氯化钛白关键技术分析

余 洋

（神华工程技术有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230001）

钛白粉是当前我国染料中应用较为广泛的物质之一，被广泛应用于涂料业和塑料业。世界上大多数钛白矿均用来生产钛白粉，以满足涂料业和塑料业的发展需求。生产钛白粉的方式一共有两种，本研究专注于氯化法，此方法在生产钛白方面更有优势，因此得到广泛应用，成为世界范围内生产钛白的主要方法之一。当前，国外的氯化钛白生产技术较为先进，国内生产钛白的方式还处于发展阶段，只能满足我国3%的需求。因此，此项技术需要得到优化，确保我国钛白粉的质量可满足社会的需求，进而顺利开展后续工作。

1 氯化钛白技术发展和生产工艺特点

1.1 氯化钛白技术发展

氯化法生产钛白的方式主要包括水解法、气相水解法、气相氧化法3类，目前，形成规模化工业生产的方法为气相氧化法。该技术最早出现在德国，美国公司参与了研究。在实验过程中，日产可以达到35 t，后来的30年陆续有企业加入钛白生产工作，该技术也得到了稳定发展。氯化法生产钛白相比硫酸提取的方式更有优势，可以生产出高端的钛白原料，且整体产生的废物较少。如果选择硫酸法提取，后续产生的废物较多。此外，采用氯化法生产钛白的流程较短、整体技术含量较高，产品较为优异，市场前景广阔[1]。

1.2 氯化钛白生产工艺特点

钛白粉的生产设备体积较小，但是生产力较强，可以持续运转；生产时间不受限制，但是中间不能停止工作，也不能储存相应的数据。此工艺的可靠性较强，自动化程度较高，协调控制能力较强，精准度也能保证，符合目前的工业发展需求；缺陷在于技术难度较高。在应用氯化钛白生产工艺的过程中，动力和原料可形成自动化管理目标，无需人工操作。如果在生产过程中出现故障，后续流程很难顺利进行。由此可见，此项生产工艺处于完全自动化的状态，在开展工作前，应该确保设备的质量。

2 氯化钛白生产方法

2.1 氯化钛白生产工艺流程

采用硫酸法生产钛白时，首先，要将浓度较高的硫酸溶液与钛矿或钛渣混合，让其进行综合分解，将钛矿转化为钛液；其次，结合净化加工工序，对其进行水解，生成偏钛酸和少量硫酸氧钛，偏钛酸煅烧后产生需要的晶型钛白粉。

氯化法的具体使用流程：首先，要准备好生产钛白的原料，可以是天然金红石、人造金红石，也可以是高钛渣；其次，进行氯化反应，得到纯度较高的四氯化钛，此类四氯化钛的精度较好；最后，进行氧化反应，得到二氧化钛成品。

2.2 氯化钛白的制备原理

2.2.1 氯化精制

外购石油焦储存于石油焦库内，吨包石油焦由自动开包机开包后暂存，然后送至干燥机内烘干，再经仓泵送至氯化工序的石油焦储仓内暂存，最后经石油焦计量秤送至混合槽。从界区外运进的高钛渣储存于4台筒仓和高钛渣库内，高钛渣通过大倾角皮带机送至氯化工序的钛渣仓内，再由高钛渣计量秤送到混合槽内与原料石油焦混合，而后通过仓泵将石油焦和高钛渣混合物气力输送至氯化炉，此处气力输送的介质为氮气。

在氯化炉内，加入的富钛料和石油焦、氧化返回的循环氯气以及补充的新鲜氯气在高温下反应生成含TiCl4的混合气体。在输送混合气体的管线内多点喷入氯化及精制泥浆使其降温，并在其后的两级旋风分离器中分离出固体杂质；含TiCl4的混合气体进入后续四级淋洗冷凝系统，用粗TiCl4循环冷却液将气态TiCl4冷凝，废气进入尾气处理系统处理，尾气达标后通过80 m高的烟囱高点排放，粗TiCl4送至精制工序。氯化反应的主反应式如下：

在精制工序中，在粗TiCl4中加入一定比例的矿物油，经强制外循环加热后进入再沸器，控制温度和压力，通过闪蒸使矿物油和粗TiCl4中的VOCl3反应生成不溶性VOCl2，TiCl4蒸汽进入装有填料的提纯塔，塔顶排出的TiCl4气体经冷凝回收后得精TiCl4，送入精TiCl4贮槽，不凝性气体送尾气处理工序处理，含钒泥浆返回氯化工序。

