氯化法钛白粉的生产工艺探究

马艳萍，刘红星，和奔流，赵波

（龙蟒佰利联集团股份有限公司，河南 焦作 454191）

1 钛白粉及氯化法的基本原理

1.1 钛白粉

钛白粉是一种无机化工颜料，主要成分为TiO2，即二氧化钛，白色、多晶化合物，相对密度最小，化学性质非常稳定，可溶于氢氟酸，不溶于水、碱、脂肪及无机酸，具有光化学活性，该特性使钛白粉成为某些无机化合物的光敏氧化催化剂和还原催化剂。

1.2 氯化法的基本原理

氯化法是钛白粉的主要生产工艺之一，具体是指以含钛的原料，利用氯化高钛渣、金红石（天然或人造）与氯气在特定的条件下进行化学反应，从而生成四氯化钛，然后再以精馏提纯的方法进行精加工，经气相氧化和速冷处理，最后通过气固分离，便可得到二氧化钛。由于在反应过程中，二氧化钛吸附了一定量的氯，所以需要采用蒸气或是加热处理的方法，将氯从二氧化钛中转移出去，这样便可得到钛白粉。

2 氯化法钛白粉生产工艺流程分析

2.1 氯化工艺

这是氯化法钛白粉生产工艺流程中的关键部分，该部分主要目的是对粗四氯化钛进行制取，可以采用的技术包括以下几种：流化床氯化、固定床氯化以及熔盐氯化。含钛原料，通过粉磨处理后，与石油焦混合，加入沸腾炉中，然后将氧化工序返回的可循环氯气经由沸腾炉的底部通入炉内，并在925～1010℃的高温条件下进行连续的氧化反应，二氧化钛以及其它的金属氧化物，则会被转化为相应的氯化物，与气体一并排出炉外。没有发生反应的固体粉尘以及不具备挥发特性的氯化物，从反应气体中被分离出来，以冷凝的方法，对含有三氯化钒和四氯化硅的四氯化钛进行收集，再经过滤，便可得到粗四氯化钛。最后通过除钒和精馏可以获得纯度较高的四氯化钛。

2.2 氧化工艺

通过氯化工艺得到纯度较高的四氯化钛之后，便可将其与一些相关的制剂一并加入到氧化反应器当中进行反应。经由氧化反应器在高温条件下反应的四氯化钛会生成带有二氧化钛颗粒的气体，此时需要通过氯气进行冷却，使其温度降低至700℃以下，经管路冷却至200℃，再用分离器和收集器对二氯化钛进行脱氯，对其中所含的氯气进行分离，转入后处理工序。

2.3 后处理工艺

在氯化法钛白粉的整个生产工艺流程中，后处理涵盖的内容较多，其直接关系到钛白粉的质量，所以需要对后处理的各个环节进行严格控制。具体的工艺流程如图1 所示。

图1 氯化法钛白粉后处理工艺流程示意图

2.3.1 打浆与研磨

1）打浆

经过脱氯之后的二氧化钛会被送入到打浆槽内，随后将计量好的分散剂和脱盐水，按照先后顺序依次加入到打浆槽当中，启动打浆槽对二氧化钛粉料进行打浆处理，质量符合要求的浆液将会被送入到下一工序继续处理。

西门子MP277触摸屏采用WinCC flexible软件组态操作界面，用以监视变频器的参数与状态信息、显示重要参数的历史趋势、给出故障处理建议、计算节能等功能。PLC将用户的控制指令通过RS-485通讯发送给指定变频器，变频器做出对应的应答信息。系统主从设备之间严格的控制与应答请求，确保了整个控制系统的准确性、安全性和可靠性。

2）研磨

经打浆处理后质量合格的浆料会先进入砂磨机的进料槽，由进料槽对浆料进行分散以后，通过进料泵使浆料进入到砂磨机内，开启研磨机进行研磨，使浆料的粒径小于1，研磨好的浆料则会被送入到贮存槽内，由分级器按粒径大小对浆料进行分级处理，粒径大于1 返回重磨，小于1的浆料则会自行流至表面处理罐当中。

2.3.2 表面处理与过滤洗涤

1）表面处理

先通过化学品制备制得所需的表面处理剂，然后通过准确计量，将化学处理剂加入到处理罐中，对浆料进行表面处理，处理好的浆料以泵送的方式送入吸片槽，准备过滤洗涤。

2）过滤洗涤

叶滤机会对吸片槽内的浆料进行真空吸滤，随后吊机会将叶滤机吊起，送入到水洗槽，对浆料进行洗涤，当洗涤质量达到要求之后，吊机会将叶滤机重新吊起，并将其中的浆料卸入卸料槽内。

