王麗瑩 賈文婷 付雅君

（沈陽(yáng)師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110034）

我國(guó)鈦白工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

王麗瑩 賈文婷 付雅君

（沈陽(yáng)師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110034）

我國(guó)鈦礦儲(chǔ)量豐富，但卻未能對(duì)其進(jìn)行物盡其能的充分利用。目前的工業(yè)生產(chǎn)中普遍存在高污染，高能耗，產(chǎn)量低等明顯不足。在鈦白工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，人們先后提出運(yùn)用了硫酸法，氯化法，鹽酸法，堿法等生產(chǎn)工藝，并不斷豐富完善，正在向創(chuàng)建一種綠色環(huán)保的工業(yè)生產(chǎn)模式努力。

鈦白工業(yè)；堿法；綠色環(huán)保

鈦白粉是一種白色無(wú)機(jī)顏料，除銳鈦型和金紅石型兩種主要晶型外，工業(yè)生產(chǎn)中還分為非顏料級(jí)產(chǎn)品和納米類產(chǎn)品。由于它的物理化學(xué)性能極好，被認(rèn)為是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖和橡膠等工業(yè)［1-4］。

中國(guó)經(jīng)過(guò)近幾年的產(chǎn)能擴(kuò)建，鈦白粉的產(chǎn)能和產(chǎn)量均已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，躍升為世界第一大鈦白粉生產(chǎn)國(guó)，2013年我國(guó)鈦白粉產(chǎn)能達(dá)到280萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)能的38.8%［5］。但我國(guó)對(duì)鈦白工藝的處理方式仍不夠科學(xué)先進(jìn)，方式和效率均有待提高。

1 我國(guó)鈦白工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)鈦白工業(yè)的研究不斷深入，從開(kāi)始的只注重產(chǎn)量到現(xiàn)在的綠色生產(chǎn)，鈦白工業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)生了重大變革。事實(shí)上雖然我國(guó)鈦礦儲(chǔ)量豐富，但目前因受限于技術(shù)手段和環(huán)境污染等問(wèn)題，我們還沒(méi)有做到對(duì)其進(jìn)行綠色高效的充分利用。所以鈦白工業(yè)目前的發(fā)展?fàn)顩r是機(jī)遇和挑戰(zhàn)共存。

1.1 硫酸法

硫酸法，即將鈦鐵粉與濃硫酸進(jìn)行酸解反應(yīng)生產(chǎn)硫酸氧鈦的方法。具體操作時(shí)首先進(jìn)行水解，生成偏鈦酸；然后煅燒；再經(jīng)過(guò)粉碎可得到鈦白產(chǎn)品。用此法可生產(chǎn)多種晶型的鈦白粉。硫酸法的優(yōu)點(diǎn)在于原料廉價(jià)易得，設(shè)備簡(jiǎn)單易操作，防腐蝕材料易解決等。當(dāng)然同時(shí)也存在著缺點(diǎn)：生產(chǎn)流程長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境有污染，產(chǎn)能效率不高，而且只能以間歇操作為主。

20世紀(jì)90年代，我國(guó)的幾個(gè)城市花巨資從東歐的捷克斯洛伐克引進(jìn)了三條生產(chǎn)線來(lái)通過(guò)硫酸法制造金紅石型鈦。到現(xiàn)在為止，這些城市的生產(chǎn)規(guī)模和先進(jìn)的實(shí)力在行業(yè)內(nèi)是也是遙遙領(lǐng)先的［6］。而且，我國(guó)日后的鈦白工業(yè)幾乎都是以此為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。

硫酸法生產(chǎn)鈦白粉使用的是鈦鐵礦和硫酸，所以在這方面我們首先需要面對(duì)的問(wèn)題是資源的不足以及上漲的硫酸價(jià)格［7］。在生產(chǎn)過(guò)程中，除產(chǎn)生大量廢酸外，廢酸中還含有許多鈦、鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)，所以其綜合利用無(wú)論在技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)上都受到一定的限制［8］。盡管如此，硫酸法依然是我國(guó)鈦白工業(yè)生產(chǎn)中的主流方法之一?？梢?jiàn)，我國(guó)鈦白產(chǎn)業(yè)仍存在巨大的提升空間。

1.2 氯化法

氯化法，即將含鈦的原料氯化得到產(chǎn)物四氯化鈦的反應(yīng)，經(jīng)精餾提純、氣相氧化后速冷，再經(jīng)氣固分離即可得到TiO2。

氯化法優(yōu)點(diǎn)很多，如生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、流程短，產(chǎn)品質(zhì)量高、能耗少，產(chǎn)生的廢水、廢料、廢渣較少，相對(duì)其他方法較環(huán)保，能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等。它的缺點(diǎn)主要有原料成本高，因?yàn)樵暇哂懈吒g性，在化學(xué)工程上會(huì)存在許多問(wèn)題；加之反應(yīng)需要在1000℃或更高條件下進(jìn)行，導(dǎo)致氯化法工藝雖然簡(jiǎn)單，但是成本偏高，生產(chǎn)過(guò)程不易調(diào)整。此外還有研發(fā)難度大，設(shè)備裝置較復(fù)雜，所得產(chǎn)物易腐蝕等問(wèn)題。

