浅析硫酸法钛白粉清洁生产工艺

＊曹波 崔艳

（山东道恩钛业有限公司 山东 265700）

浅析硫酸法钛白粉清洁生产工艺

＊曹波 崔艳

（山东道恩钛业有限公司 山东 265700）

本文首先简要介绍了传统硫酸法钛白粉生产工艺，并分析指出了该方法所存在的问题和不足，针对这些问题从能源消耗、三废处理以及技术设备三个方面提出了新型清洁生产工艺，旨在改善钛白粉生产工艺对环境的影响，从而保证该行业清洁环保、绿色健康地发展。

硫酸法；钛白粉；清洁生产

1.引言

目前我国钛白粉生产主要采用硫酸法工艺，在生产过程中产生了大量的废酸及酸性废水，在工艺过程中产生副产物FeSO4·7H2O，红、白石膏等废渣堆积如山难以处理。显然，传统硫酸法钛白粉生产工艺存在的环境问题日益明显，这在很大程度上制约了行业的发展，因此探究钛白粉新型清洁生产工艺，从技术、设备及工艺方面降低其对环境的影响是目前这一行业首要解决的问题。

2.传统硫酸法钛白粉生产工艺

目前我国钛白粉生产主要采用硫酸法工艺，主要包括了酸解、沉降、结晶、过滤、浓缩、水解、水洗、漂白、煅烧等多道工序。具体一点来说，粉碎的钛铁矿（主要成分FeTiO3）进入到酸解锅中，在硫酸的作用下，大多数矿粉被分解，形成可溶性的硫酸盐混合溶液，酸解完成之后进入沉降槽。在沉降槽加入一定量的沉降剂，使得溶液中的悬浮物以及Al、Si等易形成胶体的物质沉降分离，上层清液进入到结晶工序冷却结晶，下层浊液进入圆盘过滤机固液分离。冷却后的上层清液得到FeSO4·7H2O晶体和钛液两相混合物，再经过过滤、浓缩工序就能够得到纯净的高浓度钛液。高浓度钛液在酸性环境下加热水解，经过一次挂片、一次水洗、漂白、二次挂片、二次水洗、盐处理等工序之后，最终得到高浓度的偏钛酸（化学式为TiO2·H2O）料浆，进入回转炉煅烧后去进行包膜处理，最后粉碎包装即可得到高纯度的钛白粉。图一为硫酸法钛白粉生产工艺流程图。通过上述硫酸法钛白粉生产工艺流程图可以很清晰地看到，整套装置系统的废酸和酸性废水主要来自于水洗工序，而这些废水的源头是酸解、水解、水洗和漂白等工序中加入的水或硫酸。大量的酸性废水、中和后处理产生的废渣以及副产物硫酸亚铁等物质对环境影响十分深远，需要构建清洁循环工艺来处理。

图一 硫酸法钛白粉生产工艺流程图

3.硫酸法钛白粉新型清洁生产工艺

清洁生产化工产品的过程中，不仅要保证产品的质量满足相关标准的要求，而且整个生产过程所产生的“三废”能够得到有效处理，甚至变废为宝，成为生产工艺中的副产物进行销售。针对上述存在的问题，笔者从原材料优选、技术设备改造以及废酸综合利用等三个方面提出了新型清洁生产工艺。

(1)原材料优选。目前我国几乎所有的硫酸法钛白粉生产工艺中选用的钛源都是钛铁矿，然而钛铁矿中含有一定量的铁元素，在进行结晶分离时会产生大量的副产物FeSO4·7H2O，为了分离该副产物，工艺中通常会用到结晶、过滤以及洗涤等化工操作单元，而这些操作产生了大量废水和废渣，对环境影响十分严重。鉴于此，硫酸法钛白粉生产工艺的钛源可以由传统的钛铁矿换为高品位的钛渣。钛渣中TiO2的含量大约为70%左右，用其代替钛铁矿作为钛源，并不需要对工艺设备做较大改动，而且还会省去硫酸亚铁结晶、钛液浓缩等高能耗的复杂工序，简化生产工艺的同时也降低了生产成本。目前安徽安纳达钛白粉厂、山东道恩钛业有限公司已经积极采用高钛渣替换传统钛铁矿，每吨钛白粉的耗酸量从原来的3.8t将至2.6t，同时不存在硫酸亚铁副产物，解决了生产过程中副产物废渣的处理问题。

