我国钛白粉生产现状和发展探究

刘祥海， 孙永贵

(宜宾天原集团股份有限公司， 四川 宜宾 644004)

钛白粉，又名二氧化钛，具有折射率高、遮盖力大、分散性好、白度好、无毒、物理和化学性质稳定等一系列优良性能，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，被广泛应用于涂料、橡胶、造纸、油墨、颜料、搪瓷、电焊条、冶金等领域，对人们的日常生活有着重要的影响[1-2]。

图1为钛白粉在我国各行业的应用情况，可以看出，钛白粉的应用主要以涂料行业为主，占60%以上[3]。目前我国钛白粉生产主要采用硫酸法，生产企业众多，规模大小不一，生产技术与国际水平存在一定的距离。本文就我国钛白粉行业的发展和现状进行综合分析，提出适合我国国情的钛白粉生产工艺。

1 我国钛白粉行业现状

1.1 行业集中度与国外相比存在较大差距

世界上92%左右的钛资源都用来制造钛白粉[4]，长期以来，我国钛白粉行业以“小、散、乱”的局面存在，钛白粉生产地主要散分于西南、华南、华东和华中等地区。2010年至2016年间国内钛白粉行业集中度明显提升。2010年我国钛白粉产能为230万t/a、产量为147.4万t/a，国内仅三家企业产量超10万t，前10名企业钛白粉总产量占国内总产量的45.8%。2016年我国钛白粉产能为341万t/a，产量为259.7万t/a，年产量超10万t的企业已经升至9家，前10名企业钛白粉总产量占国内总产量的66.3%。2016年我国钛白粉产能分布见图2。

图2 2016年我国钛白粉产能分布

从世界范围看，海外钛白粉产能分布较为集中。六大钛白粉生产商产能占全球总产能的54%，占海外总产能的比例超90%。虽然我国钛白粉行业集中度有所提升，但与国外相比还有一定差距。2015年海外钛白粉产能分布见图3。

图3 2015年海外钛白粉产能分布

1.2 结构性产能过剩严重

我国已成为全球第一大钛白粉生产国和消费国。近几年我国钛白粉进出口及国内需求情况见表1。

表1 近几年钛白粉进出口及国内需求情况 万t/a

2016年全国维持正常生产的39家全流程钛白粉企业，钛白粉总产量为259.7万t，相比2015年的232.3万t增产了27.4万t，同比增长11.80%。在每年约百万吨产能过剩及出口量不断增加的背景下，我国每年进口钛白粉的量基本维持在20万t左右。

图4是近年来我国钛白粉进出口价格对比，可以看出，我国钛白粉进出口均价差额较大，原因主要是国内生产的钛白粉与国外进口的钛白粉品质有较大差距。目前，我国氯化法生产技术发展缓慢，市场中的钛白粉主要是硫酸法生产的，而硫酸法与氯化法生产的钛白粉品质差异较大，一部分重要行业所需的高品质钛白粉长期依赖进口。另外，国内钛白粉生产企业多为简单的生产线复制，缺乏创新，品种同质化严重，这也是导致我国钛白粉进出口价差大的又一个原因。

图4 近年来我国钛白粉进出口价格对比

综上所述，我国钛白粉行业产能结构性问题严重，低端钛白粉产品产量过剩，高端钛白粉产品却存在缺口，需长期依赖进口。钛白粉生产企业应通过整合，提高行业集中度，促进钛资源的高效利用和优势技术资源共享、互补，改变我国钛白粉产能结构不合理的现状。

2 我国钛白粉生产技术的革新和发展历程

2.1 钛白粉生产工艺概述

目前世界上成熟的钛白粉生产工艺主要有硫酸法和氯化法两种。硫酸法始于1918年，工艺相对成熟，主要以钛铁矿或酸溶性钛渣为原料，用硫酸将钛原料分解成TiOSO4溶液再进行除杂、分离，最终获得成品钛白粉。氯化法工艺流程比硫酸法短很多，用富钛料，如天然金红石、人造金红石、高钛渣或UGS渣等[5]，与氯气反应生成四氯化钛，再将精制后的四氯化钛进行气相氧化获得粗二氧化钛，后处理获得高品质的钛白粉。两种生产工艺流程图见图5。

图5 硫酸法和氯化法钛白粉生产工艺流程图

2.2 钛白粉生产工艺比较

硫酸法原料价格低廉且容易获得，生产技术成熟、简单，但产品品质较差；氯化法则工艺流程短，易于实现自动控制，且钛白粉品质较好，但原料和生产成本较高。

硫酸法生产钛白粉工艺主要优点为：① 以钛铁矿或酸溶性钛渣和硫酸为原料，原料价格低廉且易于获得，生产成本较氯化法低；② 技术成熟，设备简单，生产线易于复制；③ 随着水解、煅烧工段粒度控制的完善和包膜技术的进步，缩小了与氯化法产品质量的差异。缺点为：① 工艺流程长，以间歇操作为主；②与氯化法钛白粉产品相比，硫酸法钛白粉产品的质量相对差；③硫酸及水的消耗高，废物及副产物多，环境污染较大。

