鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生產比較

一、概述

鈦白(bai)粉學名二氧化(hua)(hua)(hua)鈦(TiO2)具有最(zui)佳的不透明(ming)性、最(zui)佳的白(bai)度和光亮度，被認為(wei)是目前(qian)世(shi)界上性能最(zui)為(wei)優異的白(bai)色顏(yan)料。被廣泛應用于涂料、塑料、造紙(zhi)、印刷油墨、化(hua)(hua)(hua)纖、橡膠、陶(tao)瓷(ci)、化(hua)(hua)(hua)妝品(pin)、食(shi)品(pin)和醫(yi)藥等工業。目前(qian)其生產工藝主要分為(wei)硫(liu)酸法和氯(lv)化(hua)(hua)(hua)法兩種。

二、鈦白粉硫酸法與氯化法生產工藝比較

1、硫酸法鈦白生產工藝

硫酸(suan)(suan)法鈦白生產(chan)(chan)工藝主要是以鈦鐵礦(kuang)為原料，用硫酸(suan)(suan)分解成TiOSO4溶(rong)(rong)液，過(guo)濾(lv)(lv)除(chu)去(qu)(qu)鈦液中的不溶(rong)(rong)性雜質，然后(hou)(hou)(hou)通過(guo)真空(kong)結(jie)晶、固液分離(li)除(chu)去(qu)(qu)FeSO4?7H2O，再經濃縮后(hou)(hou)(hou)熱水解，制得(de)偏鈦酸(suan)(suan)，洗滌、漂白除(chu)去(qu)(qu)可(ke)溶(rong)(rong)性硫酸(suan)(suan)鹽并濾(lv)(lv)干，經煅燒脫水脫硫轉化(hua)(hua)為二氧化(hua)(hua)鈦，經干磨后(hou)(hou)(hou)得(de)到銳鈦型(xing)產(chan)(chan)品(pin)(pin)或在煅燒時加入促進劑進行晶型(xing)轉化(hua)(hua)得(de)到未包膜金紅(hong)石(shi)型(xing)初品(pin)(pin)或產(chan)(chan)品(pin)(pin)。如生產(chan)(chan)較(jiao)高檔的金紅(hong)石(shi)型(xing)產(chan)(chan)品(pin)(pin)，還須將(jiang)初品(pin)(pin)漿化(hua)(hua)，經濕磨解聚分級(ji)，進行無機表面處理(li)后(hou)(hou)(hou)洗去(qu)(qu)物料中的鹽分，干燥后(hou)(hou)(hou)再進行超微粉(fen)碎和有機處理(li)。

2、氯化法鈦白生產工(gong)藝(yi)

20世紀40至50年(nian)(nian)(nian)(nian)代，美(mei)國(guo)(guo)杜邦公司(Du Pont)研(yan)究用氯(lv)化(hua)(hua)(hua)法(fa)制取鈦(tai)白粉獲得成功，并(bing)用于工業(ye)生產(chan)(chan)。在九十年(nian)(nian)(nian)(nian)代我(wo)國(guo)(guo)錦州鐵合(he)金(jin)(集(ji)團)有限公司通過(guo)技(ji)術咨詢聯合(he)設(she)計(ji)的方式建起了錦州鐵合(he)金(jin)廠1.5萬(wan)t/a氯(lv)化(hua)(hua)(hua)法(fa)鈦(tai)白裝(zhuang)置，建成后的裝(zhuang)置是迄(qi)今為止國(guo)(guo)內(nei)唯(wei)一的氯(lv)化(hua)(hua)(hua)法(fa)鈦(tai)白生產(chan)(chan)線(xian)。這套裝(zhuang)置經過(guo)十幾(ji)年(nian)(nian)(nian)(nian)的艱苦攻關(guan)，已基(ji)本達到(dao)設(she)計(ji)要求，并(bing)于2003年(nian)(nian)(nian)(nian)開始籌建年(nian)(nian)(nian)(nian)產(chan)(chan)3萬(wan)t/a的氯(lv)化(hua)(hua)(hua)法(fa)鈦(tai)白粉工程。目(mu)前達產(chan)(chan)3.6萬(wan)t/a，氯(lv)化(hua)(hua)(hua)法(fa)生產(chan)(chan)工藝由于其獨特的工藝技(ji)術受到(dao)國(guo)(guo)內(nei)外(wai)鈦(tai)白粉業(ye)界的青(qing)睞，并(bing)已被列入國(guo)(guo)家(jia)產(chan)(chan)業(ye)結(jie)構調整中的鼓(gu)勵類項(xiang)目(mu)。

