钛白粉可持续发展能力探究

李亚东，徐 征，张汉平，刘振楠，程 涌

（1.昆明冶金高等专科学校 冶金与矿业学院，云南昆明 650033；2.昆明市稀散及贵金属资源综合利用重点实验室，云南昆明 650033；3.稀散及贵金属二次资源综合回收及深加工应用技术协同创新中心，云南昆明 650033）

从主要成分构成角度看，钛白粉是二氧化钛为主要加工部分，通过化学工艺和方法，制作成具有其他无机和有机物成分的颗粒性材料，其粒度能够达到200～350nm，这就反映其光散射效应能够达到较高程度。作为颜料级应用类二氧化钛，钛白粉的精细化程度可以满足食品、化纤、造纸等领域对性能的要求，如对光学性能方面的标准和应用需要。根据相关调查发现，在我国当前钛白粉生产制造产业，解决“高能耗、高污染”仍是重要产业持续发展面临的问题，促进硫酸法、氯化法等生产工艺向清洁和环保方向发展，是无机化工生产产业持续发展的关键。

1 钛白粉的主要生产方法

1.1 硫酸法

在钛白粉整个生产工艺环节，主要有三个程序环节原料处理、生产钛白粉和产品处理。在具体生产环节，主要使用的原料有盐矿、砂矿、钛矿等。硫酸法是最早应用且技术成熟的生产方法，其工艺生产原理、流程，是将钛原料和硫酸融合，经过化学反应后分解出TiOSO4，再实施除杂等工作，完成完整钛白粉产品的制取生产。当前，硫酸法适用于三种钛白粉的生产，如锐钛类、金红石类钛白粉，以及二氧化钛产品，经历酸解、浸取、水解、煅烧等四个阶段的处理。在技术生产优劣势上，其更多是运用酸溶性钛渣、钛铁等原料，极大程度上控制可生产成本，再加上技术发展时间较长，技术设备应用的可复制性较强。但是，硫酸法消耗的生产周期较长，再加上多项技术发展，相对于其他生产方法，对水、硫酸的需求和消耗量较大，极容易产生大量污染环境的副产物、废物等。

1.2 氯化法

在氯化法应用层面，需要技术人员对生产技术、流程进行严格把控。在生产环节，需要选取高纯度焦炭，将其与矿石进行混合，使二者在高温状态下进行化学反应，在氯气催化作用下，形成含杂质较多的钛氯化物（TiCl4）。然后，需要运用蒸馏法、选取化学处理剂等方式，对粗状TiCl4中多种复杂离子加以去除，在分离铬锰铁钒等离子成分后，四氯化钛纯净程度将得到有效提高，顺利地进行气相氧化处理。在完成上一处理步骤后，需要对TiO2（粗状）进行脱氯处理，再对其表面进行打磨。通过将氯化法应用于钛白粉生产，能够使工艺控制点缩减到一定范围，对生产时间进行控制，能够实现连续生产，且生产效率相对较高。同时，这一方法主要采用自动化控制方式，避免了污染物的产生，实现了清洁化生产。同时，基于氯化法生产的钛白粉产品质量的稳定性较强，杂质含量较低，在保证粒径均一的同时，产品内在分散性明显。因此，这一生产工艺能够控制生产成本、提高生产质量，适合产业循环经济、绿色发展需求。

1.3 盐酸法

对于钛铁矿生产原料，可以使用盐酸法进行钛白粉生产。首先，要利用浓盐酸对原料进行分解处理，通过沉降、还原、水解、净化、煅烧等工艺处理环节，最终研制形成钛白粉。在盐酸法使用上，多选用金红石类钛白粉，主要原因是此类原料更易于粉碎、具有松软的颗粒结构，能够在含氯介质内部完成一系列处理。此外，在使用这一方法时，需要注意到盐酸挥发温度、体积分数等因素。其中，若盐酸体积分数低于35%，盐酸溶解的速率就会受到影响，导致最终产品质量不佳，若所处的挥发温度较低，极易出现设备腐蚀的现象，且很难得到有效改善，这就限制了其应用于工业领域的范围。

2 实现钛白粉产业持续发展的现实意义

2.1 推动国民经济持续健康发展

钛白粉产品具有极强的性能优势，体现在折射率、密度、介电常数等方面，是世界颜料应用领域性能极佳的材料，密度、介电常数和折射率都很优越，颜料钛白粉在橡胶、油墨印刷等基础产业具有较强的应用价值。目前，诸多经济学家将钛白粉人均消费量与国家经济发展水平、潜力关联起来，钛白粉产业不仅是支持基础行业发展的源泉，更是在国家经济发展中占据重要部分。如融入塑料制品能提高使用寿命；融入管板材可以提高性能、减少光污染；提高医药领域的安全性；钛白粉产业能够促进资源循环利用，有效保护环境，进而国民经济实现循环、可持续发展。

2.2 促进制造强国战略实施

创新是促进社会经济高质量发展、创造更多高质量成果的动力。在国家提出促进新兴产业发展、建设制造强国的社会环境下，节能环保、新材料已经被列入战略新兴产业领域。介子1～100nm的二氧化钛，其屏蔽紫外线、颜色效应、透明性特质，在航天、环保、生物、医药等高新技术领域、节能环保产业具有极强的应用前景。由此，促进钛白粉向精细化、高质量方向发展，是驱动我国战略性新兴产业发展、推动制造强国实施的重要路径。

