鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生產比較

一、概述

鈦白粉學名二氧化鈦(TiO2)具有最佳(jia)的(de)(de)不(bu)透明性(xing)、最佳(jia)的(de)(de)白度和光亮度，被認為是(shi)目前(qian)世界上性(xing)能最為優異的(de)(de)白色(se)顏(yan)料。被廣泛應用于涂料、塑料、造紙(zhi)、印刷油(you)墨、化纖、橡膠(jiao)、陶瓷、化妝(zhuang)品、食品和醫(yi)藥等工業。目前(qian)其(qi)生產工藝主要分為硫酸(suan)法(fa)和氯化法(fa)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(bai)生產工(gong)藝(yi)

硫(liu)酸(suan)法鈦(tai)白生產工藝主要是以鈦(tai)鐵礦(kuang)為(wei)原料，用硫(liu)酸(suan)分解(jie)成TiOSO4溶液(ye)，過濾除(chu)去(qu)(qu)鈦(tai)液(ye)中的不溶性(xing)雜(za)質，然(ran)后通(tong)過真空(kong)結晶(jing)、固(gu)液(ye)分離除(chu)去(qu)(qu)FeSO4?7H2O，再(zai)經濃縮后熱水解(jie)，制得偏鈦(tai)酸(suan)，洗滌、漂白除(chu)去(qu)(qu)可溶性(xing)硫(liu)酸(suan)鹽并濾干(gan)，經煅(duan)燒脫水脫硫(liu)轉化為(wei)二氧化鈦(tai)，經干(gan)磨后得到銳鈦(tai)型產品或(huo)在煅(duan)燒時加(jia)入促進劑進行晶(jing)型轉化得到未(wei)包膜金紅(hong)石型初品或(huo)產品。如(ru)生產較高檔的金紅(hong)石型產品，還須(xu)將初品漿化，經濕磨解(jie)聚分級，進行無機表面處(chu)理后洗去(qu)(qu)物料中的鹽分，干(gan)燥后再(zai)進行超微粉碎和有機處(chu)理。

2、氯化法鈦白生(sheng)產工藝

20世紀40至(zhi)50年(nian)代，美國杜邦公(gong)司(si)(Du Pont)研究用氯(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)制取鈦(tai)白(bai)粉(fen)獲得(de)成(cheng)功，并用于(yu)(yu)工(gong)業生(sheng)(sheng)產。在九十年(nian)代我國錦(jin)州鐵(tie)合金(集(ji)團)有(you)限(xian)公(gong)司(si)通過(guo)技術咨詢聯合設(she)計(ji)(ji)的(de)(de)方式建起了錦(jin)州鐵(tie)合金廠1.5萬t/a氯(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)鈦(tai)白(bai)裝置，建成(cheng)后的(de)(de)裝置是迄今為止國內唯一的(de)(de)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)鈦(tai)白(bai)生(sheng)(sheng)產線(xian)。這套裝置經過(guo)十幾年(nian)的(de)(de)艱苦(ku)攻關(guan)，已(yi)(yi)基本達到設(she)計(ji)(ji)要(yao)求，并于(yu)(yu)2003年(nian)開始籌建年(nian)產3萬t/a的(de)(de)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)鈦(tai)白(bai)粉(fen)工(gong)程。目前達產3.6萬t/a，氯(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)生(sheng)(sheng)產工(gong)藝由于(yu)(yu)其獨(du)特的(de)(de)工(gong)藝技術受到國內外(wai)鈦(tai)白(bai)粉(fen)業界(jie)的(de)(de)青睞，并已(yi)(yi)被列入國家產業結(jie)構調整中的(de)(de)鼓勵類項目。

三、鈦白粉硫酸法與氯化法清潔生產比較

1、國(guo)家有關(guan)鈦(tai)白粉清潔生產政策(ce)

針對(dui)以(yi)鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)行(xing)業(ye)，我國采取了一系列宏(hong)觀(guan)調(diao)控(kong)和加快產(chan)業(ye)結構(gou)調(diao)整的(de)措施：對(dui)新建(jian)鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)產(chan)能實行(xing)較為(wei)嚴(yan)格的(de)準入制度;對(dui)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)潔生(sheng)產(chan)工藝的(de)普及和政(zheng)(zheng)策(ce)扶植(zhi)，如信貸(dai)扶植(zhi)政(zheng)(zheng)策(ce)、保險扶植(zhi)政(zheng)(zheng)策(ce)、出(chu)口優惠政(zheng)(zheng)策(ce)、稅(shui)收優惠政(zheng)(zheng)策(ce)、排污(wu)權交易政(zheng)(zheng)策(ce)等(deng)。2006年以(yi)來，國家(jia)頒布(bu)了關(guan)于鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)行(xing)業(ye)的(de)政(zheng)(zheng)策(ce)文件有：《產(chan)業(ye)結構(gou)調(diao)整指(zhi)導目錄》、和《十二五》期間即將頒布(bu)的(de)《清(qing)(qing)潔生(sheng)產(chan)標準—鈦(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)》、《清(qing)(qing)潔生(sheng)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)準入條件》等(deng)。