三、鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生產比較

1、國家有關(guan)鈦白粉清潔生產政策

針(zhen)對(dui)(dui)以鈦(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)(fen)行業(ye)，我國采取了(le)一系列(lie)宏觀調(diao)(diao)(diao)控和加快產(chan)(chan)業(ye)結(jie)構調(diao)(diao)(diao)整的措施：對(dui)(dui)新(xin)建(jian)鈦(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)(fen)產(chan)(chan)能實行較為嚴格的準入(ru)制度(du);對(dui)(dui)鈦(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)(fen)行業(ye)積極推行環境友好型清潔(jie)生產(chan)(chan)工藝的普及和政(zheng)(zheng)策扶(fu)(fu)植(zhi)，如信貸扶(fu)(fu)植(zhi)政(zheng)(zheng)策、保險(xian)扶(fu)(fu)植(zhi)政(zheng)(zheng)策、出口(kou)優惠政(zheng)(zheng)策、稅收優惠政(zheng)(zheng)策、排污權交(jiao)易(yi)政(zheng)(zheng)策等。2006年以來，國家頒布了(le)關于(yu)鈦(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)(fen)行業(ye)的政(zheng)(zheng)策文件有：《產(chan)(chan)業(ye)結(jie)構調(diao)(diao)(diao)整指導目錄(lu)》、和《十二(er)五》期間即將頒布的《清潔(jie)生產(chan)(chan)標準—鈦(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)(fen)》、《清潔(jie)生產(chan)(chan)審核指南—鈦(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)(fen)》、《鈦(tai)白(bai)粉(fen)(fen)(fen)(fen)行業(ye)準入(ru)條件》等。

2、鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生(sheng)產(chan)比較

雖(sui)然硫(liu)(liu)酸(suan)法(fa)既(ji)可(ke)生產(chan)(chan)銳(rui)(rui)鈦型產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)，又可(ke)生產(chan)(chan)金紅(hong)石(shi)(shi)型產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)，但(dan)通過圖2中(zhong)氯化(hua)(hua)法(fa)與硫(liu)(liu)酸(suan)法(fa)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)流(liu)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)比較(jiao)(jiao)，我們可(ke)以(yi)看出，硫(liu)(liu)酸(suan)法(fa)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)流(liu)程(cheng)復雜，需要20道左右的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)步驟，排(pai)放廢棄(qi)物(wu)較(jiao)(jiao)多(duo)，晶型轉(zhuan)變需更多(duo)操作步驟，采(cai)用的(de)(de)(de)(de)(de)焚燒(shao)(shao)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)需要消耗(hao)大量能(neng)源。而且(qie)(qie)存在(zai)將銳(rui)(rui)鈦型晶型轉(zhuan)化(hua)(hua)為金紅(hong)石(shi)(shi)型晶型的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)序，造成(cheng)所生產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)金紅(hong)石(shi)(shi)型鈦白粉(fen)不可(ke)能(neng)達到100%的(de)(de)(de)(de)(de)金紅(hong)石(shi)(shi)晶型，同時產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)質量的(de)(de)(de)(de)(de)批次(ci)間差異也較(jiao)(jiao)氯化(hua)(hua)法(fa)更明(ming)顯。而氯化(hua)(hua)法(fa)生產(chan)(chan)技術是(shi)連續(xu)生產(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，與非連續(xu)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)硫(liu)(liu)酸(suan)法(fa)相比，過程(cheng)簡單，工(gong)(gong)藝(yi)(yi)控(kong)制點少，產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)質量易于達到最優(you)的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)制，大大減少了廢棄(qi)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生，再加(jia)上沒(mei)有轉(zhuan)窯煅燒(shao)(shao)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)燒(shao)(shao)結，其(qi)鈦白粉(fen)原級粒(li)子易于解(jie)聚，所以(yi)產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)質量較(jiao)(jiao)硫(liu)(liu)酸(suan)法(fa)更好，并且(qie)(qie)在(zai)產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)精制的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)較(jiao)(jiao)硫(liu)(liu)酸(suan)法(fa)大幅(fu)度節省能(neng)量。

