硫酸法钛白粉清洁生产工艺

马艳萍

（龙蟒佰利联集团股份有限公司，河南焦作 454191）

使用硫酸法生产钛白粉时，会产生大量的三废，给环境造成非常严重的危害，对提升钛白粉生产的环保水平十分不利。为了解决生产过程中的问题，需要引入清洁生产工艺，改变原有的生产方法，优化生产过程中的每个环节，在保证生产质量的情况下，减少生产和服务来源的污染物排放。

1 钛白粉概述

1.1 钛白粉化学性质

钛白粉的化学成分为二氧化钛，是一种白色的无机颜料，具有无毒、不透明、光亮度高、白度高的优势，是目前工业生产中十分重要的白色颜料。钛白粉主要有三种晶型，包括锐钛型、金红石型、板钛石型，其中锐钛型和金红石型为正方晶系，具有比较稳定的状态，因此工业产量比较多。由于钛白粉属于惰性物质，所以化学性质并不活泼，常温下也不会和其他元素或者化合物发生反应，以白度、粒径、分散性和吸油量作为主要指标。

1.2 钛白粉应用的主要领域

目前钛白粉主要作为白色涂料使用，应用在涂料、塑料、造纸、印刷等行业中，其中涂料是钛白粉使用主要方向，特别是使用金红石钛白粉，基本被涂料使用，占据了钛白粉使用的60%。使用钛白粉作为涂料在颜色上比较鲜艳，而且附着力非常强，具有比较高的着色效果，而且用量也相对较低。实际使用过程中品种比较多，可以对介质提供稳定和保护作用，能提升机械强度和附着力，还能提升力学性能，控制设备在使用过程中的裂纹问题，并且能避免紫外线和水分透过，让漆膜可以具备更长的使用寿命。

塑料行业是钛白粉的第二大用户，实际生产中，通过在塑料中加入一定的钛白粉，能让塑料制品具备更强的耐光性、耐热性、物理性能和化学性能，而且能让塑料制品具备更强的机械强度。

造纸行业也是目前钛白粉的主要方向，在造纸业中使用的钛白粉一般都是没有经过表面处理的锐钛型钛白粉，它可以起到荧光增白剂的作用。将钛白粉作为纸张的填料，尤其是应用在高级纸张中，能获得比较好的处理效果，不仅能让纸张更白和提升纸张的光泽，也能保证纸张的强度，让纸张薄而且光滑，更能满足印花的需要，还能降低纸张的密度。

2 钛白粉的生产工艺

2.1 硫酸法

使用硫酸法进行钛白粉的生产中，会利用硫酸酸解钛铁粉生成硫酸亚钛，硫酸亚钛经过水解会生成偏钛酸，然后偏钛酸再经过煅烧和粉碎，最终就能得到钛白粉产品。具体的生产中，需要使用硫酸蒸煮经过粉碎处理的原料矿石，从而获得硫酸盐状态的钛，之后使用晶析分离去除硫酸铁，然后继续进行精制能够获得硫酸氧钛，加热水解之后就可以获得钛白粉沉淀，然后根据需要可以对钛白粉继续进行精加工，满足商品需求。

2.2 氯化法

氯化法使用了富钛渣作为原料，以石油焦作为还原剂，加入氯气高温反应获得氯化钛，继续高温加热，可以生成二氧化钛。在生产工艺中，需要先将矿石在高温下还原，在氯化之后利用精馏工艺获得四氯化钛，再添加生成剂，之后在1 000℃下使四氯化钛和氧气反应生成钛白粉，然后继续精加工就能将粗钛白粉加工成完整的钛白粉产品。

2.3 方法对比

两种方法有各自的优势，但是从环境友好型发展方面，氯化法是明显高于硫酸法的。目前硫酸法的问题在于三废处理比较困难，比如生产过程中会产生大量硫酸亚铁、废硫酸和残渣，以及稀硫酸和二氧化硫气体。特别是生产过程中，会产生大量的酸性废水和扬尘，给环境造成十分严重的危害。相对而言氯化法的废物就比较少，不会产生稀硫酸，废渣产量也比较低，所以环境问题比较容易治理。

