陳 明，吳 笛，張 健，趙玙璠

(1.北京化工大學 經(jīng)濟管理學院，北京 100029;2.北京化工大學 化學工程學院，北京 100029)

專論與綜述

以清潔生產(chǎn)理念促進我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

陳 明1，吳 笛1，張 健1，趙玙璠2

(1.北京化工大學 經(jīng)濟管理學院，北京 100029;2.北京化工大學 化學工程學院，北京 100029)

介紹了我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，闡述了鈦白粉產(chǎn)業(yè)清潔生產(chǎn)的重要性，分析了影響我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題及原因。指出施行清潔生產(chǎn)對鈦白粉產(chǎn)業(yè)加快技術(shù)進步、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進產(chǎn)業(yè)升級具有重要意義。

鈦白粉;清潔生產(chǎn);產(chǎn)業(yè)升級;可持續(xù)發(fā)展

鈦白粉，化學名為二氧化鈦(TiO2)，是一種重要的工業(yè)原料。它無毒、不透明，具有良好的白度、光亮度以及遮蓋力、消色力、耐候性、耐熱性和穩(wěn)定性等，是迄今無可替代、性能最優(yōu)異的化工原料之一。鈦白粉的使用過程和生產(chǎn)過程對環(huán)境有著截然不同的兩種影響:一方面，作為涂料、油墨、塑料、橡膠、紙張、醫(yī)藥、食品、陶瓷、合成纖維、電子元器件生產(chǎn)和房地產(chǎn)、汽車、建材、機械制造等十余個產(chǎn)業(yè)的原料，鈦白粉使用廣泛，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量性能，而且可以起到非常好的節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)的作用;另一方面，鈦白粉的生產(chǎn)卻要消耗很多能源、釋放大量污染物，不符合節(jié)能環(huán)保和清潔生產(chǎn)的要求，阻礙我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［1］。

本文從節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展角度，闡述了鈦白粉對下游產(chǎn)業(yè)清潔生產(chǎn)及對我國經(jīng)濟發(fā)展的重要作用，分析了當前我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展中高污染、高能耗的原因;指出解決問題的根本辦法是加快鈦白粉產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進產(chǎn)業(yè)升級。

1 大力發(fā)展鈦白粉產(chǎn)業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的客觀要求

1.1 發(fā)展鈦白粉產(chǎn)業(yè)，可以促進眾多下游產(chǎn)業(yè)的全面提升，從而推動國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展

作為涂料、塑料、橡膠、油墨、紙張、醫(yī)藥、食品、陶瓷、合成纖維、電子元器件生產(chǎn)和房地產(chǎn)、汽車、建材、機械制造等十幾個基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的源頭，鈦白粉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展直接影響中國實體經(jīng)濟的各個部位，牽動著中國經(jīng)濟發(fā)展的神經(jīng)，關(guān)系到中國環(huán)境污染的有效治理，以及節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)目標的實現(xiàn)。

在涂料工業(yè)中，含有鈦白粉的涂料遮蓋力好、消色力強、使用期長。一般來說，使用含鈦白粉的涂料可以比其他類型涂料用量節(jié)省80%以上;要達到相同的白色效果，1 t鈦白粉相當于至少4 t鋅鋇白，且使用壽命之比為3∶1。

在塑料工業(yè)中，填充了鈦白粉的塑料制品更耐紫外線照射，機械強度更高，使用壽命更長。在橡膠工業(yè)中，加入鈦白粉的橡膠制品在日光照射下不開裂、不變色、耐酸堿，且伸長率增大。用鈦白粉制得的瓷釉透明度好、質(zhì)量輕、抗擊力強、色彩鮮艷、不易污染。

此外，添加了鈦白粉的食品和醫(yī)藥安全美觀;添加了鈦白粉的保溫材料不易燃;添加了鈦白粉的管板材、門窗等除增強性能外還能降低放射性污染及城市光污染。事實證明，鈦白粉的使用既提高了相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量性能，又節(jié)約了資源、保護了環(huán)境，可以直接或間接地促進下游產(chǎn)業(yè)的全面提升，從而推動國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 大力發(fā)展鈦白粉產(chǎn)業(yè)是實現(xiàn)我國經(jīng)濟發(fā)展供求平衡的客觀需要

新中國成立后，我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展，至今已有一定的基礎(chǔ)。到2009年底，全國能維持正常生產(chǎn)的鈦白粉(含純非顏料級)生產(chǎn)企業(yè)已有50余家，全行業(yè)的總產(chǎn)量達到 1.0 ×106t/a［2］，我國已成為鈦白粉的生產(chǎn)、消費大國。但我國還不是鈦白粉生產(chǎn)強國，50余家企業(yè)的產(chǎn)能還達不到美國5家企業(yè)產(chǎn)能的一半［3］。

