以清洁生产理念促进我国钛白粉产业的发展

陈 明，吴 笛，张 健，赵玙璠

(1.北京化工大学 经济管理学院，北京 100029;2.北京化工大学 化学工程学院，北京 100029)

专论与综述

以清洁生产理念促进我国钛白粉产业的发展

陈 明1，吴 笛1，张 健1，赵玙璠2

(1.北京化工大学 经济管理学院，北京 100029;2.北京化工大学 化学工程学院，北京 100029)

介绍了我国钛白粉产业的现状，阐述了钛白粉产业清洁生产的重要性，分析了影响我国钛白粉产业可持续发展的问题及原因。指出施行清洁生产对钛白粉产业加快技术进步、调整产业结构、促进产业升级具有重要意义。

钛白粉;清洁生产;产业升级;可持续发展

钛白粉，化学名为二氧化钛(TiO2)，是一种重要的工业原料。它无毒、不透明，具有良好的白度、光亮度以及遮盖力、消色力、耐候性、耐热性和稳定性等，是迄今无可替代、性能最优异的化工原料之一。钛白粉的使用过程和生产过程对环境有着截然不同的两种影响:一方面，作为涂料、油墨、塑料、橡胶、纸张、医药、食品、陶瓷、合成纤维、电子元器件生产和房地产、汽车、建材、机械制造等十余个产业的原料，钛白粉使用广泛，不仅可以提高产品的质量性能，而且可以起到非常好的节能环保、清洁生产的作用;另一方面，钛白粉的生产却要消耗很多能源、释放大量污染物，不符合节能环保和清洁生产的要求，阻碍我国钛白粉产业的可持续发展［1］。

本文从节能环保和可持续发展角度，阐述了钛白粉对下游产业清洁生产及对我国经济发展的重要作用，分析了当前我国钛白粉产业发展中高污染、高能耗的原因;指出解决问题的根本办法是加快钛白粉产业技术进步，调整产业结构，促进产业升级。

1 大力发展钛白粉产业是我国经济发展的客观要求

1.1 发展钛白粉产业，可以促进众多下游产业的全面提升，从而推动国民经济的可持续发展

作为涂料、塑料、橡胶、油墨、纸张、医药、食品、陶瓷、合成纤维、电子元器件生产和房地产、汽车、建材、机械制造等十几个基础产业的源头，钛白粉产业的发展直接影响中国实体经济的各个部位，牵动着中国经济发展的神经，关系到中国环境污染的有效治理，以及节能环保、清洁生产目标的实现。

在涂料工业中，含有钛白粉的涂料遮盖力好、消色力强、使用期长。一般来说，使用含钛白粉的涂料可以比其他类型涂料用量节省80%以上;要达到相同的白色效果，1 t钛白粉相当于至少4 t锌钡白，且使用寿命之比为3∶1。

在塑料工业中，填充了钛白粉的塑料制品更耐紫外线照射，机械强度更高，使用寿命更长。在橡胶工业中，加入钛白粉的橡胶制品在日光照射下不开裂、不变色、耐酸碱，且伸长率增大。用钛白粉制得的瓷釉透明度好、质量轻、抗击力强、色彩鲜艳、不易污染。

此外，添加了钛白粉的食品和医药安全美观;添加了钛白粉的保温材料不易燃;添加了钛白粉的管板材、门窗等除增强性能外还能降低放射性污染及城市光污染。事实证明，钛白粉的使用既提高了相关产品的质量性能，又节约了资源、保护了环境，可以直接或间接地促进下游产业的全面提升，从而推动国民经济的可持续发展。

1.2 大力发展钛白粉产业是实现我国经济发展供求平衡的客观需要

新中国成立后，我国钛白粉产业逐渐发展，至今已有一定的基础。到2009年底，全国能维持正常生产的钛白粉(含纯非颜料级)生产企业已有50余家，全行业的总产量达到 1.0 ×106t/a［2］，我国已成为钛白粉的生产、消费大国。但我国还不是钛白粉生产强国，50余家企业的产能还达不到美国5家企业产能的一半［3］。