3 清洁生产概述

3.1 清洁生产概念

清洁生产是生产产品过程中控制污染的创新思维和方法，目前这种方法已经得到了广泛的接受，其目标在于在整个生产的生命周期使用合理的环保策略和环保技术，从而满足可持续发展的需要。清洁生产要求在生产过程中减少原材料的能源消耗，将有毒原材料去除，从而控制生产过程中产生的废弃物产量，以及降低生产过程中所产生的毒性物质。对于所获得的产品，必须做到整个产品周期都能减少对环境的不利影响，而且在服务过程中，也要充分利用保护环境的理念，全面满足环境保护工作的需要。

3.2 清洁生产的实施思路

清洁生产的实施具有一定的系统性，将会对整个生产周期和产品整个生命周期都采取全面的污染防控措施，比如选择更为科学的原料、改变工艺流程、调整工艺参数、优化生产设备配置、改良操作规程等，减少污染物的产生。例如建立无害化的操作参数选择，改进设备的维护方式，加快对废物的循环。

资源综合利用。清洁生产并非机械地控制生产过程中的污染，而是会综合性的使用资源，加强对资源的转化，实现全过程资源高效利用，尤其会遵循变废为宝的思想，减少生产过程中的废料，并且通过对三废的综合利用，提升生产的经济效益。

改良生产工艺。在改良生产工艺时，会通过提升生产工艺的完备性和科学性，使生产流程得到明显的简化，以及减少生产过程中的间歇时间，将更多的生产工作改为连续操作。通过改变工艺条件、合理使用原料，推动工程在技术上的创新。

组织区域内建立清洁生产流程。清洁生产建立在生态性原则的基础上，依靠合理安排不同的生产流程，以建立起物料的闭环，所有的生产工作都会形成一个有机的综合生产系统，达到综合利用的效果。

4 钛白粉工业清洁生产工艺技术

4.1 使用高钛渣代替钛铁矿

使用硫酸法生产钛白粉时会使用钛铁矿作为原料，但是生产后会出现酸消耗量大、废酸多、硫酸亚铁多等治理问题。钛渣也是富含钛的产业原料，但是其二氧化钛品位更高，比如品味在85%以上的钛渣，由于具有更好的硫酸溶解性，一般会作为氯化钛白的原料。与钛铁矿相比，使用酸溶性钛渣作为硫酸法作为钛白原料后能够获得更高的钛，而且设备的产能也非常大，能更少地使用硫酸并降低环保工作的压力。

从工艺技术上分析，高钛渣代替钛铁矿并不会添加设备，而且进行生产工艺的调整之后，也能避免一些工序出现消耗过大和操作过于复杂的程序，比如在生产过程中并不需要进行浓缩和结晶工作，能够确保生产的顺利进行，也能减少水、电、汽的产能，而且在钛生产的白度、消色力、水溶性盐等指标也没有变化，所以产品的质量能得到保证。

从经济上分析，钛白粉的硫酸消耗性也会明显下降，生产过程中也不需要使用还原铁粉，故使用高钛渣作为原料时并不会有太多的副产品产出，也不会获得其他的亚铁固体化合物，还避免使用铁屑对钛白粉的质量造成影响。

