鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生產比較

一、概述

鈦白粉(fen)學名(ming)二氧化(hua)鈦(TiO2)具(ju)有(you)最(zui)佳的不透明性、最(zui)佳的白度(du)和光亮度(du)，被認為(wei)是(shi)目(mu)前(qian)(qian)世界(jie)上性能最(zui)為(wei)優異的白色顏料。被廣泛應用于涂料、塑(su)料、造紙、印刷油墨(mo)、化(hua)纖(xian)、橡膠、陶瓷、化(hua)妝品、食品和醫藥等工業。目(mu)前(qian)(qian)其生產工藝(yi)主要分(fen)為(wei)硫酸法(fa)和氯(lv)化(hua)法(fa)兩種(zhong)。

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(tai)(tai)白(bai)生產(chan)工藝主要是以鈦(tai)(tai)鐵礦(kuang)為原料，用(yong)硫酸(suan)(suan)分(fen)解成TiOSO4溶(rong)液(ye)，過濾除去鈦(tai)(tai)液(ye)中的(de)不溶(rong)性雜質，然(ran)后(hou)通過真(zhen)空結(jie)晶、固液(ye)分(fen)離除去FeSO4?7H2O，再經濃縮后(hou)熱(re)水解，制(zhi)得偏鈦(tai)(tai)酸(suan)(suan)，洗(xi)滌、漂白(bai)除去可溶(rong)性硫酸(suan)(suan)鹽并濾干，經煅燒脫水脫硫轉化為二氧(yang)化鈦(tai)(tai)，經干磨(mo)后(hou)得到銳鈦(tai)(tai)型(xing)產(chan)品(pin)或在煅燒時加入促進劑進行(xing)晶型(xing)轉化得到未包膜金(jin)紅石型(xing)初(chu)品(pin)或產(chan)品(pin)。如(ru)生產(chan)較(jiao)高檔(dang)的(de)金(jin)紅石型(xing)產(chan)品(pin)，還(huan)須將初(chu)品(pin)漿化，經濕磨(mo)解聚(ju)分(fen)級，進行(xing)無機(ji)表面(mian)處理(li)后(hou)洗(xi)去物(wu)料中的(de)鹽分(fen)，干燥后(hou)再進行(xing)超微粉碎(sui)和有機(ji)處理(li)。

2、氯(lv)化(hua)法鈦白生產工藝

20世紀40至50年(nian)代(dai)，美國(guo)杜邦公(gong)司(Du Pont)研究用氯(lv)化法(fa)制取鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)獲得成功(gong)，并用于工(gong)(gong)(gong)業生產(chan)。在九十(shi)年(nian)代(dai)我國(guo)錦(jin)州鐵合金(jin)(集團)有限公(gong)司通過(guo)技(ji)術(shu)咨詢聯合設計(ji)的(de)(de)(de)方式(shi)建起了錦(jin)州鐵合金(jin)廠1.5萬t/a氯(lv)化法(fa)鈦(tai)(tai)白(bai)裝(zhuang)置(zhi)，建成后的(de)(de)(de)裝(zhuang)置(zhi)是迄今(jin)為(wei)止國(guo)內(nei)(nei)唯一的(de)(de)(de)氯(lv)化法(fa)鈦(tai)(tai)白(bai)生產(chan)線。這(zhe)套裝(zhuang)置(zhi)經過(guo)十(shi)幾年(nian)的(de)(de)(de)艱(jian)苦攻關，已(yi)基本達到設計(ji)要求，并于2003年(nian)開始籌建年(nian)產(chan)3萬t/a的(de)(de)(de)氯(lv)化法(fa)鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)。目(mu)前(qian)達產(chan)3.6萬t/a，氯(lv)化法(fa)生產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)由于其(qi)獨特的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)受到國(guo)內(nei)(nei)外鈦(tai)(tai)白(bai)粉(fen)業界的(de)(de)(de)青(qing)睞，并已(yi)被列入國(guo)家產(chan)業結構調整中的(de)(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、國家有(you)關(guan)鈦白粉清(qing)潔生產政策