钛白粉产业常常被看作是经济变动的晴雨表。一般来说，人均钛白粉消费量可以作为衡量该国经济发展水平的重要指标之一［4］。例如，近年来，新兴市场特别是亚洲和拉美地区的经济迅速发展，而这些地区钛白粉的生产及消费也快速增加，新增钛白粉需求占全球钛白粉新增需求的70% ～80%，人均消费量也同步提高。据统计，2009年美国人均年消耗钛白粉4 kg，而我国人均年消耗量约1 kg。照此来看，随着经济的快速发展和人民群众生活水平的持续提高，我国的钛白粉需求量还将不断增加，与目前的产能相比，总的产需缺口将达4.5×106t以上。“中国是亚洲地区钛白粉需求最为强劲的国家，即将成为未来全球钛白粉市场的中枢”已成为共识，供小于求的状况是我国钛白粉产业大力发展的内在动力。

2 当前高能耗、高污染、质量差是制约我国钛白粉产业发展的主要因素

现阶段，我国钛白粉产业的生产过程存在着高消耗、高污染的问题，不符合我国“把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点”［5］的要求，也不符合清洁生产和可持续发展的要求，严重制约了我国钛白粉产业发展。

综合来看，影响钛白粉产业发展的主要因素有以下几个。

2.1 资源、能源耗费高，“三废”治理困难，环境污染严重，不符合清洁生产的要求

从钛矿企业发展规划来看，我国绝大部分钛矿企业没有大型机械化生产和远期发展计划，处于相当零乱的状态;从开采方式看，一些地区的钛矿开采混乱无序，耕地被矿砂侵占，水资源被污染;从钛资源利用情况看，矿点分散、规模小、采选技术及装备落后、劳动生产率低，浪费现象严重［6］。

钛白粉的主要生产工艺——硫酸法和氯化法都存在着高能耗、高污染的问题［7］。目前我国以硫酸法为主，即以钛铁矿(或酸性钛渣)为原料，经粉碎、酸解还原、水解、漂白、煅烧、后处理等工序生产钛白粉。我国目前采用的方法生产流程长、技术落后、设备庞大，产品档次低，蒸汽和能源消耗高，每吨产品(金红石型钛白粉)的综合电耗为1 100～1 200 kW·h，耗蒸汽 8～9 t，耗天然气 350～450 m3，标煤约1.760 t，耗电耗能均高于国外平均水平。该法的最大问题是“三废”多且较难处理。生产1 t钛白粉产生3～4 t硫酸亚铁，8～10 t质量分数为20% ～23%的废硫酸，200～300 kg残渣，以及大量质量分数为6%～20%的稀硫酸和大量二氧化硫气体。酸性废水和扬尘给生态环境造成很大的危害。由于需求旺盛，大多数生产企业关注的重点是生产和市场，忽视“三废”处理，清洁生产效果差。此外，由于每吨钛白粉的环保运行费用高达1 000元以上［8］，一些企业不使用环保装置，以牺牲环境为代价压低成本。

氯化法一般是以钛渣为原料，以石油焦为还原剂，在高温下将钛渣脱氧后与Cl2反应生成TiCl4，TiCl4再高温氧化生成钛白粉。该法对原料钛渣中TiO2含量要求很高。生产过程消耗大量石油焦和氯气，钛铁矿中的铁元素没有得到应用，反而成了有害物。同时产生大量有毒的金属氯化物，目前只能采用填埋法处理，留下很大的环保隐患。此外，该法的设备结构复杂，且要求设备材质可耐1 000℃以上的高温及 TiCl4、Cl2、O2等的腐蚀，装置难以维修［9］。

2.2 产品同质化严重、质量不高、价格到达瓶颈，可持续发展后劲不足

长期以来，我国钛白粉行业一直存在产品同质化严重，并且大多集中在中、低端层面的问题，表现出国内市场高端产品空缺、失守，低端产品过剩、混战的局面。在产品品种结构方面缺乏真正意义上的专用品种。当前各地扩产工程项目遍地开花，包括现有企业技改扩能、业外加盟新建钛白粉项目多达25处，但却未有直接证据表明这些扩产项目的产品与现有产品相比有本质上的突破。这表明将会有更多中低档产品涌向市场［10］。