氯化法生产钛白粉工艺主要优点为：①工艺流程短，工艺控制点少，连续生产，易于实现自动化控制；②没有经过回转窑煅烧处理， TiO2原级粒子易于解聚，故氯化法钛白粉产品的质量更优异； ③采用高品位富钛料作原料，“三废”排放少，对环境污染小。缺点为：① 使用高品位富钛料作原料，对原料钙镁含量要求较为严格； ②技术较为复杂，其核心技术至今仅被少数国家所撑握；③物料含强腐蚀性的氯气、盐酸，且反应过程在较高温度下进行，部分设备对防腐性能要求非常高，设备复杂；④ 含氯废弃物处理难度大，目前主要的处理方式是深井灌注。

就投资成本而言，氯化法钛白粉工艺投资成本较硫酸法高。硫酸法工艺及设备简单，技术可简单复制，每万吨硫酸法钛白粉投资约9 000万元；氯化法钛白粉工艺及设备复杂，技术难度高，每万吨氯化法钛白粉投资约2亿元。

生产消耗方面，氯化法钛白粉生产成本高于硫酸法。硫酸法对原料要求低，可采用廉价的钛精矿和煤作原料。氯化法对原料品质要求较严格，需采用价格较高的优质富钛料、石油焦等。表2和表3分别是硫酸法和氯化法钛白粉生产工艺主要物料消耗。

表2 硫酸法工艺主要物料消耗

表3 氯化法工艺主要物料消耗

2.3 我国钛白粉生产技术的发展

我国钛白粉工业起始于20世纪50年代的硫酸法工艺，其发展经历了三个阶段： 50～70年代中期，钛白粉产能仅2万t，且产品多为低档产品，如电焊条和搪瓷所用品种； 70～80年代末，我国硫酸钛白粉工业技术水平有了很大的提升，相继生产出锐钛型和金红石型产品，产能也增加到10万t以上；90年代之后，我国钛白粉生产能力和产量逐年扩大， 2016年产量达到最高值259.7万t，同时氯化法钛白粉生产技术也开始有突破。

1994年锦州钛业公司建成了国内首套1.5万t/a氯化法钛白生产装置，经过近20年的努力，已逐步实现了装置的达产和连续运行。

氯化法钛白粉工艺在国际上已十分成熟，上世纪90年代以来，国外新建的钛白粉生产线均采用氯化法工艺。全球有约60%的钛白粉采用氯化法工艺生产，除中国以外氯化法钛白粉产能占比约70%左右。近年来，我国氯化法生产钛白粉有了长足发展，目前全国基本形成21万t/a的氯化法钛白粉总产能，约占国内钛白粉产能的6.16%左右，个别企业已基本实现稳定生产。当前国内已建成的氯化法项目和预期氯化法项目总产能约131万t/a，预计十三五期间目标产能可达50万t/a。

3 我国钛白粉生产工艺探究

3.1 硫酸法工艺面临压力

硫酸法钛生产工艺由于大量废硫酸污染环境，其环保问题倍受社会关注。在我国，硫酸法生产工艺以钛铁矿为原料，每生产1 t钛白粉，将产生8～10 t含硫酸20%的废酸和3～4 t的绿矾固废物[6]。虽然废酸回收再利用技术不断进步，个别企业采取“硫- 磷- 钛”循环经济模式，大幅度减少废酸和固体废物的排放。但由于资金等原因，一些中小企业更多的是采用石灰中和处理废酸，这种处理方法易产生大量石膏，造成环境的二次污染。在日益严峻的环保压力下，部分落后的硫酸法生产企业必将被淘汰，氯化法作为清洁新工艺则迎来发展好时机。

3.2 氯化法工艺将占行业主导地位

3.2.1 高端钛白粉的市场需求

我国钛白粉市场结构性产能过剩严重。近几年国内钛白粉生产企业不断扩建，致使钛白粉产能过剩100万t以上。在产能严重过剩的背景下，我国每年仍需大量进口高端氯化法钛白粉。目前，国内钛白粉生产主要采用硫酸法，与进口的氯化钛白粉相比，其质量属于中低档水平。低档钛白粉产能过剩，金红石型钛白粉特别是高档、专用型金红石产品严重紧缺。氯化法工艺与硫酸法工艺都能生产金红石型钛白粉，但是氯化法生产的钛白粉在白度、金红石晶型含量、产品粒度分布特别是成品的稳定性方面都优于硫酸法钛白粉。高端钛白粉绝大部分由氯化法工艺生产。笔者认为，未来钛白粉市场将以氯化法生产的高端钛白粉为主流。