針(zhen)對以鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)行(xing)業(ye)，我國采取了一系列(lie)宏觀調(diao)控(kong)和加(jia)快(kuai)產(chan)業(ye)結(jie)構(gou)調(diao)整的(de)措施：對新建鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)產(chan)能實行(xing)較為(wei)嚴格的(de)準(zhun)入制度(du);對鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)行(xing)業(ye)積極推行(xing)環境友好型清(qing)(qing)潔(jie)生產(chan)工藝的(de)普及和政(zheng)(zheng)策扶(fu)植(zhi)(zhi)，如信貸(dai)扶(fu)植(zhi)(zhi)政(zheng)(zheng)策、保(bao)險(xian)扶(fu)植(zhi)(zhi)政(zheng)(zheng)策、出口(kou)優惠(hui)政(zheng)(zheng)策、稅收優惠(hui)政(zheng)(zheng)策、排污權交易政(zheng)(zheng)策等。2006年以來(lai)，國家(jia)頒布了關于鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)行(xing)業(ye)的(de)政(zheng)(zheng)策文件(jian)有：《產(chan)業(ye)結(jie)構(gou)調(diao)整指(zhi)導目錄》、和《十二五》期(qi)間即(ji)將頒布的(de)《清(qing)(qing)潔(jie)生產(chan)標準(zhun)—鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)》、《清(qing)(qing)潔(jie)生產(chan)審核指(zhi)南—鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)》、《鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)行(xing)業(ye)準(zhun)入條(tiao)件(jian)》等。

2、鈦白粉(fen)硫酸(suan)法(fa)與氯化(hua)法(fa)清潔生產比(bi)較

雖然(ran)硫(liu)(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)既可(ke)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)銳(rui)(rui)鈦(tai)(tai)型產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)，又(you)可(ke)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)金(jin)(jin)紅石(shi)(shi)型產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)，但通過圖2中氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)與硫(liu)(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)工(gong)(gong)(gong)藝流(liu)程的(de)(de)(de)比較(jiao)(jiao)，我們可(ke)以看出，硫(liu)(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)工(gong)(gong)(gong)藝流(liu)程復雜，需(xu)(xu)要20道左右的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)藝步驟(zou)，排放(fang)廢(fei)(fei)棄(qi)物較(jiao)(jiao)多，晶型轉變需(xu)(xu)更多操作步驟(zou)，采(cai)用的(de)(de)(de)焚燒工(gong)(gong)(gong)藝需(xu)(xu)要消耗(hao)大(da)量(liang)(liang)能源。而且(qie)存(cun)在將銳(rui)(rui)鈦(tai)(tai)型晶型轉化(hua)為金(jin)(jin)紅石(shi)(shi)型晶型的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)序，造成所生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)的(de)(de)(de)金(jin)(jin)紅石(shi)(shi)型鈦(tai)(tai)白粉不可(ke)能達到100%的(de)(de)(de)金(jin)(jin)紅石(shi)(shi)晶型，同(tong)時產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)質量(liang)(liang)的(de)(de)(de)批次間差異也(ye)較(jiao)(jiao)氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)更明(ming)顯。而氯(lv)(lv)化(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)技(ji)術是(shi)連續生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝，與非(fei)連續工(gong)(gong)(gong)藝的(de)(de)(de)硫(liu)(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)相比，過程簡單，工(gong)(gong)(gong)藝控制點(dian)少，產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)質量(liang)(liang)易(yi)于(yu)達到最優的(de)(de)(de)控制，大(da)大(da)減少了廢(fei)(fei)棄(qi)物的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)，再加上沒有轉窯煅(duan)燒工(gong)(gong)(gong)藝形(xing)成的(de)(de)(de)燒結，其鈦(tai)(tai)白粉原級粒子易(yi)于(yu)解聚(ju)，所以產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)質量(liang)(liang)較(jiao)(jiao)硫(liu)(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)更好，并且(qie)在產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)精制的(de)(de)(de)過程較(jiao)(jiao)硫(liu)(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)大(da)幅度節省能量(liang)(liang)。

圖2氯化法(fa)與(yu)硫酸法(fa)工(gong)藝流程比較(jiao)