2.2.2 氧化

从精制工序来的精TiCl4用泵连续送入TiCl4预热器，用天然气间接加热，预热后的TiCl4气体进入AlCl3发生器，TiCl4和AlCl3混合物进入氧化反应器。

氧气经氧气预热器用天然气间接加热，预热后的氧气导入氧化炉，加入甲苯燃烧，进一步提高氧气温度。热氧流进入氧化反应器与热TiCl4流迅即混合，反应生成TiO2和氯气。为防止反应器壁结疤，采取“气幕+喷盐”防疤、除疤措施。反应生成的TiO2悬浮在含氯尾气中，经冷却导管快速冷却后，进入高温袋滤器收集，含氯尾气全部回到氯化工序回收利用。

将收集的TiO2送入打浆槽，用脱盐水再浆，脱氯后经半成品储库缓存后送至后处理工序。

氧化反应的主反应式如下：

3 氯化钛白生产技术设备要求

氯化钛白的生产技术包括5个流程和2个关键技术，无论是技术还是流程，都会对最终的质量造成影响。因此，在生产过程中，相关操作人员应该不断结合实际需求，按照相应的步骤操作，满足实际生产需求。从5个工艺环节的角度进行分析，首先需要注意原料的制取方法，包括离子法、电流法、氯化法，当前应用最广泛的是氯化法。氯化法还可以分为流态氯化或者竖炉氯化，氯化的要求较高，因此，在前期选料时，应该选择质量较高的产品，以此通过工艺参数调节氯化过程，改善钛白生产效果。其次是净化过程，净化的主要目的是排除杂质。最后是供氧环节，供氧的主要目的是为反应创造条件。

4 氯化钛白关键技术分析

4.1 氧化反应器壁面的结疤处理

当前，在我国氯化钛白生产技术中，困扰研究人员的难题是氧化反应器的内部结疤问题。此类问题的形成原因是生产过程中的二氧化钛会形成细小的沉淀物，此类物质长期积累就会形成内壁的结疤现象，后续还会导致反应器出现各类堵塞问题，严重时会导致生产工作中断，同时内部结疤的情况还会造成混合料的流动问题，后续钛白粉的质量也会受到一定影响。钛白粉在长时间烧灼后，产品质量不能满足后端的用户需求。为了解决此类问题，相关试验人员可以应用喷砂法处理，或者选择保护性较强的设备，以满足实际生产需求[2]。

4.2 氧化反应器中的气流混合

在氯化钛白生产工作中，控制氧化器的工作极为重要。氧化器是提供生产动力的主要设备，同时也是影响氯化钛白质量的关键因素。为了加快氧化反应速度，很多操作人员会选择在其内部提高温度或者增加氧气，以达到快速融合的目的。在融合过程中，反应器局部会出现高温，导致结疤速度加快。为了规避以上问题并且使四氯化钛能以最佳状态存在，工作人员需要结合实际情况尽可能调节氧气进入的位置，针对结疤问题作出改变，提高整体混合效果，满足混合需求。此方式更适用于氧气的补给，也符合实际工作需求。

4.3 控制钛白粉的产品形态

钛白粉一般被应用在颜料领域，是目前世界上最好的白色颜料之一。在生产钛白粉颜料时，相关操作人员应该结合实际需求，尽可能地控制钛白粉的形态，以达到最好的质量。钛白粉颗粒是否细致会直接影响其使用性能，还会影响钛白粉的特性，因此，需要对其颗粒度加以控制。高档次的钛白粉原料较为高级，光泽度较高，并且整体稳定性较强。所以在应用氯化法进行钛白生产时，首先应该了解产品的形成过程和原理，以此作出后续的分析。

5 氯化钛白产业化关键技术问题分析

5.1 平衡问题

在氯化钛白生产过程中，氧化技术和氯化技术的应用是难以平衡的问题，二者同时应用时，会出现热激发反应（也可以将其简称为热反应）。在氯化过程中，满足稳定流态化具有重要意义，同时在进料方面也要达到平衡状态，后续物料进入炉内可以发生反应，维持压差，此过程需要细化操作，保证最终的输出物品质良好，并且减少粘黏问题；还需扫除多余热量，避免物流方向和反应产物之间存在差异。规避以上问题，即可达到平衡状态，规避不稳定情况。