圖2氯(lv)化法(fa)與硫酸法(fa)工(gong)藝流程比較

3、氯(lv)化(hua)法原料選用的多樣化(hua)

氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)若采(cai)用(yong)高(gao)鈦(tai)(tai)渣(zha)(zha)為(wei)原料，從表3可見，無論(lun)是(shi)從理論(lun)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)還是(shi)從產(chan)品(pin)綜合(he)(he)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)來(lai)看，與(yu)硫(liu)酸(suan)(suan)法(fa)相(xiang)比氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)都(dou)有明顯(xian)的優勢。但從產(chan)品(pin)生命周(zhou)期看，如(ru)把高(gao)鈦(tai)(tai)渣(zha)(zha)冶煉的能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)也能(neng)(neng)包括(kuo)進去，使用(yong)高(gao)鈦(tai)(tai)渣(zha)(zha)的氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)綜合(he)(he)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)略高(gao)于硫(liu)酸(suan)(suan)法(fa)。但是(shi)從萬元產(chan)值(zhi)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)看氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)仍具有明顯(xian)優勢，而且(qie)資源利用(yong)率高(gao)。若采(cai)用(yong)60%的鈦(tai)(tai)鐵(tie)礦為(wei)原料，可省掉高(gao)鈦(tai)(tai)渣(zha)(zha)冶煉的能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)，氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)產(chan)品(pin)綜合(he)(he)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)仍維(wei)持在噸(dun)鈦(tai)(tai)白1.27tce，全生命周(zhou)期能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)較(jiao)硫(liu)酸(suan)(suan)法(fa)低30%以上(shang)。由(you)此(ci)看來(lai)，氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)，特別是(shi)能(neng)(neng)夠直(zhi)接使用(yong)鐵(tie)鐵(tie)礦的氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)與(yu)硫(liu)酸(suan)(suan)法(fa)相(xiang)比能(neng)(neng)耗(hao)(hao)(hao)更低，環保優勢更明顯(xian)。

除(chu)了操(cao)作便捷和能耗(hao)較低外，面對當今各種礦產資源緊缺，氯化法原(yuan)料的(de)選(xuan)用還具有多樣性的(de)優勢，可以使用二氧化鈦含量60%-95%的(de)多種原(yuan)材料。

由于國(guo)(guo)內硫酸(suan)法生產(chan)廠對(dui)環境的(de)影響，我國(guo)(guo)有關(guan)部門早就將硫酸(suan)法鈦(tai)白工廠定為(wei)限(xian)(xian)制產(chan)業。自2011年(nian)6月1日起施行的(de)《產(chan)業結構調(diao)整指導目(mu)錄(lu)(2011年(nian)本)》(國(guo)(guo)發[2011]9號)中則將所(suo)有新建的(de)硫酸(suan)法鈦(tai)白粉設置為(wei)限(xian)(xian)制類(lei)項目(mu)，對(dui)鼓勵類(lei)氯化(hua)法在原(yuan)料的(de)選擇上有著近(jin)乎苛刻的(de)要求：單線產(chan)能3萬t/年(nian)及以上，而且必須以二氧化(hua)鈦(tai)含量不小于90%的(de)富(fu)鈦(tai)料(人(ren)造金(jin)紅石、天然金(jin)紅石、高鈦(tai)渣(zha))為(wei)原(yuan)料。