近年来，硫磺和铁粉的价格不断上涨，生产能耗及环保处理费用也不断增加，导致钛白粉的生产成本急剧攀高，推动了钛白粉价格行情的提升，行业内平均提价幅度在300～1 000元/t不等。但钛白粉价格继续上涨的空间已非常有限，这主要受到以下两方面因素的限制:第一是国家取消出口退税的情况下，大部分企业把销售主战场放在了国内，国内市场竞争激烈。据中国海关公布的数据，在2007～2008年的经济危机期间，我国钛白粉出口量出现了快速且幅度较大的下降现象，2007年和2008年的下降幅度分别为28.77%和45.99%，因此，大量的钛白粉转向国内市场销售，制约了其价格的继续上涨;第二是国外钛白粉制造商虽然宣布了对钛白粉提价，但在亚太地区的价格却迟迟不见变动，这一因素也制约了国产钛白粉价格的进一步提升。

与此相反，硫酸法钛白粉生产工艺所需的主要原材料——硫酸的价格从2007年初的200元/t涨至目前的400元/t;另一主要原料——硫磺的价格也持续上升，进口硫磺的价格突破了700美元/t(成本加运费价)，国内硫磺出厂价格也会进一步向5 500元/t靠拢。仅考虑原料部分，钛白粉生产成本就高达6 000元/t左右。因此，钛白粉销售价格的上涨远远无法消除成本上升带来的压力［11］。

3 以清洁生产为理念，促进我国钛白粉产业发展的建议

促进钛白粉产业发展，解决我国钛白粉产业高能耗、高污染以及产品同质化问题的根本方法只有技术创新。只有以清洁生产为理念，通过技术进步和技术创新，改进工艺、提高装备水平，充分发挥硫酸法、氯化法的工艺优点，减少污染、降低能耗，形成完整、高效、清洁的钛白产业链，才是钛白粉产业发展的根本出路。

3.1 加大科研投入，促进科技创新

首先，必须加大科研投入，尤其是开展新工艺、新技术的研究，达到降低消耗、降低成本、提高质量、保护环境的目的。

其次，要发展先进的勘探、采矿与选矿技术，提高采矿回收率和综合利用率。加快采矿技术和装备的更新步伐，提高现有矿产资源的利用水平，缩短我国钛白粉产业与国际水平的差距［12］。

第三，要有针对性地引进国外先进的技术和设备，提高企业研发工作的起点。要加大科研投入，使我国钛白粉企业提高自身的消化吸收和再创新能力，尽快掌握具有自主知识产权的核心技术，实现从模仿创新向自主创新的过渡。企业应通过与研究院所、大专院校加强产学研合作，充分发挥各自优势，缩短创新周期，提高产品档次和附加值。

3.2 加大技术改造力度，解决清洁生产过程中遇到的问题

从源头来看，要做好钛矿企业发展规划，并使用先进的采选技术及装备。从生产环节来看，要采用先进工艺解决清洁生产过程中遇到的问题。在我国钛白粉生产中要加大技术改造力度，例如采用自动化程度高、装备占地面积小的连续酸解工艺，对反应进行全面的调节控制，可大大提高废酸回用率，实现废酸的全流程闭路循环，解决废酸处理难题。

3.3 治理“三废”，变废为宝，减少排放

氯化法目前在国内使用较少，因此当前“三废”处理的问题主要表现在钛白粉的硫酸法生产过程中。

3.3.1 废气处理

经测定，每生产1 t锐钛型钛白粉，其锻烧尾气(含 TiO2、SO2、SO3、N2、O2、水蒸汽等)中所含热量占煅烧工序总耗热量的1/4～1/5。一般锻烧尾气的处理方式有两种:一是经文丘里管与质量分数20%～23%的废酸进行热交换，使废酸质量分数升至26%～29%，为废酸回收利用创造条件;二是利用高温风机将锻烧尾气返回锻烧窑的窑头二次利用，节省能源，减少排放。