5.2 适应性问题

在大规模的氯化钛白生产中，氯化钛白技术起到了决定性作用，此类技术的应用效果决定了整体生产效果，技术的参数和动态控制平衡问题直接由系统和精密设备操控，技术控制的准确度是决定控制结果是否稳定平衡的关键因素，同时也是确保大型设备可以高效运转的关键。在工作中，有关人员需要应用氯化和氧化技术，为生产流程提供稳定操作的空间，一旦发生故障，出现问题，还可以紧急处理，实现规模化生产，确保稳定运行[3]。

5.3 控制性问题

设备的稳定运行既是氯化钛白工艺技术发挥效果的支撑，也是生产水平以及能力的体现。因此，在控制方面应该实现技术点的平衡和有效性，无论是物料的传输还是反应系统的切换，都应该满足实际需求。针对控制模型问题，各类参数和程序应该自动运行，以提高配套设施的运转效率，最大限度地降低系统故障的发生概率，并且结合实际需求适当协调各类子系统之间的关系。

5.4 原料需求问题

当前，在我国氯化钛白生产工作中，天然金红石较为稀缺。拓展原料的需求和生产规模成为此项工作的一大难点。基于此，相关研究人员应该不断开发天然金红石原料，站在优化原料质量的角度对其进行处理，提高整体循环使用效率，满足生产过程对原料的需求。在此过程中，操作人员应选用高品位的钛渣，使其成为较为稳定的原料。在原料使用方面，相关操作人员也应该提高循环利用的效率。

5.5 产品多样化问题

包膜问题是钛白生产过程中的常见问题，应该结合实际需求合理选择包膜，同时结合不同的产品性能需求，有针对性地选择包膜物料和包膜技术，尽可能提高稳定性和均匀性。

5.6 三废处理问题

在生产钛白粉时，由于操作环节不同，在操作过程中会形成不同类别的废料，包括氯化盐、氯化气、废水这三废。氯化盐在后期其他生产工作中可以通过不同途径加以应用，达到废物利用的目的，提高材料的利用率。针对氯化气而言，尾气中的CO、CO2、N2、HCl、微量Cl2、SO2及未完全冷凝的TiCl4、SiCl4进入尾气洗涤系统，该系统由二级酸洗塔、一级水洗塔和两级碱洗塔组成。尾气中的HCl、SiCl4和TiCl4被洗涤生成28%的HCl液体和废酸水。SO2和微量Cl2通过碱洗塔洗涤，生成亚硫酸钙和次氯酸钙；尾气与惰性气体CO、CO2、N2从烟囱排放。各类废水也要结合实际需求处理后进行排放，按照不同的程度对其作出不同的处理，控制其有毒有害物质后，便可开始下一个循环[4]。

6 氯化钛白生产应该注意的问题

6.1 确定研究框架

为了更好地运用氯化钛白生产技术，工作人员应确定工序，在国外现有研究的基础上，对其作出分析，确保此项工作后续可以满足相应的需求；还需建立技术交流互动机制，确保不同地区的技术人员可以互动交流，提高此项技术的发展水平，推动技术优化。在研究过程中，要尽量使用现代化方法和工具，优化氯化钛白的生产工作，追踪相关工艺的进展，使其在功能方面更好地适应行业发展规律。

6.2 引进核心技术

当前，我国的氯化技术和氧化技术属于核心技术，驱动了我国氯化钛白粉的生产工作，也让生产质量和效率有所提升，同时结合了其他技术的特点。为了确保相关工作整体技术水平得到提升，技术人员还应该在自身认知方面不断拓展，完善自身知识架构，掌握不同技术之间的差异，以此满足实际生产需求。此外，技术使用过程中出现的漏洞和问题也应该得到解决，积极引进核心技术[5]。

6.3 确立目标

为了确保氯化钛白生产技术获得更好的发展前景，产业化目标的确立必不可少。同时，近期目标和终级目标之间要存在一定的差异，以循序渐进的方式，紧跟时代发展步伐，顺应时代发展趋势，不断优化产业结构。另外，有关领域还需要结合市场需求，站在宏观和微观的角度开展技术分析，不断开展技术调研工作，积极进行技术交流，促进产业化目标的实现，提升整体工作质量。

7 结语

为了满足社会对钛白粉的生产需求，相关研究人员首先需要了解钛白粉的生产流程，其次结合需求选择恰当的生产工艺和方式落实生产工作，以此提高钛白粉的生产质量。在实际的钛白粉生产过程中，相关操作人员还应该注意各类问题，尽量规避。未来，相关人员需要不断努力研发符合实际需求的生产技术，改善生产工艺，提高我国氯化钛白的生产技术水平。