鈦白粉產(chǎn)業(yè)常常被看作是經(jīng)濟變動的晴雨表。一般來說，人均鈦白粉消費量可以作為衡量該國經(jīng)濟發(fā)展水平的重要指標之一［4］。例如，近年來，新興市場特別是亞洲和拉美地區(qū)的經(jīng)濟迅速發(fā)展，而這些地區(qū)鈦白粉的生產(chǎn)及消費也快速增加，新增鈦白粉需求占全球鈦白粉新增需求的70% ～80%，人均消費量也同步提高。據(jù)統(tǒng)計，2009年美國人均年消耗鈦白粉4 kg，而我國人均年消耗量約1 kg。照此來看，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民群眾生活水平的持續(xù)提高，我國的鈦白粉需求量還將不斷增加，與目前的產(chǎn)能相比，總的產(chǎn)需缺口將達4.5×106t以上?！爸袊莵喼薜貐^(qū)鈦白粉需求最為強勁的國家，即將成為未來全球鈦白粉市場的中樞”已成為共識，供小于求的狀況是我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展的內(nèi)在動力。

2 當前高能耗、高污染、質(zhì)量差是制約我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素

現(xiàn)階段，我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程存在著高消耗、高污染的問題，不符合我國“把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的重要著力點”［5］的要求，也不符合清潔生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的要求，嚴重制約了我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

綜合來看，影響鈦白粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素有以下幾個。

2.1 資源、能源耗費高，“三廢”治理困難，環(huán)境污染嚴重，不符合清潔生產(chǎn)的要求

從鈦礦企業(yè)發(fā)展規(guī)劃來看，我國絕大部分鈦礦企業(yè)沒有大型機械化生產(chǎn)和遠期發(fā)展計劃，處于相當零亂的狀態(tài);從開采方式看，一些地區(qū)的鈦礦開采混亂無序，耕地被礦砂侵占，水資源被污染;從鈦資源利用情況看，礦點分散、規(guī)模小、采選技術(shù)及裝備落后、勞動生產(chǎn)率低，浪費現(xiàn)象嚴重［6］。

鈦白粉的主要生產(chǎn)工藝——硫酸法和氯化法都存在著高能耗、高污染的問題［7］。目前我國以硫酸法為主，即以鈦鐵礦(或酸性鈦渣)為原料，經(jīng)粉碎、酸解還原、水解、漂白、煅燒、后處理等工序生產(chǎn)鈦白粉。我國目前采用的方法生產(chǎn)流程長、技術(shù)落后、設(shè)備龐大，產(chǎn)品檔次低，蒸汽和能源消耗高，每噸產(chǎn)品(金紅石型鈦白粉)的綜合電耗為1 100～1 200 kW·h，耗蒸汽 8～9 t，耗天然氣 350～450 m3，標煤約1.760 t，耗電耗能均高于國外平均水平。該法的最大問題是“三廢”多且較難處理。生產(chǎn)1 t鈦白粉產(chǎn)生3～4 t硫酸亞鐵，8～10 t質(zhì)量分數(shù)為20% ～23%的廢硫酸，200～300 kg殘渣，以及大量質(zhì)量分數(shù)為6%～20%的稀硫酸和大量二氧化硫氣體。酸性廢水和揚塵給生態(tài)環(huán)境造成很大的危害。由于需求旺盛，大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的重點是生產(chǎn)和市場，忽視“三廢”處理，清潔生產(chǎn)效果差。此外，由于每噸鈦白粉的環(huán)保運行費用高達1 000元以上［8］，一些企業(yè)不使用環(huán)保裝置，以犧牲環(huán)境為代價壓低成本。

氯化法一般是以鈦渣為原料，以石油焦為還原劑，在高溫下將鈦渣脫氧后與Cl2反應生成TiCl4，TiCl4再高溫氧化生成鈦白粉。該法對原料鈦渣中TiO2含量要求很高。生產(chǎn)過程消耗大量石油焦和氯氣，鈦鐵礦中的鐵元素沒有得到應用，反而成了有害物。同時產(chǎn)生大量有毒的金屬氯化物，目前只能采用填埋法處理，留下很大的環(huán)保隱患。此外，該法的設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，且要求設(shè)備材質(zhì)可耐1 000℃以上的高溫及 TiCl4、Cl2、O2等的腐蝕，裝置難以維修［9］。

2.2 產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重、質(zhì)量不高、價格到達瓶頸，可持續(xù)發(fā)展后勁不足