3.3.2 废液处理

废液处理主要包括废水处理和废酸处理。

硫酸法生产中的三洗废水与盐处理废水可作为二洗水使用，二洗水用于一洗，一洗水部分用于酸解单元的浸取水。如此可使废水循环利用，大幅度提高水的利用率。

硫酸法生产中的废酸也可采用多条途径变废酸为资源。第一，利用硫酸系统余热、钛液浓缩装置尾气和钛白粉窑炉余热，将水洗产生的质量分数约为20%的废酸经过多效浓缩，使其质量分数达到80%，全部返回酸解单元使用;第二，废酸可以直接与浓硫酸复配，除杂后直接返回钛白粉生产系统使用，多余的硫酸可用于生产氧化锌、氧化锰、硫酸铝、铁系颜料等，亦可用于钢材加工等。

3.3.3 固体废弃物处理

硫酸法生产中的固体废弃物主要包括酸解单元产生的黑泥、硫酸亚铁和红渣。黑泥经处理后，未反应的钛矿可返回生产系统使用，反应残渣可作为水泥添加剂使用;副产物七水硫酸亚铁可替代现用铁粉和硫酸生产的硫酸亚铁，作为生产饲料添加剂、净水剂、水泥还原剂和铁系颜料等的原料;废水中和产生的红渣主要成分为石膏，加工后可代替天然石膏作为水泥缓凝剂，不仅使资源循环利用，而且减少了对自然资源的破坏。

4 结语

综上所述，虽然目前钛白粉产品的节能环保特性与钛白粉产业本身的耗能污染问题还不协调，钛白粉产业和节能环保事业间存在一些脱节甚至矛盾的地方，但随着全社会对二者的不断重视，随着钛白粉产业从原材料、生产工艺、“三废”处理等方面进行改进，从政府到企业乃至社会大众形成合力，钛白粉产业和节能环保事业一定能够相得益彰，共同为国家经济发展和人民生活水平提高做出贡献。

［1］ 邓捷，徐高栋.当前中国钛白产业如何走出困境［J］.中国粉体工业，2009，(5):35－38.

［2］ 明月.2009年全国钛白粉产量创新高［N］.中国有色金属报，2010－03－18(7).

［3］ 何燕.国内外钛白粉生产状况［J］.开发指南，2009，(5):27－32.

［4］ 徐高栋.国内钛白市场现状及发展思路探讨［J］.新材料产业，2009，(12):13－17.

［5］ 温家宝.关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划建议的说明［EB］.人民网，2010［2010－10－29］.http://cpc.people.com.cn/GB/64093/64094/13076275.html.

［6］ 张文毓.钛白粉行业市场分析研究［J］.中国粉体工业，2009，(1):23－25.

［7］ 李化全.加大钛白产业研发投入促进钛白产业科技创新［J］.中国涂料，2007，(2):10－12.

［8］ 王昌松，钱红亮，姚文俊，等.钛白工业节能减排研究发展及新思路探讨［J］.无机盐工业，2010，(4):8－10.

［9］ 徐高栋.浅谈国内钛白行业的现状以及战略方向［J］.化工管理，2009，(11):32 －35.

［10］ 郭文静.改变钛白粉消费市场结构需先进工艺［J］.中国有色金属，2010，(4):42－43.

［11］ 徐高栋.当前形势下中国钛白产业的三大出路［EB］.中国钛白网，2009［2010－1－10］.http://www.tio2.net.cn/tio2_details.asp?id=12543＆page=2.

［12］ 周学双，蔡春霞.我国钛白粉工业发展现状与环境政策研究［J］.化工环保，2009，(3):226－229.

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。

陈明(1960—)，女，江苏省南京市人，硕士，副教授，研究方向为产业经济学。电话 13522235389，电邮chm_trade@163.com。联系人:张健，电话 13699113599，电邮 zhangj@mail.buct.edu.cn。

(编辑 叶晶菁)