礦業(ye)(ye)人士都(dou)熟知(zhi)，我國(guo)(guo)雖然是世界(jie)上(shang)鈦(tai)(tai)(tai)儲量最豐富的(de)國(guo)(guo)家，但這些(xie)重要的(de)資源(yuan)大都(dou)以中(zhong)低品位(wei)(45%-47%)的(de)形式存在，二氧化鈦(tai)(tai)(tai)含量不小于(yu)(yu)90%的(de)富鈦(tai)(tai)(tai)料(liao)是很難得到的(de)，況且這些(xie)富鈦(tai)(tai)(tai)料(liao)的(de)供應大多由(you)少數的(de)國(guo)(guo)際礦業(ye)(ye)寡(gua)頭(tou)壟斷(duan)。對于(yu)(yu)新增氯化法產(chan)能，僅僅鼓(gu)勵(li)使用二氧化鈦(tai)(tai)(tai)含量不小于(yu)(yu)90%的(de)富鈦(tai)(tai)(tai)料(liao)，則極有可能使中(zhong)國(guo)(guo)氯化法鈦(tai)(tai)(tai)白粉的(de)生產(chan)重蹈中(zhong)國(guo)(guo)鋼(gang)鐵行業(ye)(ye)原材料(liao)受制(zhi)于(yu)(yu)人的(de)覆轍，不利(li)于(yu)(yu)我國(guo)(guo)廠家積極投入開(kai)發(fa)自主知(zhi)識產(chan)權研(yan)究各種工藝路線，長遠來講阻礙(ai)了中(zhong)國(guo)(guo)氯化法鈦(tai)(tai)(tai)白粉行業(ye)(ye)的(de)健康發(fa)展(zhan)，限制(zhi)了我國(guo)(guo)鈦(tai)(tai)(tai)白行業(ye)(ye)和國(guo)(guo)際巨頭(tou)的(de)競爭能力。而硫酸法的(de)限制(zhi)更是讓當前(qian)我國(guo)(guo)鈦(tai)(tai)(tai)白粉產(chan)業(ye)(ye)的(de)發(fa)展(zhan)更顯窘(jiong)態(tai)。

然(ran)而(er)，條(tiao)條(tiao)大路通羅馬(ma)，《產(chan)業(ye)結構(gou)調整指導目錄(lu)(2011年(nian)本)》最重(zhong)要的(de)(de)(de)意義(yi)在于，抑制低端產(chan)品產(chan)能過剩、提高資源能源利用(yong)效率、推行清(qing)潔(jie)生(sheng)產(chan)，從而(er)最終達到完善產(chan)業(ye)布局，提高產(chan)業(ye)集中(zhong)度的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。因此，無論方法(fa)(fa)如(ru)何，最終清(qing)潔(jie)生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)達到即可(ke)，既然(ran)90%的(de)(de)(de)富鈦料不好找，那么我們(men)可(ke)以借鑒國外的(de)(de)(de)先進經驗(yan)，發揮氯化法(fa)(fa)原料選(xuan)擇多樣性的(de)(de)(de)特點尋找其它途(tu)徑。

表3 氯化法與硫酸法綜合能(neng)耗分(fen)析(xi)表

四、結論

氯(lv)化(hua)(hua)法鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)生(sheng)產(chan)技(ji)術比硫酸法生(sheng)產(chan)技(ji)術更(geng)先進、更(geng)環保是國(guo)(guo)際鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)生(sheng)產(chan)企業(ye)的(de)共識。這(zhe)也(ye)(ye)是為(wei)什(shen)么近年來(lai)，國(guo)(guo)際知名鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)生(sheng)產(chan)企業(ye)使用氯(lv)化(hua)(hua)法生(sheng)產(chan)的(de)鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)比例持續(xu)升高的(de)原(yuan)因。這(zhe)也(ye)(ye)是為(wei)什(shen)么中國(guo)(guo)制定國(guo)(guo)家(jia)鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)行業(ye)清潔生(sheng)產(chan)推行方案(推薦(jian)稿)中總(zong)體目標：到2014年，通過沸騰氯(lv)化(hua)(hua)法鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)清潔生(sheng)產(chan)技(ji)術的(de)推廣(guang)，達到節約(yue)標準煤約(yue)3.3萬(wan)t/a，節約(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(yuan)因所在。