氯化法工藝的“三廢”問(wèn)題較硫酸法程度輕，主要是廢渣問(wèn)題有待解決。氯化法所產(chǎn)生外排廢渣含有多種氯化物，均為有害廢棄物，且屬危險(xiǎn)廢物，需送危廢渣場(chǎng)填埋處理，因此留下環(huán)保隱患［9］。

1.3 鹽酸法

隨著人們綠色生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)的提高，對(duì)鈦白工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)勢(shì)在必行。因此，俄特爾納米材料公司［美國(guó)］創(chuàng)發(fā)了鹽酸法Altair鈦白粉生產(chǎn)工藝［10］。該工藝將鹽酸作用于鈦鐵礦，在分離出FeCl2后將所得鈦進(jìn)行加工得到初步產(chǎn)品，然后即可利用現(xiàn)有的硫酸法或氯化法處理從而得到鈦白粉成品。不僅如此，該工藝巧妙地將分離出的FeCl2通過(guò)熱解轉(zhuǎn)變成Fe2O3固體，并使之與HCl氣體和水蒸氣共同返回鈦鐵礦分解單元作為反應(yīng)介質(zhì)再次參加反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了鹽酸的循環(huán)使用，所以該工藝只產(chǎn)生唯一的副產(chǎn)物氧化鐵渣。

該工藝優(yōu)點(diǎn)為：原料相對(duì)平價(jià)易得；實(shí)現(xiàn)了鹽酸的100%循環(huán)利用，降低了生產(chǎn)成本；可生產(chǎn)多種晶型和各個(gè)等級(jí)的鈦白粉產(chǎn)品，市場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)；產(chǎn)生的廢棄物極少，唯一的副產(chǎn)物氧化鐵渣可作為其它工業(yè)生產(chǎn)的原材料被再次利用。雖然此項(xiàng)工藝與以前的傳統(tǒng)工藝相比體現(xiàn)出了潛在的優(yōu)勢(shì)，但遺憾的是，該工藝目前只能在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，想要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)必須經(jīng)過(guò)后續(xù)的研究、改善和調(diào)整［9］。鈦白粉生產(chǎn)新工藝除了鹽酸法，還出現(xiàn)了鈦和鐵資源綜合開(kāi)發(fā)的REPTILE工藝等其他生產(chǎn)技術(shù)［11］。

1.4 堿法

在堿法鈦白清潔生產(chǎn)工藝中，堿液的循環(huán)利用是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。高鈦渣在堿性介質(zhì)中被分解為鈦酸鹽，經(jīng)水洗后，鈦酸鹽中有部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化成固體，此時(shí)可通過(guò)固液分離的手段將堿液分離出來(lái)，堿液經(jīng)除雜濃縮后循環(huán)再生，可返回起始的分解單元被循環(huán)利用［14—17］。堿法鈦白清潔生產(chǎn)工藝的研究較硫酸法、氯化法等起步要晚，同時(shí)也說(shuō)明了它有進(jìn)一步的發(fā)展空間，對(duì)實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用會(huì)產(chǎn)生重要的推動(dòng)作用。

2 其它制備鈦白粉的方法及工業(yè)前景

2.1 其它制備鈦白粉的方法

制造顏料鈦白粉的方法，除了上述的幾種外，還有：①磷酸法；②硝酸法；③用氫氟酸處理礦石然后加入堿，將制得氟鈦酸鹽水解的方法；④礦石與芒硝、硫酸銨、氟化鈉共融制得氟化鈦再水解的方法；⑤礦石與苛性鈉共融制得鈦酸鈉再水解的方法。

2.2 工業(yè)發(fā)展前景

實(shí)際上除了硫酸法和氯化法得到了廣泛應(yīng)用外，其它的制法都因設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、副產(chǎn)品處理困難、鈦的回收率低、三廢污染大、生產(chǎn)成本高等技術(shù)問(wèn)題未能解決而沒(méi)能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化［18］。所以，目前我國(guó)面臨的主要問(wèn)題是研究開(kāi)發(fā)新的工業(yè)方法，或通過(guò)新思路對(duì)已有方法中的弱勢(shì)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)中的綠色循環(huán)、環(huán)保高效的生產(chǎn)模式，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我們知道目前我國(guó)鈦白粉工業(yè)的技術(shù)水平還有待提高，在生產(chǎn)上做到節(jié)能、減排和清潔是我國(guó)鈦白產(chǎn)業(yè)綠色高效發(fā)展的關(guān)鍵。我們需要整理借鑒前人經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行針對(duì)性的科學(xué)研究，不斷對(duì)其理論實(shí)踐進(jìn)行豐富完善，以清潔高效目標(biāo)為首要追求，同時(shí)注重切合實(shí)際，綜合考慮現(xiàn)實(shí)狀況，努力創(chuàng)建一種綠色環(huán)保的新型工業(yè)生產(chǎn)模式。

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