硫酸法钛白粉企业循环经济模式研究

2021-01-11马艳萍龙蟒佰利联集团股份有限公司河南焦作454191

化工管理 2021年21期

马艳萍(龙蟒佰利联集团股份有限公司，河南焦作 454191)

1 传统循环经济模式

1.1 硫-磷-钛循环经济

该循环经济模式的核心在于充分利用生产过程中的废弃物，减少因为硫酸法钛白粉生产过程中被遗弃的废弃物，发挥废弃物对生产工作的作用，提升生产的总体经济效益[1]。循环过程中，会利用配套硫酸装置的余热，以及使用生产中产生的废酸，实现资源利用的变废为宝。

硫酸法生产钛白粉过程中会大量使用浓硫酸作为辅助材料，由于浓硫酸需求量比较高，所以仅仅依靠外购浓硫酸可能呆板和僵化，很难结合工厂生产计划调整浓硫酸供应，为此，企业可以自行建立硫酸生产装置满足企业发展和建设的要求。硫酸装置所产生的蒸汽副产品也能应用到钛白粉的生产中提供反应热，从而能降低锅炉的供热需求，减少锅炉投资，也能避免锅炉产生的废气对空气所造成的污染。企业自行生产浓硫酸，还省去了浓硫酸的运输费用，更避免了运输工作所导致的环境污染。

利用废酸浓缩回用技术，会排出含有游离酸的一水硫酸亚铁渣，按照25%的掺烧比可以应用到硫酸的生产中，根据技术实践结果，每生产1 t一水硫酸亚铁，都能获得500 kg硫酸。硫酸生产中，会使用水和三氧化硫结合，一般每生产1 t浓硫酸需要水140 kg。如果钛白粉企业配套硫酸装置，就可以在钛白粉生产中利用废酸回用技术，最终实现酸平衡，也能控制废酸浓缩的终点浓度，控制钛白粉生产成本。比如硫酸装置每年需要使用水0.4万吨，通过废酸浓缩就可以降低蒸发量0.4万吨，如果每蒸发1 kg水需要消耗0.3 kg的饱和蒸汽，则通过该技术一年可以节约9 000 t蒸汽，结合煤对蒸汽的生产，总共能够在一个生产周期中节约1 800 t煤[2]。

对于多余的硫酸，可以应用到磷肥生产中，目前采用硫酸分解磷石生产过磷酸钙能获得比较快的生产速率，一般使用100%的浓硫酸，每1 t过磷酸钙生产会使用350 kg。经过萃取之后可以获得磷酸和其他的磷酸盐产品，也具有比较高的经济性，能满足经济效益的要求。

1.2 硫-铵-钛循环经济模式

硫-铵-钛循环经济模式和硫-磷-钛的经济模式类似，会在生产中充分利用钛白粉生产出现的废物问题，让此前作为废物的副产物产品化，减少经济浪费，加强对各种物质的合理利用。循环过程中也会利用硫酸生产所产生的余热，和硫-磷-钛具有相同的效益，利用废酸浓缩，能够产生硫酸亚铁，可以制成净水机投入到市场中，经过废酸浓缩，也可以生产商品硫酸铵，之后就可以实现所有废物的全部综合利用，有效提升总体经济效益。

1.3 传统循环经济模式比较

上述两种循环经济模式在循环经济思路上是相同的，利用配套的硫酸装置能够解决钛白用酸需求，而且硫酸装置生产过程中的余热也能为钛白粉生产提供热蒸汽，依靠综合利用热源降低了钛白粉生产的总体蒸汽消耗[3]。钛白粉生产过程中的废酸可以继续用于其他产品的加工，比如能获得磷酸盐和硫酸铵制品，能利用综合使用获得非常高的经济效益。但是使用这两种方法，存在应用上的局限性，而且废物回收的过程中还会引发很多新的环境问题。使用硫-磷-钛循环经济模式，会大量使用磷矿资源，而且对物流效率要求较高，因此必须将工厂设置在交通效率高、物流成本相对较低地区。钛白粉生产、硫酸铁矿制酸、磷酸钙生产的效率比应该为1：4：2，所以对于一条生产效率为6万吨/a的钛白粉生产线，整个系统对于物流的需求达到了24万吨以上，虽然节约了硫酸运输的成本需求，但是其他物资的物流成本支出依然很高，所以物流运输成本将会决定该系统能否真正运行。从生产的流程分析，硫酸只是生产过程中的辅助原料，在生产中只是发挥转化载体的作用，所以才会在钛白粉生产的过程中产生大量的废酸，虽然依靠硫-磷-钛的循环经济模式解决了废酸问题，但是磷酸钙生产时还产生了磷酸石膏渣，同样是难以利用的废物，必须堆存在渣场当中，所以还会继续导致其他的环境问题出现。