(2)设备技术改造。硫酸法钛白粉生产工艺的废水来源主要是酸解和水洗工序，为缓解这一问题，目前山东道恩钛业有限公司从技术和设备两个方面对其进行改造，已取得了不错的效果。一是酸解尾气采用碱液进行吸收处理，不仅能够充分吸收尾气中的二氧化硫、三氧化硫气体，减轻尾气排放污染，而且也避免了大量酸性废水的产生。二是将酸解还原反应中的废酸进行循环利用，再次加入到酸解锅中进行二次反应，使得酸解反应不再产生废酸。三是对水洗塔以及过滤器进行设备改造，将原有一洗塔、二洗塔改造成为逆流洗涤塔，增加了偏钛酸料浆与可溶性杂质的分离效果，降低了水洗的次数以及频率。与此同时，目前大多数厂家均采用莫尔过滤机，该设备占地面积大，需要大量的水重复多次对偏钛酸进行洗涤过滤之后才能够达到质量要求，从而产生了大量的酸性废水。南京钛白化工有限公司摒弃了传统的莫尔过滤，而采用了进口的管式隔膜过滤机，能够有效地降低洗水用量和次数，固液分离效果十分良好，极具推广价值。管式隔膜过滤机与传统莫尔过滤机相比，每吨钛白粉的洗水量降低了10吨，有效地减少了酸性废水的总量，对环境起到了一定改善作用。

(3)废酸综合利用。硫酸法钛白粉生产工艺一洗上片过程会产生大量的废硫酸，质量浓度约为22%左右，这些废酸的处理通常是采用熟石灰酸碱中和，曝气絮凝沉淀之后经过板框压滤机进行分离，最终的固体废渣通过皮带输送至石膏堆场，造成严重的固废污染。无论是从循环经济还是清洁生产的角度来说，这种废酸的处理方式明显存在问题，其并未充分挖掘其剩余价值，只是将不可堆放废酸变为了可堆放的废渣。目前很多钛白粉企业开始积极探寻一洗废酸的综合利用，从源头上减少钛石膏固体废物的产生，总共得到三条途径。一是利用热源对废酸进行真空蒸发浓缩，提高废酸中硫酸浓度，并将浓缩废酸应用于磷肥行业或者制取硫酸铵作为肥料。二是将硫酸亚铁与废酸反应制取净水剂聚合硫酸铁，用于污水处理厂、化工厂处理污水。三是将系统废酸通过石灰石和熟石灰两次中和后制备石膏，应用于建筑行业之中，目前国外硫酸法的废酸大多采用该方法进行处理，而这一清洁生产方法的核心在于控制石膏的结晶速率和粒径，能够很好地进行过滤作业。无论是哪一种途径来处理废酸，都能够发挥出废酸的价值，使得整个生产工艺清洁环保，真正做到物尽其用。

4.结束语

笔者从原料优选、设备技术改造以及废酸综合利用等三个方面了新型清洁生产工艺，旨在改善钛白粉生产工艺对环境的影响，从而保证该行业清洁环保、绿色健康地发展提出。

(责任编辑 宋小蒙)

Process For Producing Titanium Dioxide By Sulfuric Acid Method

Cao Bo, Cui Yan
（SHANDONG DAWN TITANIUM INDUSTRY CO.,LTD, Shandong, 265700）

In this paper, the production process of titanium dioxide by traditional sulfuric acid method is introduced brie fl y, and the problems and shortcomings of this method are analyzed and pointed out.In view of these problems, a new clean production process is put forward from aspects of energy consumption, three kinds of waste treatment and technical equipment.The intention is to improve the environmental impact of titanium dioxide production process, so as to ensure the industry clean, environmental protection, green and healthy development.

Sulfuric acid method；Titanium dioxide；cleaner production

T

A

曹波（1983～），男，山东道恩钛业有限公司；研究方向：钛白粉技术与生产。