钛白粉生产工艺的探究

覃愿

广西金茂钛业有限公司543300

摘要：随着我国经济的发展，我国化工业领域技术也日益提高。最典型的例子就是钛白粉的运用与发展，钛白粉是目前发展速度比较快的化工产品，广泛应用于生活中的各个领域。因此，本文以钛白粉生产为研究对象，主要是对其生产工艺的相关内容进行了分析论述。

关键词：钛白粉；生产工艺；发展

一、我国钛白粉的发展状况

现阶段，钛白粉的主要生产方法有硫酸法和氯化法两种。其中应用最为广泛的是硫酸法，该方法为传统工艺，经过80多年的发展，技术成熟，设备也已基本定型。该法对原料品位要求不高，矿源丰富，价廉易得，但工艺流程长，“三废”排放较多，对环境污染大。氯化法是以金红石或高钛渣为原料，经氯化生产四氯化钛，然后在高温下氧化而制得。该方法是后开发的工艺，生产流程短，产品质量好，可实现生产的连续化和自动化，氯气可循环利用，“三废”排放少。目前，发达国家由于成本和环保的压力闲置了部分硫酸法生产线，新上的钛白粉生产线大部分采用氯化法，氯化法生产的钛白粉在钛白粉市场中占有越来越大的比重，但氯化法生产钛白粉的技术仅掌握在少数几家大公司手中，且进行技术垄断，一般不予转让；而国内目前尚无成熟的大型化氯化法生产技术。同时氯化法钛白工艺对原料的要求高，国内目前尚无可靠的原料来源。相比之下，国内硫酸法钛白技术与国外的差距已日趋缩小，尤其随着近几年对引进技术的消化吸收，我国硫酸法钛白的生产技术和装备水平有了新的突破，硫酸法生产钛白粉过程中产生的污染物大幅减少且硫酸法能生产氯化法无法生产的锐钛型钛白粉，因此未来一段时间内两种生产工艺将同时并存。

二、钛白粉生产工艺的分析

钛白粉是白色颜料中最优的选择，在现有技术中，钛白粉广泛用于塑料、涂料、造纸、橡胶、化学纤维、油墨和化妆品等领域。最初发现钛白粉是1791年，科学家在分析砂铁的时候发现了一种新的白色氧化物，然后这种物质经过确定为二氧化钛，而后在1912年发明了由矿石生产白色颜料的硫酸法，1940年以后，更为先进，方便的氯化法进入了工业性试验，并于1958年在美国开始了工业化的生产。目前，在钛白粉生产领域，氯化法和硫酸法是两种比较主要的工艺路线。

钛白粉有三种晶体形态，分别为金红石型、锐钛型和板钛型。其中板钛型不能用作颜料使用，在工业中作为颜料使用的主要是锐钛型和金红石型钛白粉。从颜料性能看，金红石型钛白粉优于锐钛型钛白粉，金红石型钛白粉中又以经表面包覆处理的产品居多。

钛白粉既可用钛精矿、金红石制取，也可用钛渣制取。有文献记载的制取钛白粉的方法有很多，包括硫酸法、氯化法、盐酸法磷酸法、硝酸法、氟化法、碱金属化合物熔融法等。但实际上能够实现工业化规模生产的目前只有硫酸法和氯化法两种，盐酸法虽然有不少报道，并有美国的公司完成了每天5t的中试，但是尚未完成工业化的规模生产。

1.硫酸法生产工艺

硫酸法钛白粉生产过程中产生大量的回转窑煅烧尾气，该尾气主要是回转窑燃烧产生的烟道气，具有一定的温度（350-400℃），含湿量较大，含硫酸雾、三氧化硫、钛白粉粉尘。目前尾气处理过程为：先在沉降室内通过重力沉降除去大部分粗颗粒粉尘，然后再采用碱水喷淋方式，使大部分SO3被碱液中和，粉尘经水湿润后凝聚成大颗粒随水排入回收池中，废气的温度同时得到降低，然后进入电除雾器，在高压静电场的作用下酸雾和极少量的粉尘被除去，符合排放标准的尾气高空排放。回收池中的钛白粉经过板框压滤机过滤回收或沉淀池进行沉淀回收，这种方法称为湿法回收。