3 推动钛白粉持续发展的必要性

3.1 硫酸法存在高能耗的问题

当前，我国诸多企业以硫酸法生产工艺为主，通过筛选原料、酸解、漂白等一系列工序进行钛白粉产品制取。在原料使用量上，不同钛铁矿的品位，对硫酸、钛矿的用量需求也存在差异。硫酸法在生产中，需要消耗大量的水、蒸汽、电、天然气等资源，更会带来大量的“三废”，使其被列入高耗能产业。在每吨钛白粉生产的同时，需要消耗千元以上的环保费用，部分企业未能正确使用或开启环保设备，以牺牲环境来控制成本，使得污染控制、环境治理问题成为制约产业持续发展的重要因素。

3.2 促进钛白粉绿色生态发展的需求

在钛白粉行业迅速发展、“三废”治理力度有待加强的社会环境下，国家在行业规范、环境保护等条例中，重点提出了严格规范钛白粉生产、整治硫酸法生产工艺等内容。民众的环保意识也不断增强，环保方面的监督和举报途径也更加便捷。在国内绿色发展要求、公众监督力量壮大的背景下，钛白粉生产企业面临降低能耗、清洁环保生产的压力，这也在刺激企业加强工艺技术创新，优化产业结构。

4 提高钛白粉可持续发展能力的路径

4.1 加强科学研究，推动技术创新

要加大顶端产品技术研发力度，通过提高产业集中度，集中力量进行新技术、新工艺的研究，掌握更多拥有自主知识产权的核心技术，加强在高端应用领域的技术研发投入，如高级汽车、高铁列车、远洋集装箱等领域的钛白粉技术研发。除了发挥产业集群的优势，企业应加强与研究院所、高校的产学研合作，利用技术研究、技术应用方面的人力、智力资源，加强创新力度，扩大产品应用范围，提高产品质量和附加值。

要加大采矿、选矿技术、勘探方面的技术研究，尤其是在加强氯化法运用的同时，注重钛原材料的保障问题，提高原材料资源利用率、回收率，缩短我国在产业方面与国际水平的差距。

要针对性地关注国外先进技术，及时引入先进设备条件。

4.2 优化制造工艺，促进清洁化生产

基于技术方面的支持，要统筹钛矿企业的发展，选用先进的技术，加强生产技术改进升级。例如，通过控制调节反应过程，能够促进废酸回用率得到提高，以闭路循环的方式实现废酸的全过程处理，解决废酸处理环节面临的问题。再如，尤其要重视的一点是，对低浓度、中低浓度的废酸进行回用，在未对废酸进行处理、净化和回用前，可以选取碱性物质进行中和处理，如石灰、电石渣等，有效利用反应所产生的污泥，促进制造工艺向绿色化、清洁化发展。此外，在生产制造工艺上，可以创新使用原料，通过运用稀硫酸、硫酸亚铁等原料，可以研发出专用于净水的产品聚合硫酸铁，将净水剂直接与地区具有区位优势的废水处理企业对接，在每吨钛白粉消耗一定比例稀硫酸的同时，企业可以循环利用剩余稀硫酸，以蒸汽浓缩的形式将少量一水硫酸亚铁作为原料，融入聚铁生产系统中，为企业稀硫酸的处置开辟了市场和思路。

4.3 注重排放物处理，促进绿色生产

当前，氯化法在我国产业生产中的利用较少，引起“双高”问题的主要根源在于硫酸法的生产。

（1）在废气处理方面，需要对煅烧尾气采取合理的处理方式，通过将其与废酸进行热交换，方便进行废酸的利用和回收，也可以借助高温风机，以煅烧尾气的方式实现煅烧尾气的返回窑头，为资源二次利用创造条件，极大程度上实现能耗降低。

（2）在废液处理上，主要有废水、废酸。

（3）在硫酸法生产环节中，可以将三洗废水混合盐处理废水，将其视为二洗废水运用，二洗废水则利用到一洗阶段，一洗的部分可以利用为浸取水，为酸解单位提供循环利用。这样就能提高废水资源的循环利用。

（4）对于生产流程产生的废酸，可以对一定质量分数的废酸进行多效浓缩处理，在达到相应标准后，回用到酸解单元使用，也可以混合浓硫酸，在完成除杂后复用到生产环节。

（5）对于硫酸法生产环节中产生的固体废弃物，如红渣、硫酸亚铁、黑泥等物质。如铁粉和硫酸生产的硫酸亚铁，可以用作生产饲料的净水剂，促进资源循环利用，减少对自然环境的影响。

5 结语

加强钛白粉可持续发展能力是促进国民经济健康发展、推动产业高质量发展、贯彻制造强国战略的关键。面对钛白粉产业发展与绿色制造和发展存在的脱节问题，政府、企业和社会公众都已经引起重视，通过加大技术研发、优化生产制造工艺、加强废物处置等方式，提高矿物原料利用率、开采力度，促进化学原料资源循环回用，提高废物化学资源的利用率，促进我国钛白粉产业在资源、技术、环境等方面获得可持续发展。