2、鈦白粉硫酸(suan)法與氯(lv)化法清(qing)潔生(sheng)產比較

雖然硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)既可生產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)銳鈦型(xing)(xing)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)，又可生產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)金紅(hong)(hong)(hong)石(shi)型(xing)(xing)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)，但通(tong)過圖2中氯(lv)化法(fa)(fa)(fa)與硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)流程的(de)(de)(de)比較，我們可以(yi)看(kan)出，硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)流程復雜，需(xu)要(yao)20道左右的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)步驟，排放廢(fei)(fei)棄物(wu)較多，晶型(xing)(xing)轉變需(xu)更多操作(zuo)步驟，采用的(de)(de)(de)焚(fen)燒(shao)(shao)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)需(xu)要(yao)消耗大量(liang)(liang)(liang)能(neng)源(yuan)。而(er)(er)且存在(zai)將銳鈦型(xing)(xing)晶型(xing)(xing)轉化為(wei)金紅(hong)(hong)(hong)石(shi)型(xing)(xing)晶型(xing)(xing)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)序，造成(cheng)所生產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)的(de)(de)(de)金紅(hong)(hong)(hong)石(shi)型(xing)(xing)鈦白粉(fen)不(bu)可能(neng)達到100%的(de)(de)(de)金紅(hong)(hong)(hong)石(shi)晶型(xing)(xing)，同時產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)批次間差異也較氯(lv)化法(fa)(fa)(fa)更明(ming)顯。而(er)(er)氯(lv)化法(fa)(fa)(fa)生產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)技術是連(lian)續生產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)，與非連(lian)續工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)相比，過程簡單，工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)控制(zhi)點少(shao)，產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)易(yi)于達到最優的(de)(de)(de)控制(zhi)，大大減(jian)少(shao)了廢(fei)(fei)棄物(wu)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生，再加上(shang)沒有轉窯煅燒(shao)(shao)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)形成(cheng)的(de)(de)(de)燒(shao)(shao)結，其鈦白粉(fen)原級粒(li)子易(yi)于解聚，所以(yi)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)較硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)更好，并且在(zai)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)精制(zhi)的(de)(de)(de)過程較硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)大幅度(du)節省能(neng)量(liang)(liang)(liang)。

圖(tu)2氯(lv)化法(fa)與硫(liu)酸法(fa)工藝流程比較

3、氯化(hua)法原(yuan)料選用(yong)的(de)多樣化(hua)

氯(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)若采(cai)用高(gao)鈦渣(zha)為原(yuan)料，從(cong)表(biao)3可見，無論(lun)是從(cong)理(li)論(lun)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)還(huan)是從(cong)產(chan)(chan)(chan)品綜(zong)合(he)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)來(lai)看，與(yu)硫(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)相(xiang)比氯(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)都(dou)有明顯的(de)(de)優勢(shi)(shi)。但(dan)從(cong)產(chan)(chan)(chan)品生命周(zhou)期(qi)看，如把高(gao)鈦渣(zha)冶煉的(de)(de)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)也能(neng)(neng)包(bao)括(kuo)進去，使(shi)用高(gao)鈦渣(zha)的(de)(de)氯(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)綜(zong)合(he)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)略高(gao)于(yu)硫(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)。但(dan)是從(cong)萬元產(chan)(chan)(chan)值能(neng)(neng)耗(hao)(hao)看氯(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)仍具有明顯優勢(shi)(shi)，而且資源利用率高(gao)。若采(cai)用60%的(de)(de)鈦鐵礦為原(yuan)料，可省掉高(gao)鈦渣(zha)冶煉的(de)(de)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)，氯(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)產(chan)(chan)(chan)品綜(zong)合(he)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)仍維持在噸鈦白(bai)1.27tce，全生命周(zhou)期(qi)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)較硫(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)低30%以上。由此看來(lai)，氯(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，特(te)別是能(neng)(neng)夠(gou)直接使(shi)用鐵鐵礦的(de)(de)氯(lv)(lv)(lv)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)與(yu)硫(liu)酸(suan)(suan)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)相(xiang)比能(neng)(neng)耗(hao)(hao)更(geng)低，環保優勢(shi)(shi)更(geng)明顯。

除(chu)了操(cao)作便捷和能耗較低外(wai)，面對當今各種礦產資(zi)源緊(jin)缺，氯化法原(yuan)(yuan)料(liao)的(de)選用還(huan)具(ju)有多樣性(xing)的(de)優勢，可以使用二(er)氧(yang)化鈦含量60%-95%的(de)多種原(yuan)(yuan)材料(liao)。