2.3.3 喷雾干燥

经由均质器对浆料进行处理，使其变得均匀后，通过泵送的方式，使浆料进入到喷雾干燥器内进行雾化，利用热风炉对浆料进行干燥处理，从干燥器排出的尾气会在袋滤器内被分离，排风机会将分离后的热风排放至空气中，而二氧化钛粉料则会被送入微粉碎工序。

2.3.4 微粉碎

经喷雾干燥后的二氧化钛粉料会被送入到气流粉碎机内，加入粉碎助剂后，以中压过热蒸汽作为工质，将粉料粉碎至0.3 左右的粒径，通过冷却旋风将粉料分离出来，再由袋滤器对粉料进行收集，袋滤器内的粉料便是成品钛白粉，送入成品料仓进行包装即可。

3 废渣废水的处理及尾气的综合利用

3.1 废渣及废水的处理方法

氯化法钛白粉生产工艺的优点较为明显，如工艺过程的能耗较低、自动化程度高、制得的钛白粉质量较佳。但是氯化法生产中，会产生一定的废渣和废水。因此，必须采取有效的方法进行处理，从而降低对环境的污染和破坏。

3.1.1 废渣的处理方法

采用氯化法进行钛白粉生产的过程中，会产生氯化废渣及氢氧化物废渣，可以采取溶解、中和、压滤分离的方法对废渣进行处理。具体做法如下：

1）利用换热器对渣浆进行冷却，并存储于压滤机的供料槽内，以泵送的方法，将渣浆送入压滤机中进行过滤。

2）在渣浆过滤时，为确保滤除效果，可采用批次间歇操作的方法，单次的渣浆处理量可控制在8～15m3，过滤后的渣浆则需要用洗涤水进行首次洗涤，此时可将用水量控制在1～5m3，随后通入压榨水，将渣浆滤饼中的水分压出，再进行第二次洗涤，此时可将用水量提高至6～13m3。

3）滤液的电导率达到工艺要求后，便可将滤液转入到洗涤水储存槽内，待下次洗涤使用，这样能够达到节水的目的。第二次洗涤后的滤饼需要再次通入压榨水压出水分，并利用压缩空气，将滤饼中剩余的水分吹出。

4）金属氯化物溶液储槽内含有大量氯化铁的滤液，会被送往中和槽，经氯气洗涤器完成废水处理。经处理后的滤饼为惰性废渣，其中水的含量在50%以上，二氧化钛的含量约为15%，其余的35%为石油焦。

3.1.2 废水的处理方法

对于氯化法钛白粉生产工艺中产生的废水，可以采取如下方法进行处理：

1）可以使用石灰乳对废水进行中和处理，由此能够得到含有氢氧化铁的沉淀物，通过分离洗涤之后的废渣可以直接运至渣场进行集中堆放。而分离出来的滤液当中，含有质量分数为10%～20%左右的氯化钙废水，可将这部分废水直接排入到废水贮存槽内，然后送入到蒸发单元进行蒸发处理。

2）使用石灰乳对废水进行中和处理的过程中，需要先将石灰乳送入中间的储槽内，并向槽内加入金属氯化物溶液和酸性废水，而溶液当中的氯化镁及氯化钙则会保留下来，随后将溶液送入到蒸发装置进行结晶，并对其中的二水氯化钙进行回收。

3）在后处理工艺的过滤环节中，会产生出含盐废水，其中含有一定量的硫酸钙和二氧化钛，对此可以采取如下方法进行处理：先对废水进行沉降，然后将废水送入到含盐废水处理装置当中，通过反渗透膜对废水进行处理，这样大部分的水便可作为循环水进行使用，少部分浓水，则可送入水池进行自然蒸发，由此可以使含盐废水得到有效地利用，不但有利于水资源的节约，而且还能减轻废水过量排放对环境的污染。

3.2 尾气的综合利用

氯化法钛白粉生产工艺流程会产生大量的尾气，这样可能会对尾气系统的运行造成不利影响，为此，对尾气进行有效处理及综合利用显得尤为必要。具体的利用思路如下：可额外增加一个淋洗塔，主要对二氯氧化钛进行处理，随着新淋洗塔的加入，可与原本的两个塔组成氯化尾气三塔淋洗工艺。通过新加入的淋洗塔对氯化尾气中的四氯化硅和四氯化钛进行去除，当塔内淋洗液中的二氯氧化钛达到一定浓度之后，便可对其进行回收利用。

4 结论

钛白粉作为无机化工颜料，其用途非常广泛，所以保证钛白粉的品质尤为重要。氯化法因能耗低、自动化程度高、产能易于扩大等优点，成为钛白粉的主流生产工艺。在应用氯化法进行钛白粉生产的过程中，要对具体的生产工艺流程加以明确，这是保证钛白粉质量的关键。同时，还要对生产中产生的废渣废水进行有效处理，减轻环境污染，并对尾气进行综合利用，变废为宝，提高经济效益。