硫酸法钛白粉的清洁生产

肖莎莎(龙佰集团股份有限公司，河南 焦作 454191)

1 钛白粉的基本含义概述

钛白粉学名叫作二氧化钛，其光亮度、白度、不透明性等都非常强，是一种性能非常优异的白色无机颜料。钛白粉常以分散性、粒径、吸油量、白度为主要指标，一般在常温下很少会与其他化学元素发生化合反应，是不活泼的惰性物质。

二氧化钛包括板钛型、金红石型和锐钛型三种晶型，其中后两种都是正方晶系，状态比较稳定，工业产量也相对较大，在工业生产中钛白粉的用途非常多，在涂料、陶瓷、塑料、化妆品、印刷油墨、医药、化纤、食品等领域都有非常广泛的使用。

2 钛白粉的工艺情况

2.1 硫酸法

硫酸法钛白粉是钛白粉的一种重要的生产工艺，是一种湿法的生产方式，使用这种方法可以生产出金红石型和锐钛型的钛白粉。

硫酸法钛白粉的主要原料是钛铁矿，用硫酸来分解溶液，然后过滤掉溶液中的杂质，再通过使用真空结晶、固液分离、浓缩水解等程序制成偏钛酸，然后再经过漂白、脱水、脱硫等程序最终成为二氧化钛。

2.2 氯化法

氯化法钛白粉是一种干法的生产方式，它目前只能生产金红石型的产品。氯化法钛白粉的主要原料是富钛渣，还原剂是石油焦，同时它还加入了氯气，让这些元素在高温反应中生成氯化钛，然后再继续使用高温进行加热，最终生成了二氧化钛。在氯化法钛白粉的生产工艺中，第一步要在高温的环境中将矿石还原，在氯化后再根据精馏的工艺形成四氯化钛；继续添加生成剂，在1 000 ℃高温下让氧气和四氯化钛进行反应从而生成钛白粉，再经过一系列的精加工，从而使粗钛白粉最终变成钛白粉产品。

2.3 硫酸法和氯化法的对比

硫酸法和氯化法在使用上各有优劣，比如硫酸法钛白粉的生产工艺开发相对较早，在生产的过程中对钛的原材料的要求并不是很高；它的技术较为成熟，设备较为简单，价格较为低廉，并且容易解决防腐蚀的材料；但是硫酸法的生产流程较长，操作具有间歇性，对水和硫酸的消耗较高。氯化法钛白粉的工艺开发相对较晚，产品质量也较好，工艺流程较短；它对钛原料和设备的材质的要求都非常高，在生产过程中还需要使用很多的氯气，工艺的控制也相对比较复杂，并且它的投资也相对较大。

从环境保护的角度来说，氯化法钛白粉产生的废渣、稀硫酸等相对较少，环境容易治理；而硫酸法钛白粉在生产的过程中会产生大量的残渣、废硫酸、硫酸亚铁、二氧化硫、稀硫酸、扬尘和酸性废水等，会给环境带来严重的影响。但由于资金、技术等各种条件的限制，氯化法钛白粉的推广还需要一个长期的过程，我国的很多企业依然以硫酸法作为制作钛白粉的主要工艺。

随着人们环保意识增强，再加上钛白粉生产竞争越来越激烈，只有提高硫酸法钛白粉的工艺技术科技含量，在自主创新上下功夫，做好硫酸法钛白粉的清洁生产，才能解决这种工艺的缺点，提高我国生产钛白粉企业的活力，加强产业升级换代的步伐，振兴我们的民族产业。

3 清洁生产的含义及实施过程

清洁生产就是在产品生产的过程中控制污染，在整个生产周期中，都要使用环保技术和环保策略，保持生产环境和产品的清洁，实现可持续的发展。清洁生产是一种具有创新思维的生产方式，已经被广泛应用于生产中，特别是随着人们环保意识的增强，在钛白粉制作中特别是硫酸法钛白粉的制作中，清洁生产是必须的要求。在生产的过程中，清洁生产要求减少对原材料的消耗，去除掉有毒的原材料，控制废弃物的产量，使生产中产生的有毒的物质能有效地降低。对于生产中得到的产品，要减少其对环境的污染或者不利的影响；在服务中，还要根据保护环境的要求，满足环境保护的需要[1]。

