量60%-95%的(de)多(duo)種原材料。

由(you)于國(guo)內硫酸法(fa)生(sheng)產廠(chang)對環境的(de)影響，我國(guo)有(you)(you)關部(bu)門早就將(jiang)硫酸法(fa)鈦(tai)(tai)白(bai)工(gong)廠(chang)定為限(xian)制產業(ye)。自(zi)2011年(nian)6月(yue)1日起施行的(de)《產業(ye)結構調整指導(dao)目(mu)錄(2011年(nian)本)》(國(guo)發[2011]9號)中(zhong)則將(jiang)所(suo)有(you)(you)新建的(de)硫酸法(fa)鈦(tai)(tai)白(bai)粉設置為限(xian)制類項目(mu)，對鼓勵類氯化(hua)法(fa)在(zai)原料的(de)選擇上有(you)(you)著近乎苛刻的(de)要求：單線產能3萬t/年(nian)及以(yi)(yi)上，而且必須以(yi)(yi)二(er)氧化(hua)鈦(tai)(tai)含量不小(xiao)于90%的(de)富鈦(tai)(tai)料(人造金(jin)紅石(shi)、天然金(jin)紅石(shi)、高鈦(tai)(tai)渣(zha))為原料。

礦業(ye)人士都(dou)熟知，我(wo)(wo)國(guo)雖然是世界上鈦(tai)(tai)儲(chu)量(liang)最(zui)豐富的(de)(de)(de)國(guo)家，但這些重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)資源(yuan)大都(dou)以中(zhong)低品(pin)位(45%-47%)的(de)(de)(de)形式存(cun)在，二氧(yang)(yang)化鈦(tai)(tai)含(han)量(liang)不(bu)(bu)(bu)小于(yu)90%的(de)(de)(de)富鈦(tai)(tai)料(liao)(liao)(liao)是很難(nan)得(de)到的(de)(de)(de)，況(kuang)且這些富鈦(tai)(tai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)供應大多(duo)由(you)少數(shu)的(de)(de)(de)國(guo)際礦業(ye)寡頭壟斷。對于(yu)新增氯化法(fa)(fa)產(chan)能，僅僅鼓勵使用(yong)二氧(yang)(yang)化鈦(tai)(tai)含(han)量(liang)不(bu)(bu)(bu)小于(yu)90%的(de)(de)(de)富鈦(tai)(tai)料(liao)(liao)(liao)，則極有可能使中(zhong)國(guo)氯化法(fa)(fa)鈦(tai)(tai)白(bai)粉的(de)(de)(de)生產(chan)重(zhong)(zhong)蹈(dao)中(zhong)國(guo)鋼鐵行業(ye)原材料(liao)(liao)(liao)受制于(yu)人的(de)(de)(de)覆轍，不(bu)(bu)(bu)利于(yu)我(wo)(wo)國(guo)廠家積(ji)極投入開發自主知識(shi)產(chan)權研究各種(zhong)工藝路(lu)線(xian)，長遠(yuan)來講阻礙了(le)中(zhong)國(guo)氯化法(fa)(fa)鈦(tai)(tai)白(bai)粉行業(ye)的(de)(de)(de)健康發展，限制了(le)我(wo)(wo)國(guo)鈦(tai)(tai)白(bai)行業(ye)和國(guo)際巨(ju)頭的(de)(de)(de)競爭能力。而硫酸法(fa)(fa)的(de)(de)(de)限制更(geng)是讓當前(qian)我(wo)(wo)國(guo)鈦(tai)(tai)白(bai)粉產(chan)業(ye)的(de)(de)(de)發展更(geng)顯窘態。

然而(er)，條(tiao)條(tiao)大路通羅馬，《產(chan)業結(jie)構調整指導(dao)目(mu)錄(2011年本)》最(zui)(zui)重要的意(yi)義在于(yu)，抑制低端產(chan)品產(chan)能過(guo)剩、提(ti)高資源能源利用效率、推行清(qing)(qing)潔(jie)生產(chan)，從而(er)最(zui)(zui)終達到完善產(chan)業布(bu)局，提(ti)高產(chan)業集(ji)中度的目(mu)的。因此，無論方法如(ru)何，最(zui)(zui)終清(qing)(qing)潔(jie)生產(chan)的目(mu)的達到即可，既然90%的富鈦料(liao)不好找，那(nei)么我們可以借鑒國外的先進經驗(yan)，發揮氯化(hua)法原(yuan)料(liao)選擇(ze)多樣(yang)性的特(te)點尋找其它途徑。

表3 氯化法(fa)與硫酸(suan)法(fa)綜合能耗分析表

四、結論

氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)鈦白(bai)粉(fen)生(sheng)產(chan)技(ji)術比硫酸法(fa)生(sheng)產(chan)技(ji)術更先進、更環保(bao)是(shi)國(guo)際鈦白(bai)粉(fen)生(sheng)產(chan)企業(ye)的(de)共識(shi)。這(zhe)也是(shi)為(wei)什么(me)近年(nian)來，國(guo)際知名鈦白(bai)粉(fen)生(sheng)產(chan)企業(ye)使用氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)生(sheng)產(chan)的(de)鈦白(bai)粉(fen)比例持續升高的(de)原因。這(zhe)也是(shi)為(wei)什么(me)中國(guo)制定國(guo)家(jia)鈦白(bai)粉(fen)行業(ye)清(qing)潔生(sheng)產(chan)推行方案(推薦稿)中總(zong)體目(mu)標：到(dao)2014年(nian)，通過沸(fei)騰氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)鈦白(bai)粉(fen)清(qing)潔生(sheng)產(chan)技(ji)術的(de)推廣，達到(dao)節(jie)約(yue)標準煤約(yue)3.3萬(wan)t/a，節(jie)約(yue)水約(yue)630萬(wan)m3/a，削減COD排放量約(yue)1.2萬(wan)t/a的(de)原因所(suo)在。