長期以來，我國鈦白粉行業(yè)一直存在產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，并且大多集中在中、低端層面的問題，表現(xiàn)出國內(nèi)市場高端產(chǎn)品空缺、失守，低端產(chǎn)品過剩、混戰(zhàn)的局面。在產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)方面缺乏真正意義上的專用品種。當前各地擴產(chǎn)工程項目遍地開花，包括現(xiàn)有企業(yè)技改擴能、業(yè)外加盟新建鈦白粉項目多達25處，但卻未有直接證據(jù)表明這些擴產(chǎn)項目的產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品相比有本質(zhì)上的突破。這表明將會有更多中低檔產(chǎn)品涌向市場［10］。

近年來，硫磺和鐵粉的價格不斷上漲，生產(chǎn)能耗及環(huán)保處理費用也不斷增加，導致鈦白粉的生產(chǎn)成本急劇攀高，推動了鈦白粉價格行情的提升，行業(yè)內(nèi)平均提價幅度在300～1 000元/t不等。但鈦白粉價格繼續(xù)上漲的空間已非常有限，這主要受到以下兩方面因素的限制:第一是國家取消出口退稅的情況下，大部分企業(yè)把銷售主戰(zhàn)場放在了國內(nèi)，國內(nèi)市場競爭激烈。據(jù)中國海關(guān)公布的數(shù)據(jù)，在2007～2008年的經(jīng)濟危機期間，我國鈦白粉出口量出現(xiàn)了快速且幅度較大的下降現(xiàn)象，2007年和2008年的下降幅度分別為28.77%和45.99%，因此，大量的鈦白粉轉(zhuǎn)向國內(nèi)市場銷售，制約了其價格的繼續(xù)上漲;第二是國外鈦白粉制造商雖然宣布了對鈦白粉提價，但在亞太地區(qū)的價格卻遲遲不見變動，這一因素也制約了國產(chǎn)鈦白粉價格的進一步提升。

與此相反，硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝所需的主要原材料——硫酸的價格從2007年初的200元/t漲至目前的400元/t;另一主要原料——硫磺的價格也持續(xù)上升，進口硫磺的價格突破了700美元/t(成本加運費價)，國內(nèi)硫磺出廠價格也會進一步向5 500元/t靠攏。僅考慮原料部分，鈦白粉生產(chǎn)成本就高達6 000元/t左右。因此，鈦白粉銷售價格的上漲遠遠無法消除成本上升帶來的壓力［11］。

3 以清潔生產(chǎn)為理念，促進我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議

促進鈦白粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展，解決我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)高能耗、高污染以及產(chǎn)品同質(zhì)化問題的根本方法只有技術(shù)創(chuàng)新。只有以清潔生產(chǎn)為理念，通過技術(shù)進步和技術(shù)創(chuàng)新，改進工藝、提高裝備水平，充分發(fā)揮硫酸法、氯化法的工藝優(yōu)點，減少污染、降低能耗，形成完整、高效、清潔的鈦白產(chǎn)業(yè)鏈，才是鈦白粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本出路。

3.1 加大科研投入，促進科技創(chuàng)新

首先，必須加大科研投入，尤其是開展新工藝、新技術(shù)的研究，達到降低消耗、降低成本、提高質(zhì)量、保護環(huán)境的目的。

其次，要發(fā)展先進的勘探、采礦與選礦技術(shù)，提高采礦回收率和綜合利用率。加快采礦技術(shù)和裝備的更新步伐，提高現(xiàn)有礦產(chǎn)資源的利用水平，縮短我國鈦白粉產(chǎn)業(yè)與國際水平的差距［12］。

第三，要有針對性地引進國外先進的技術(shù)和設(shè)備，提高企業(yè)研發(fā)工作的起點。要加大科研投入，使我國鈦白粉企業(yè)提高自身的消化吸收和再創(chuàng)新能力，盡快掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，實現(xiàn)從模仿創(chuàng)新向自主創(chuàng)新的過渡。企業(yè)應通過與研究院所、大專院校加強產(chǎn)學研合作，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，縮短創(chuàng)新周期，提高產(chǎn)品檔次和附加值。

3.2 加大技術(shù)改造力度，解決清潔生產(chǎn)過程中遇到的問題

從源頭來看，要做好鈦礦企業(yè)發(fā)展規(guī)劃，并使用先進的采選技術(shù)及裝備。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來看，要采用先進工藝解決清潔生產(chǎn)過程中遇到的問題。在我國鈦白粉生產(chǎn)中要加大技術(shù)改造力度，例如采用自動化程度高、裝備占地面積小的連續(xù)酸解工藝，對反應進行全面的調(diào)節(jié)控制，可大大提高廢酸回用率，實現(xiàn)廢酸的全流程閉路循環(huán)，解決廢酸處理難題。