3.1 保持生产周期清洁

在实施清洁生产的过程中，要注意它是一个系统性的工程，要对整个生产的周期以及整个产品的生命周期都要采取措施，实行清洁生产，减少环境污染。比如在生产的过程中，要选择更科学环保的原材料、要改变原来的工艺流程、对相应的工艺参数进行调整、对生产设备进行优化、对操作的规程进行相应的改良等，主要目的就是避免产生污染物、影响环境。例如有的生产企业选择使用无害化的操作，对设备的维护不断地进行改进，加速废物循环等手段来进行清洁生产，从而保护环境[2]。

3.2 综合利用资源

在进行清洁生产的过程中，要综合利用资源。清洁生产并不是对生产过程中造成的污染进行非机械性的控制，而是综合性地利用资源，进行科学合理地转化，从而实现在整个生产过程中都能够高效地利用资源。在综合利用中，既能减少生产中产生的废料，同时又注重把废水、废物、废渣等变为可利用的资源，从而节约生产成本，提高经济效益。

3.3 建立清晰的清洁生产流程

要建立比较清晰的清洁生产的流程，保障每一个环节都能达到清洁生产的目的。比如在生态性的基础上，根据清洁生产的要求，建立不同的流程，让物料实现闭环操作，所有生产形成一个综合性的有机系统，最终达到清洁生产的愿景。

3.4 对生产工艺进行改良

过去由于工艺的落后，一些生产企业在取得经济效益的同时，对周边的环境造成了严重的污染，以牺牲环境换来经济效益这是非常不可取的。必须对不满足环保要求的工艺进行改良，简化生产流程，减少生产间歇，让工作更加具有连续性，对有可能造成污染的工艺进行改良或者创新，在推动工艺技术进步的基础上，保持整个生产的清洁，减少环境污染。

4 硫酸法钛白粉清洁生产

硫酸法钛白粉要实现清洁生产，要对其工艺进行通盘的考虑，既要合理利用好各种资源，减少能耗，同时还要使废弃物的排放逐渐减少，力争达到零排入。

4.1 不用钛铁矿，改用高钛渣

硫酸法钛白粉的原料是钛铁矿，使用这种原料在生产的过程中对环境的污染比较大，它可以产生大量的硫酸亚铁和废酸，对酸的消耗也比较大。而钛渣不仅钛的含量非常丰富，而且二氧化钛的品质也非常高，硫酸溶解性也相当不错，可以成为制作硫酸钛白的一种重要的原材料。并且和钛铁矿相比，钛渣酸溶性较好，使用硫酸法钛白粉的产出率非常高，能够获得更多的钛，机器的产能也更大，可以减少硫酸的使用量，从而减少对环境的影响，使环保的压力大大减小。

从工艺上来看，使用高钛渣来替换过去使用的钛铁矿，并不需要再另外增加设备，调整生产工艺术后，还能够有效地防止出现操作过于复杂、工序消耗过大的问题。例如使用高钛渣后，在生产中不需要再进行结晶或者浓缩等相应操作，使生产过程更加顺利；并且还能有效地减少电、水等方面的消耗，生产出来的钛白粉在水溶性盐、消色力、白度等重要指标上和之前并没有明显的变化，对产品的质量影响不大。

从成本上来说，使用高钛渣生产钛白粉，能明显降低硫酸消耗，并且在整个生产的过程中可以不再使用还原铁粉，因此它也就不会产生较多的副产品和亚铁固体化合物等，还能防止铁屑影响钛白粉的质量。

从环保的角度来看，摒弃钛铁矿改用高钛渣，可以使企业减少废气、废物、废水的排放量，特别是能有效地减少因为要对废酸进行处理从而产生的石膏渣，不仅可以有效保护环境，还可以节能减排。

4.2 不用冷冻结晶法，改用真空结晶法

使用硫酸法钛白粉需要使用硫酸亚铁的结晶，过去我们很多企业都采用冷冻的结晶工艺，就是把钛液放到带有搅拌器和冷却盘管的贮槽中，然后再使用冷冻的盐水把钛液冷却到6～8 ℃，这样溶液中含有的七水硫酸亚铁就会有结晶析出。使用这种方法对能源消耗较高，并且在大型设备上面使用较为困难。而使用真空结晶的技术，主要是以蒸汽作为动力，通过使用蒸汽喷射器来达到让结晶器内变成真空状态的目的，它是利用钛液中的水分蒸发从而达到降温，钛液的温度在16～18 ℃时七水硫酸亚铁就会有结晶析出来。使用真空结晶法，不仅可以提高钛液的浓度和设备的处理能力，而且它还可以使钛液在此后的工作中减轻浓缩的负荷，能耗较低，可以有效地节约投资资金。