3、氯化(hua)法原料(liao)選用的(de)多樣化(hua)

氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)(fa)(fa)(fa)若采用(yong)(yong)高鈦(tai)渣為原料，從(cong)(cong)(cong)表3可(ke)見(jian)，無論是從(cong)(cong)(cong)理論能(neng)(neng)耗(hao)(hao)還是從(cong)(cong)(cong)產品綜合能(neng)(neng)耗(hao)(hao)來(lai)看(kan)(kan)，與(yu)硫(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)相比氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)(fa)(fa)(fa)都有(you)明顯(xian)的優勢。但從(cong)(cong)(cong)產品生命周期看(kan)(kan)，如把高鈦(tai)渣冶煉(lian)的能(neng)(neng)耗(hao)(hao)也能(neng)(neng)包括(kuo)進(jin)去(qu)，使(shi)用(yong)(yong)高鈦(tai)渣的氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)(fa)(fa)(fa)綜合能(neng)(neng)耗(hao)(hao)略(lve)高于硫(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)。但是從(cong)(cong)(cong)萬元產值(zhi)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)看(kan)(kan)氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)(fa)(fa)(fa)仍具有(you)明顯(xian)優勢，而且資源利(li)用(yong)(yong)率高。若采用(yong)(yong)60%的鈦(tai)鐵(tie)(tie)礦為原料，可(ke)省(sheng)掉高鈦(tai)渣冶煉(lian)的能(neng)(neng)耗(hao)(hao)，氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)(fa)(fa)(fa)產品綜合能(neng)(neng)耗(hao)(hao)仍維(wei)持(chi)在(zai)噸鈦(tai)白1.27tce，全生命周期能(neng)(neng)耗(hao)(hao)較硫(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)低(di)30%以上。由此看(kan)(kan)來(lai)，氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)(fa)(fa)(fa)，特別是能(neng)(neng)夠直接使(shi)用(yong)(yong)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)礦的氯(lv)(lv)(lv)化法(fa)(fa)(fa)(fa)與(yu)硫(liu)酸法(fa)(fa)(fa)(fa)相比能(neng)(neng)耗(hao)(hao)更低(di)，環(huan)保優勢更明顯(xian)。

除了操作便捷和(he)能耗較(jiao)低外(wai)，面對當今各(ge)種礦產資源緊(jin)缺，氯化法(fa)原料的(de)選(xuan)用還具有多樣性的(de)優勢，可以使(shi)用二氧化鈦含(han)量(liang)60%-95%的(de)多種原材料。

由(you)于國(guo)內硫(liu)酸(suan)法生(sheng)產廠(chang)對(dui)環境的(de)(de)(de)影響，我國(guo)有(you)關部門早就將(jiang)(jiang)硫(liu)酸(suan)法鈦白工廠(chang)定為限(xian)制(zhi)產業。自2011年(nian)6月1日起施行的(de)(de)(de)《產業結構調整指導目(mu)錄(2011年(nian)本(ben))》(國(guo)發[2011]9號)中則將(jiang)(jiang)所有(you)新建的(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)法鈦白粉設(she)置為限(xian)制(zhi)類項目(mu)，對(dui)鼓勵類氯化法在(zai)原料的(de)(de)(de)選擇上(shang)有(you)著近乎苛刻的(de)(de)(de)要求：單線產能(neng)3萬t/年(nian)及以(yi)上(shang)，而且必須以(yi)二氧(yang)化鈦含量(liang)不小于90%的(de)(de)(de)富鈦料(人造金紅石、天然金紅石、高鈦渣)為原料。