3.3 治理“三廢”，變廢為寶，減少排放

氯化法目前在國內(nèi)使用較少，因此當前“三廢”處理的問題主要表現(xiàn)在鈦白粉的硫酸法生產(chǎn)過程中。

3.3.1 廢氣處理

經(jīng)測定，每生產(chǎn)1 t銳鈦型鈦白粉，其鍛燒尾氣(含 TiO2、SO2、SO3、N2、O2、水蒸汽等)中所含熱量占煅燒工序總耗熱量的1/4～1/5。一般鍛燒尾氣的處理方式有兩種:一是經(jīng)文丘里管與質(zhì)量分數(shù)20%～23%的廢酸進行熱交換，使廢酸質(zhì)量分數(shù)升至26%～29%，為廢酸回收利用創(chuàng)造條件;二是利用高溫風機將鍛燒尾氣返回鍛燒窯的窯頭二次利用，節(jié)省能源，減少排放。

3.3.2 廢液處理

廢液處理主要包括廢水處理和廢酸處理。

硫酸法生產(chǎn)中的三洗廢水與鹽處理廢水可作為二洗水使用，二洗水用于一洗，一洗水部分用于酸解單元的浸取水。如此可使廢水循環(huán)利用，大幅度提高水的利用率。

硫酸法生產(chǎn)中的廢酸也可采用多條途徑變廢酸為資源。第一，利用硫酸系統(tǒng)余熱、鈦液濃縮裝置尾氣和鈦白粉窯爐余熱，將水洗產(chǎn)生的質(zhì)量分數(shù)約為20%的廢酸經(jīng)過多效濃縮，使其質(zhì)量分數(shù)達到80%，全部返回酸解單元使用;第二，廢酸可以直接與濃硫酸復配，除雜后直接返回鈦白粉生產(chǎn)系統(tǒng)使用，多余的硫酸可用于生產(chǎn)氧化鋅、氧化錳、硫酸鋁、鐵系顏料等，亦可用于鋼材加工等。

3.3.3 固體廢棄物處理

硫酸法生產(chǎn)中的固體廢棄物主要包括酸解單元產(chǎn)生的黑泥、硫酸亞鐵和紅渣。黑泥經(jīng)處理后，未反應的鈦礦可返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用，反應殘渣可作為水泥添加劑使用;副產(chǎn)物七水硫酸亞鐵可替代現(xiàn)用鐵粉和硫酸生產(chǎn)的硫酸亞鐵，作為生產(chǎn)飼料添加劑、凈水劑、水泥還原劑和鐵系顏料等的原料;廢水中和產(chǎn)生的紅渣主要成分為石膏，加工后可代替天然石膏作為水泥緩凝劑，不僅使資源循環(huán)利用，而且減少了對自然資源的破壞。

4 結(jié)語

綜上所述，雖然目前鈦白粉產(chǎn)品的節(jié)能環(huán)保特性與鈦白粉產(chǎn)業(yè)本身的耗能污染問題還不協(xié)調(diào)，鈦白粉產(chǎn)業(yè)和節(jié)能環(huán)保事業(yè)間存在一些脫節(jié)甚至矛盾的地方，但隨著全社會對二者的不斷重視，隨著鈦白粉產(chǎn)業(yè)從原材料、生產(chǎn)工藝、“三廢”處理等方面進行改進，從政府到企業(yè)乃至社會大眾形成合力，鈦白粉產(chǎn)業(yè)和節(jié)能環(huán)保事業(yè)一定能夠相得益彰，共同為國家經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高做出貢獻。

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［3］ 何燕.國內(nèi)外鈦白粉生產(chǎn)狀況［J］.開發(fā)指南，2009，(5):27－32.

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Promoting the Development of Titanium Dioxide Industry in China with Cleaner Production Theory

Chen Ming1，Wu Di1，Zhang Jian1，Zhao Yufan2
(1.School of Economics and Management，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China;
2.College of Chemical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China)

The status quo of titanium dioxide industry in China is introduced.The importance of cleaner production to titanium dioxide industry is expounded，and the problems and causes affecting the sustainable development of titanium dioxide industry in China are analyzed.It is pointed out that cleaner production is very important to accelerating technical progress，readjusting industrial structure and promoting the upgrade of titanium dioxide industry in China.

titanium dioxide;cleaner production;industrial upgrading;sustainable development

TQ 116.2

A

1006－1878(2011)03－0222－04

2010－02－09;

2010－02－22。

陳明(1960—)，女，江蘇省南京市人，碩士，副教授，研究方向為產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學。電話 13522235389，電郵chm_trade@163.com。聯(lián)系人:張健，電話 13699113599，電郵 zhangj@mail.buct.edu.cn。

(編輯 葉晶菁)