从环境角度分析，使用高钛渣代替钛铁矿之后能减少废水、废物、废气的排放，尤其是能减少废酸处理产生的石膏渣，对节能减排方面有很大的积极作用。

4.2 配套的硫酸装置

通过配套硫酸装置能直接给钛白粉生产提供硫酸，能降低原料的生产成本，也能减少硫酸生产过程中所产生的蒸汽副产品，还可以减少生产过程中蒸汽使用量，余热也能浓缩钛白废酸，而且还能降低浓缩需要使用的蒸汽，降低钛白粉装置的总体能量消耗量。比如使用硫铁矿作为原料制造硫酸，虽然一次性投资非常高，但是由于在后续生产中原料的价格比较低，而且其所产生的蒸汽可以应用在过热蒸汽的处理中。硫铁矿生产的烧渣也能作为副产品出售给水泥厂，对于浓缩钛白废酸产生的一水硫酸亚铁也能作为硫铁矿掺烧；为了满足对掺烧量的控制，还可以使用回转流化技术，用干法生产一水硫酸亚铁，再结合硫铁矿含硫量，确定掺烧的比例。经过工艺更新和研究，目前最大掺烧量已经达到了40%~50%，而且掺烧硫酸亚铁也能让硫元素转化成二氧化硫与硫酸，提升了硫酸烧铁渣的铁含量。

4.3 煅烧后风冷窑降温

在钛白粉制备的过程中，在资源、能源价格持续升高时，必须通过综合利用解决生产过程中的浪费问题，尤其是要做好对高温烟气的处理工作，解决生产工作的需求。国外对高温烟气处理的方式一般都会进行废水降温、净化之后排放。由于煅烧的温度比较高，所以在使用水冷窑进行物料冷却时需要使用大量的冷却水，产生大量水蒸气，这样生产过程中就会有比较高的能耗。由于煅烧阶段会有大量的余热产生，所以可以把能量充分利用，以推动风冷窑更快地运行，通过这种方法一方面可以节约对煤炭的使用，另一方面也充分发挥了废弃物循环的作用。从总体费用上分析，使用该方法有效降低了整体费用，并且仅仅以较小的投资就完成了改造工作，所以经济效益和环境效益都非常高，见效速度也比较快。

4.4 隔膜压滤机水洗

偏钛酸水洗是硫酸法钛白生产工作的关键生产环节，通过水洗能够利用偏钛酸的不溶性达到对杂质的固液分离，有效净化偏钛酸。实际生产中水洗会有巨大水量消耗，而决定水系效率的主要因素在于过滤设备和洗涤设备，而且水洗的效果好坏也会影响到产品的品质。目前常用的水洗方式是莫尔过滤机，但利用这种方式占地面积比较大，并且操作方法十分复杂，使用过程中也有应用周期长、容易受到污染等问题，工作过程中水量消耗也极大，不能满足环保工作的需要。为了提升水洗环节的环保水平，应该引进具有更高技术含量的隔膜压滤机，满足处理工作的需要。

隔膜压滤机的构成包括隔膜板和厢式滤板，工作过程中浆料会受到传料泵的作用，将浆料输入到滤室中，滤室中的滤布会将浆料中的固体过滤掉，然后可以继续对隔膜室内通入空气，压榨滤室内的固体，达到控制含水率的目的。使用该设备能改变滤洗过程中的推力和方向，满足加大外加力的要求，能提升过滤中的固液分离率和保证洗涤的速率，可以减少洗涤过程中的水量消耗，也能通过灵活调整控制电量消耗，使水洗具有更高的效率。而且隔膜压滤机也更容易维护，在工作过程中稳定性极高，水合二氧化钛层不会在滤布的表面直接暴露，也能避免因为事故导致压力消失，能保证生产的可靠性。使用隔膜压滤机的水资源利用明显减少，也能减少废水的排放量，所以不仅降低了水的消耗，更降低了废水处理工作的负担，具有极高的环境效益。再加上隔膜压滤机省电，因此在生产过程中也会有非常高的经济效益，能够给企业带来极高的综合效益。

5 结束语

使用清洁生产工艺能够提升生产过程中的环境效益，解决过去生产过程中不足。使用硫酸法生产钛白粉时，需要从不同的环节优化原本的生产工艺，有效控制钛白粉生产流程，达到降低环境污染的目的。