礦業(ye)(ye)人士都熟知，我國(guo)(guo)雖然是(shi)世界(jie)上鈦(tai)(tai)儲量(liang)最豐富(fu)的(de)(de)(de)(de)國(guo)(guo)家，但這些重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)資(zi)源大(da)都以中(zhong)低品位(45%-47%)的(de)(de)(de)(de)形式(shi)存在，二(er)氧化(hua)鈦(tai)(tai)含量(liang)不小于(yu)90%的(de)(de)(de)(de)富(fu)鈦(tai)(tai)料是(shi)很(hen)難得到(dao)的(de)(de)(de)(de)，況且這些富(fu)鈦(tai)(tai)料的(de)(de)(de)(de)供應大(da)多由少數(shu)的(de)(de)(de)(de)國(guo)(guo)際(ji)礦業(ye)(ye)寡頭壟斷。對于(yu)新增氯化(hua)法產能(neng)(neng)，僅僅鼓勵(li)使(shi)用二(er)氧化(hua)鈦(tai)(tai)含量(liang)不小于(yu)90%的(de)(de)(de)(de)富(fu)鈦(tai)(tai)料，則極有可能(neng)(neng)使(shi)中(zhong)國(guo)(guo)氯化(hua)法鈦(tai)(tai)白粉(fen)的(de)(de)(de)(de)生產重(zhong)(zhong)蹈中(zhong)國(guo)(guo)鋼鐵行業(ye)(ye)原材料受制于(yu)人的(de)(de)(de)(de)覆(fu)轍(che)，不利于(yu)我國(guo)(guo)廠家積(ji)極投入開發(fa)自主知識產權研究各種工藝路線，長遠來(lai)講阻礙了(le)(le)中(zhong)國(guo)(guo)氯化(hua)法鈦(tai)(tai)白粉(fen)行業(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)健康發(fa)展(zhan)，限制了(le)(le)我國(guo)(guo)鈦(tai)(tai)白行業(ye)(ye)和(he)國(guo)(guo)際(ji)巨頭的(de)(de)(de)(de)競爭能(neng)(neng)力(li)。而硫酸(suan)法的(de)(de)(de)(de)限制更是(shi)讓當前我國(guo)(guo)鈦(tai)(tai)白粉(fen)產業(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)更顯窘態(tai)。

然而，條(tiao)條(tiao)大路通羅馬，《產(chan)業結構調整指(zhi)導目(mu)錄(2011年本(ben))》最(zui)重要的(de)意義在于，抑制低端產(chan)品產(chan)能(neng)過(guo)剩、提高(gao)資源(yuan)能(neng)源(yuan)利(li)用效(xiao)率、推行清潔生(sheng)產(chan)，從而最(zui)終達到(dao)完善產(chan)業布(bu)局，提高(gao)產(chan)業集(ji)中度的(de)目(mu)的(de)。因此，無論(lun)方法(fa)如何，最(zui)終清潔生(sheng)產(chan)的(de)目(mu)的(de)達到(dao)即可，既然90%的(de)富鈦(tai)料不好找，那么我們可以(yi)借(jie)鑒國外的(de)先進經驗(yan)，發(fa)揮氯化法(fa)原料選擇多樣(yang)性的(de)特點(dian)尋找其(qi)它途(tu)徑。

表3 氯化(hua)法與硫酸法綜(zong)合能耗分析(xi)表

四、結論

氯化(hua)法(fa)鈦(tai)白(bai)粉生(sheng)(sheng)(sheng)產技術比硫酸法(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)產技術更先進、更環保是國(guo)際鈦(tai)白(bai)粉生(sheng)(sheng)(sheng)產企業的(de)(de)共識(shi)。這也(ye)是為(wei)什(shen)么近年來(lai)，國(guo)際知名鈦(tai)白(bai)粉生(sheng)(sheng)(sheng)產企業使用氯化(hua)法(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)產的(de)(de)鈦(tai)白(bai)粉比例持續升(sheng)高的(de)(de)原(yuan)因。這也(ye)是為(wei)什(shen)么中(zhong)國(guo)制定國(guo)家鈦(tai)白(bai)粉行業清潔(jie)生(sheng)(sheng)(sheng)產推行方(fang)案(推薦(jian)稿)中(zhong)總體(ti)目標：到2014年，通過沸騰氯化(hua)法(fa)鈦(tai)白(bai)粉清潔(jie)生(sheng)(sheng)(sheng)產技術的(de)(de)推廣(guang)，達到節(jie)約(yue)標準煤約(yue)3.3萬t/a，節(jie)約(yue)水(shui)約(yue)630萬m3/a，削減COD排放量約(yue)1.2萬t/a的(de)(de)原(yuan)因所在。