3.2.2 产业政策的引导和支持

面对钛白粉行业的迅速发展，我国政府也采取了一系列宏观调控措施，加快产业结构调整，对新建钛白粉生产企业实行严格的准入制度，积极推行环境友好型清洁生产工艺以及进行政策性扶持。《产业结构调整指导目录(2011年本)(2013年修正)》第四条第十款已将新建硫酸法钛白粉列入石油化工限制类。《钒钛资源综合利用和产业发展“十二五”规划》第三条第四款六条已将单线年生产能力2万t及以下硫酸法钛白粉生产线列入淘汰类。《产业结构调整指导目录(2011年本)(2013年修正)》、《钒钛资源综合利用和产业发展“十二五”规划》、《四川战略新兴产业发展指导目录(2012年)》、《涂料行业“十二五”规划》等政策均鼓励氯化法钛白粉的生产。

另外，政府还鼓励新建的氯化法钛白粉生产装置与大型氯碱深加工企业配套建设，以减少资源浪费和环境污染。而日益严格的环保督查行动也有效遏制了部分存在环保问题的硫酸法钛白粉企业的发展。

总的来说，我国在积极引导氯化法钛白粉生产的快速发展，但又受制于自主知识产权和创新技术落后的现状，因此氯化法生产工艺的发展任重道远。

4 我国钛白粉生产技术的发展方向

随着用户对钛白粉质量的要求不断提高，氯化法生产工艺20世纪70年代开始发展，90年代末已明显超过硫酸法生产工艺，占据了主导地位。面对日益严峻的环保压力和高质量钛白粉的需求，我国钛白粉生产技术必将迎来一次重大的调整，硫酸法生产工艺的主导地位将会动摇。

2005年国内钛白粉生产厂家有70余家，除锦州钛业采用氯化法工艺外，其余全都采用硫酸法工艺。2016年国内能维持正常生产的钛白粉企业有39家，其中有4家采用氯化法生产工艺。另外，还有部分企业正拟新建或扩建氯化法钛白粉生产装置。

我国钛白粉行业正处于大调整阶段，行业集中度提升，部分落后硫酸法钛白粉产能逐步被淘汰，氯化法钛白粉得到快速发展，生产企业的氯化和氧化技术获得了重大突破。预计未来5～10年，氯化法钛白粉产能还将大幅增加。

随着氯化法工艺的应用，我国钛白粉产品的质量将提升，逐步取代目前进口的高端钛白粉市场，并返销海外。

国内硫酸法钛企业经过多年努力探索和经验积累，整个行业的生产水平有了很大的提升。只要加强行业集中度，严格执行环保措施，硫酸法钛白粉企业仍然具有一定的市场地位。特别是在造纸(纸张纤维填充)、化学纤维消光、化妆品及部分内用涂料

行业对硫酸法生产的锐钛型钛白粉依然保持旺盛需求的情况下。因此，硫酸法钛白粉在未来依旧具有广泛的应用途径和市场需求。

5 结语

(1) 我国已成为全球第一大钛白粉生产国和消费国，且钛白粉行业处于严重的结构性产能过剩状况；

(2) 我国钛白粉生产主要以硫酸法为主，生产的钛白粉质量、价格与国际水平存在一定的差距；

(3) 国际上钛白粉生产主要以氯化法为主，相对于国内普遍采用的硫酸法，氯化法在环保和产品质量方面具有明显的优势；

(4)氯化法生产钛白粉将成为必然的发展趋势，但就我国国情而言，硫酸法生产技术仍将会长期存在。

[1] 黄帅, 杨敏. 硫酸法钛白粉生产废水处理工艺研究[J]. 广东农业科学, 2009(7): 190-191.

[2] Lakshmanan V, Roy R, Halim M。 Innovative process for the production of titanium dioxide, in Innovative Process Development in Metallurgical Industry， 2016, Springer. ： 359-383.

[3] 张萍, 梁诚. 氯碱产业中具有发展前景产品的分析[J]. 氯碱工业, 2011(12): 1-7.

[4] 王曾洁, 张利华, 王海北. 盐酸常压直接浸出攀西地区钛铁矿制备人造金红石[J]. 有色金属, 2007(4)：108-111.

[5] H. Burger, D. Bessinger, and S. Moodley. Technical considerations and viability of higher titania slag feedstock for the chloride process[C]. The 7th International Heavy Minerals Conference What next, 2009.

[6] 王建伟, 任秀莲, 魏琦峰. 钛白废酸的综合利用研究现状及展望[J]. 无机盐工业, 2009(9): 4-7.