4.3 不用雷蒙磨法粉碎，改用辊压磨法

过去粉碎钛白粉时最早使用的是雷蒙磨法，但这种方法相对比较落后，现在很多企业改用辊压法。

辊压法是根据静压力来对钛白粉晶粒进行挤碎，设备运行的噪音低，设备部件损耗小，运行的费用较少；而雷蒙磨法噪音非常大，一些零部位经常发生损坏，并且有的部件需要从国外进口，设备的运行费用较高。辊压法只需要一台电机，电能耗较低；而雷蒙磨法既要主体电机，还要一台大型风机，能耗较高。辊压法对物料进行粉碎时，物料要在辊子中通过，所有晶粒都要经受高压挤压，所以产品的粒度更加的均匀，质量也更高；而使用雷蒙磨法时，有一部分物料是被风带出来的，没有经过粉碎，产品的粒度在均匀性方面表现较差，质量也相对较低。此外，辊压磨法一般只需要一层厂房，而雷蒙磨法因为有大型的布袋收料器、配套的风机等，占用的面积较大；使用辊压磨法辊子磨损少，不会污染产品，产品的质量有保证。

4.4 对风冷窑进行降温处理

在过去硫酸法钛白粉的制作过程中存在着较多浪费，如今能源、资源价格一直在不断升高中，因此我们要减少浪费，节约、减排。比如过去在制作钛白粉时，要处理好高温烟气以满足生产需要。过去国外的通常做法是对这些高温烟气使用废水先进行降温，然后等其净化后再进行排放。但是由于制作过程中煅烧的温度非常高，如果用水冷窑对物料进行降温处理时就要使用非常多的水，并且还会由此产生很多的水蒸气，然后水蒸气白白释放，这项工作的能耗非常大。

为了减少能耗，同时利用好能量，可以对煅烧时产生的余热进行再利用，使风冷窑更好运行，形成良性循环。这样做只需稍稍改进即可，投资较少，并且既能保护环境，又能节约煤炭、让废物进行循环利用，可以有效地降低费用，不管是从环境效益还是经济效益上来说，效果都相当不错。

4.5 改进硫酸配套装置

在硫酸法钛白粉的制作过程中，改进硫酸的配套装置，可以为生产直接提供硫酸，能有效降低生产成本，同时还可以减少在硫酸生产中对环境有影响的副产品，在生产过程中也减少了蒸汽的使用量，余热还能直接用于钛白废酸的浓缩，从而降低总体的能耗。

为了控制掺烧量，使用回转流化技术，确定进行掺烧的比例。通过使用这项技术，掺烧量非常可观，并且在掺烧的过程中，硫还能转化为硫酸和二氧化硫，这样做可以使硫酸烧铁渣提高铁含量。

4.6 使用隔膜压滤机进行水洗

在硫酸法钛白粉的生产中，偏钛酸水洗是其中比较关键的一个生产环节。根据偏钛酸对水的不溶性原理，通过水洗的方式把杂质进行固液分离，这样可以使偏钛酸得到有效的净化。但在实际生产的过程中，用水洗法需要消耗大量的水资源，水洗的效果也会对产品的品质产生重要的影响；决定水洗的效率包括进行水洗的设备和过滤的设备。有的企业使用莫尔过滤机来进行水洗，但是使用这种方式操作较为复杂，占地面积较大，应用的周期也较长，因此受到污染的概率也较高，特别是使用这一方法对水资源的消耗非常大，在环保问题上很难达到要求。

为了提高环保水平，使用隔膜压滤机进行操作不失为一个明智的选择。隔膜压滤机的技术含量较高，包括厢式滤板和隔膜板。工作原理是，在传料泵的作用下，浆料进入到滤室中；滤室中滤布的作用是过滤浆料中的固体物质，向隔膜室输入空气，以达到对其中固体进行压榨的目的，从而有效地控制含水量。

使用隔膜压滤机，可以改变滤洗时的方向和推力，同时加大外力，在过滤的过程中提高固液的分离率，还能保证洗涤的速率，减少进行水洗时的水量消耗。此外，它还可以控制电量的使用，提高水洗的效率。隔膜压滤机的维护比较简单，稳定性较强，并且二氧化钛层不会直接暴露于滤布的表面上，能有效地防止因为事故的发生而造成压力消失的问题，从而使生产的过程更加可靠。

5 结语

硫酸法钛白粉生产工艺带来的环境问题及能源消耗等问题亟待解决，而使用清洁生产的方法可以有效地解决这些问题。在各个环节都需要注意保持清洁生产，从而降低对环境的影响，降低能源消耗，提高钛白粉的生产效率。