利用硫-铵-钛的循环经济模式，获得废烯酸可以不经浓缩直接应用到硫酸铵的生产中，从而降低了由于废酸蒸发浓缩所导致的蒸汽消耗，而且硫酸铵产品的环境影响也比较小。通过使用硫酸铵，还能改良酸性土壤，具有一定的市场价值。但是酸性土壤主要分布在我国的南方，导致市场对硫酸铵的需求量十分有限。

2 新型循环经济模式

2.1 富钛料-钛白粉-硫酸循环经济模式

该循环经济模式基于全新的富钛料湿法生产工艺，以富钛料作为硫酸法钛白粉的原料，通过盐酸浸出生产富钛料，比使用电热法生产富钛料的能耗更低，而且盐酸也可以回收利用，所有产生的废渣都能重复使用[4]。该技术还并不会产生外排的废水，因此能控制由于生产所导致的环境污染负荷。而且，使用富钛料根据有品质高的优势，相比于使用硫酸法生产所导致的大量废物产出，使用该方法在控制废酸、废铁、废水、亚铁等方面具有非常好的效果。

2.2 电石渣代替石灰进行废水处理

电石水解之后，就会产生以氢氧化钙为主的废渣，生产过程中，1 t电石加水之后可以获得300 kg的乙炔气体，还会生成10 t的工业废液。由于其中同样含有氢氧化钙，所以可以使用电石来代替石灰进行钛白粉的含酸废水处理，其具有非常高的净化效率，高于传统方法下使用石灰石的方法。

3 现有钛白粉循环经济模式存在的问题

3.1 硫酸亚铁难以有效利用

使用硫酸法生产钛白粉时，每生产1 t钛白粉会产生3～4 t的硫酸亚铁，在使用高钛渣替代钛精矿作为原料时，能让硫酸亚铁的产量明显降低。但是使用这种方式会导致成本升高，比如根据含钛量的情况，利用高钛渣作为原料时，会把成本提高到钛精矿的2倍，所以绝大多数企业会使用全钛精矿作为原料生产达到控制成本的目的。虽然所获得硫酸亚铁在用途上比较广泛，包括能应用在防腐剂、消毒剂、净水剂、媒染剂中，但是如果钛白粉厂家的位置比较偏僻，会导致硫酸亚铁很难向外运输，而且对于偏远地区，也难以通过当地市场消化，还会由于外运成本比较高存在经济不划算的问题，所以硫酸亚铁的处置比较困难。

3.2 对废酸缺少有效的利用

虽然使用硫-磷-钛循环经济模式可以极大程度提升对所有废物的利用效率，或者使用硫-铵-钛获得更高的效益，但如果当地的磷矿资源非常少，而且对硫酸铵的消费市场也比较小，比如当地为碱性土壤，则两种循环经济模式都难以实现，会最终导致废酸难以利用的问题[5]。首先，对废酸的处理工作中浓缩成本非常高，相对于磷酸生产只需要50%的浓硫酸，硫酸铵几乎不需要浓缩的客观条件，如果直接回收废酸，需要将浓度至少提升到70%。而且废酸浓缩相比购买新酸在单价上更高，如果需要制得具有更高浓缩倍数的浓硫酸，还要更新浓缩设备，将会提升设备在投资、维护方面的成本，很难获得比较高的综合效益，也对企业的运营十分不利。废酸经过浓缩之后还会产生废水，会导致废水的处理成本增加，以及会产生大量的石膏废渣，还会导致环境污染问题。

3.3 水处理站石膏渣量大

如果废酸很难处理，就会因为处理废酸导致大量的石膏渣产出，所产生的石膏渣同样具有难以处理的问题。而且，废酸处理过程中会消耗大量的石灰，如果地区的石灰产量比较低，只能使用石灰石进行处理，会造成更为严重的石膏渣环境问题。虽然石膏渣可以利用在水泥建材中，但是由于生产过程中石膏渣的渣量过大，不能实现综合利用，所以继续进行堆存还会产生环境问题。