硫酸法钛白制造是采用硫酸酸解钛矿或钛渣，产生钛液（硫酸氧钛），再经过一系列工艺处理，生产钛白粉。硫酸法的生产工艺相对简单，可以用品位较低的钛精矿来生产，并可生产锐钛型和金红石型两种类型的钛白粉。但硫酸法产品的品质要低于氯化法生产出来的钛白粉，另外硫酸法所产生的废酸等，如不进行处理将对环境会造成一定污染。

2.氯化法生产工艺

氯化法钛白粉制造是利用氯气产生四氯化钛，再经过一系列工艺处理，生产钛白粉；盐酸法钛白粉的制造经过几十年的探索，目前还没有工业化，主要原因是：第一，工艺不成熟，钛液的取代反应（钛白粉行业内称为水解，以下称取代反应为水解）质量不好，无法生产涂料级钛白；第二，盐酸的回收利用不彻底，不环保；第三，除杂工艺不完善。由于氯化法生产的钛白粉品质更好，性能更稳定。另外氯化法对环境基本不造成污染，而硫酸法对环境影响大，这也成为国外硫酸法钛白粉生产厂纷纷停产或转产的主要原因。

3.盐酸法生产工艺

盐酸法工艺是采用盐酸浸取钛铁矿，将得到的浸取液进行还原反应，经冷却结晶从中分离出氯化亚铁，而后将得到的含钛浸取液进行萃取得到高钛液，高钛液经水解生成偏钛酸，再经煅烧、粉碎等工序得到钛白粉产品。其优点在于可以使用低成本的钛原料，能量消耗低，可同时生产锐钛型、金红石型以及纳米级钛白粉，废物产生少，无需深井填埋，比硫酸法和氯化法生产成本低，投资费用与两者相当，但是其能否实现工业化生产目前仍有待检验。

目前，我国绝大部分钛白粉生产企业还是以硫酸法工艺为主，硫酸法钛白粉占到总产量的98%。在国外，硫酸法工艺从20世纪70年代以来就逐渐被淘汰，发展成至今以氯化法工艺为主导的局面。在国内，目前钛白粉的生产仍以硫酸法工艺为主。钛白粉工业的发展与整个国民经济发展有着密切的关系，其消耗量的多少，可以用来衡量一个地区乃至国家国民经济发展水平和生活水平的高低，因此钛白粉工业的发展备受工业发达国家的重视。

氯化法钛白粉的占比逐年增加，硫酸法注重清洁生产，两者将并存发展。随着各国环保法规的强化和用户对产品质量要求的提高，部分硫酸法钛白粉厂相继关闭，加快了发展氯化法钛白粉的步伐。截至目前，氯化法钛白粉产能约在全球总产能的62%，已经占据了主导地位。

由于氯化法的先进性，可以预计在将来，钛白粉的生产工艺将继续向氯化法转移，如何降低氯化法对钛原料的品位要求，从而解决高品位钛矿日益枯竭的现状，是氯化法钛白粉未来的发展重点。与此同时，由于硫酸法可以采用低品位的钛矿作为原料，并且能够生产锐钛型钛白粉，因此硫酸法未来仍将存在，并于氯化法共同发展。通过提高硫酸法所采用钛原料的品位，例如通过采用酸溶性钛渣代替低品位钛铁矿从而提高硫酸法钛白粉的品质；以及通过酸循环工艺以及其他清洁产生工艺来降低硫酸法对于环境所造成的污染是硫酸法钛白粉未来的关注重点。

三、结束语

综上所述，钛白粉是一种重要的无机化工产品，广泛地应用于涂料、油墨、塑料、造纸、化纤、橡胶等制造行业，其用量被一些经济学家看成是一国人民生活水平高低的重要指标之一。本文对钛白粉生产工艺的相关内容进行了论述，希望能够更好地发挥其作用。

参考文献：

[1]丁浩,刘玉芹,周红.中国钛白粉生产环境效应及可持续发展[J].地学前缘，2014（09）.

[2]崔佳娜,任慧莉.我国钛白粉生产工艺技术的发展及比较[J].稀有金属与硬质合金，2013（08）.

[3]刘宏,陈文娟,戴建军.钛白粉生产工艺优化与设备改进[J].无机盐工业，2013（09）.

[4]贾荣畅,齐鲁,周惆,张强.氯化法钛白粉生产工艺及产污环节分析[J].山东化工，2014（07）.