由于國(guo)內(nei)硫(liu)酸法(fa)生產(chan)廠(chang)對環境(jing)的(de)(de)影響，我國(guo)有關部門早(zao)就將(jiang)硫(liu)酸法(fa)鈦(tai)(tai)白(bai)工廠(chang)定為限制產(chan)業。自2011年6月1日(ri)起施(shi)行的(de)(de)《產(chan)業結構調整指導目(mu)錄(2011年本)》(國(guo)發[2011]9號(hao))中則將(jiang)所有新建的(de)(de)硫(liu)酸法(fa)鈦(tai)(tai)白(bai)粉設置為限制類(lei)項目(mu)，對鼓勵類(lei)氯(lv)化法(fa)在原料(liao)的(de)(de)選擇上(shang)有著近乎苛刻的(de)(de)要(yao)求(qiu)：單(dan)線產(chan)能3萬(wan)t/年及以上(shang)，而且必須(xu)以二氧化鈦(tai)(tai)含量(liang)不小于90%的(de)(de)富鈦(tai)(tai)料(liao)(人造金紅石、天然金紅石、高鈦(tai)(tai)渣)為原料(liao)。

礦業(ye)(ye)人士都(dou)熟知(zhi)(zhi)，我國(guo)(guo)(guo)(guo)雖然(ran)是(shi)世界上鈦(tai)儲量(liang)最豐富的(de)(de)(de)(de)國(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)，但這些(xie)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)資源大都(dou)以中低品(pin)位(45%-47%)的(de)(de)(de)(de)形式存在，二氧化(hua)鈦(tai)含量(liang)不(bu)(bu)小(xiao)于(yu)90%的(de)(de)(de)(de)富鈦(tai)料是(shi)很難(nan)得(de)到的(de)(de)(de)(de)，況且這些(xie)富鈦(tai)料的(de)(de)(de)(de)供應大多由少數(shu)的(de)(de)(de)(de)國(guo)(guo)(guo)(guo)際(ji)礦業(ye)(ye)寡頭壟斷。對于(yu)新增(zeng)氯(lv)化(hua)法產能，僅(jin)僅(jin)鼓(gu)勵使用二氧化(hua)鈦(tai)含量(liang)不(bu)(bu)小(xiao)于(yu)90%的(de)(de)(de)(de)富鈦(tai)料，則極有可能使中國(guo)(guo)(guo)(guo)氯(lv)化(hua)法鈦(tai)白粉(fen)的(de)(de)(de)(de)生產重(zhong)蹈中國(guo)(guo)(guo)(guo)鋼鐵行業(ye)(ye)原材料受制(zhi)(zhi)于(yu)人的(de)(de)(de)(de)覆轍(che)，不(bu)(bu)利于(yu)我國(guo)(guo)(guo)(guo)廠家(jia)積極投入開(kai)發(fa)自主知(zhi)(zhi)識產權研究各種工藝路線，長(chang)遠(yuan)來講阻(zu)礙(ai)了中國(guo)(guo)(guo)(guo)氯(lv)化(hua)法鈦(tai)白粉(fen)行業(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)健康發(fa)展，限制(zhi)(zhi)了我國(guo)(guo)(guo)(guo)鈦(tai)白行業(ye)(ye)和國(guo)(guo)(guo)(guo)際(ji)巨頭的(de)(de)(de)(de)競(jing)爭能力(li)。而硫酸法的(de)(de)(de)(de)限制(zhi)(zhi)更(geng)是(shi)讓當前我國(guo)(guo)(guo)(guo)鈦(tai)白粉(fen)產業(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展更(geng)顯窘態。

然(ran)而，條條大路通(tong)羅馬，《產(chan)業結構調整指導(dao)目錄(2011年(nian)本)》最重要的(de)意義在于，抑制低(di)端產(chan)品產(chan)能(neng)過剩、提高資源(yuan)能(neng)源(yuan)利用效率(lv)、推行清(qing)潔生產(chan)，從而最終達(da)(da)到(dao)完善產(chan)業布局，提高產(chan)業集中度的(de)目的(de)。因此，無論方法如何，最終清(qing)潔生產(chan)的(de)目的(de)達(da)(da)到(dao)即可(ke)，既然(ran)90%的(de)富鈦料不好(hao)找，那(nei)么我們可(ke)以借鑒(jian)國外(wai)的(de)先進(jin)經驗(yan)，發揮氯(lv)化法原(yuan)料選擇多樣性的(de)特(te)點尋(xun)找其它(ta)途徑。

表3 氯化法(fa)與硫酸法(fa)綜合能耗分析(xi)表

四、結論

氯化法鈦(tai)(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)生產(chan)技(ji)術比硫酸(suan)法生產(chan)技(ji)術更先進、更環(huan)保是(shi)國際(ji)鈦(tai)(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)生產(chan)企(qi)業(ye)的(de)(de)共識。這也(ye)是(shi)為(wei)什(shen)么近年來，國際(ji)知名鈦(tai)(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)生產(chan)企(qi)業(ye)使用(yong)氯化法生產(chan)的(de)(de)鈦(tai)(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)比例持續升高的(de)(de)原因(yin)。這也(ye)是(shi)為(wei)什(shen)么中國制定(ding)國家鈦(tai)(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)行業(ye)清潔生產(chan)推(tui)(tui)行方案(an)(推(tui)(tui)薦稿)中總體目標：到2014年，通過沸騰氯化法鈦(tai)(tai)(tai)白(bai)(bai)粉(fen)清潔生產(chan)技(ji)術的(de)(de)推(tui)(tui)廣，達(da)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(xue)減COD排放量(liang)約(yue)1.2萬t/a的(de)(de)原因(yin)所在。