硫酸法钛白粉生产废副产物资源化循环利用方法研究

钛白粉属于精细化工范畴中的重要基础材料，在很多工业应用中都起着关键的作用，我国钛白粉产业规模很大，硫酸法因为技术成熟度较高并且经济性很好，所以占了主导地位，这种工艺在生产过程中会产生废酸，硫酸亚铁以及钛石膏等副产品，传统的处理方法既会造成资源浪费又会导致很严重的环境污染，这与国家提倡的循环经济理念是相违背的，随着环保政策变得越发严格而且新能源，新兴产业发展迅速，这些副产品的资源化利用价值慢慢显示出来，就在这样的大环境之下，深入探究硫酸法制备钛白粉时副产品资源化循环利用的机制变得很有必要，这样做可以提升资源的综合利用率，削减生产成本，改良生态环境，推动钛白粉产业可持续发展，本文把硫酸法制备钛白粉过程中副产品资源化循环利用作为研究方向，全面剖析有关问题并给出可行的改良方案。

1.钛白粉行业现状

钛白粉属于精细化工范畴的重要原料，它以二氧化钛为主要成分，凭借优良的物理化学稳定性能，极佳的遮盖能力以及高白度特性，在涂料，塑料，造纸，化纤以及食品加工等众多行业里得到广泛使用，渐渐成长为现代化工体系里的关键支撑部分，近些年来，它的市场需求一直处在不断增长的状态当中，有关数据统计显示，2022 年我国钛白粉的总体产量已经达到了 391.4 万吨[1]。到 2024 年底，全国钛白粉总产能、总产量分别提升至 596.6 万吨/年、495.2 万吨/年，其中硫酸法与氯化法总产能、总产量分别为 498.1 万吨/年、98.5 万吨/年，428.9 万吨/年、66.3 万吨/年。

钛白粉制备工艺大致分为硫酸法和氯化法这两种技术路线，硫酸法属于历史悠久而且工艺成熟的传统方法，它的设备构造比较简单，操作流程也很清楚，所以在国内的中小企业里被普遍采用，现在中国大概有 90% 以上的钛白粉生产公司采用硫酸法工艺，而采用氯化法的企业就比较少。

硫酸法由于经济实惠且技术成熟，在钛白粉工业生产中占据主导地位，主要以钛矿尾渣或者酸溶性钛渣为原料，采用浓硫酸氧化溶解，生成硫酸氧钛，然后水解析出二氧化钛水合物，经过煅烧提纯等一系列后续处理得到产品，其典型流程包括原料预处理、酸解氧化、水解沉淀、煅烧提纯等几个重要环节（如图 1 所示）。

2.硫酸法钛白粉生产废副产物循环化利用途径探讨

2.1 硫酸法钛白废酸回用

（1）废酸稀释净化回用。想要达成更严厉的减排目标，降低企业的运营成本，我国一些企业已经开始预先部署有关技术装备，拿安徽金星钛白有限公司来说，该企业把废酸稀释净化工艺引入进来，在构建40 万吨/年废酸净化回用设施的时候，就取得明显的经济收益和生态利益[2]。

（2）废酸浓缩回用。当前，钛白粉产业大多采用真空浓缩技术来处理废酸资源，在此工艺流程里，大约 20% 的废酸会经过调节蒸发强度和浓缩级数，被分别浓缩成 50% 、 70% 或者 90% ，析出的 FeSO4·H2O 可以做到资源化回收，国内绝大多数钛白粉生产企业一般利用煅烧尾气余热（大概 400℃）把部分废酸浓缩到 28%～30% ，然后经过滤液预处理之后送进双效浓缩设备，进一步浓缩到 50% 浓度，每蒸发1 吨水分大概要耗费 0.65-0.7 吨蒸汽当作驱动能源。

当下，不少国内硫酸法钛白粉厂商已经实行废酸浓缩这一举措，涉及的厂家有镇江钛白厂，四川龙蟒德阳基地，广西蓝星大华，宁波新福以及湖南玉兔等，中核安徽金星钛白和东方钛业打算于 2022 年采用这项工艺，甘肃东方钛业资源综合再利用项目作为例子显示，该项目通过浓缩将钛白粉制造过程留下的废酸从 22% 提升到 55% ，这既能保证酸解工序的需求，又有富余酸液供给磷酸一铵工厂使用，从而大幅度缩减了中和费用，并削减了二氧化钛排放量，在推进资源高效整合和循环再利用的同时，有益于实现该企业对“硫-磷-铁-钛-锂”多元素整合运用这一目标[3]。

2.2 硫酸法钛白亚铁回用

作为化工行业中的关键原料，在生产钛白粉过程中硫铁矿的作用不能轻视，目前来看国内硫酸法生产钛白粉过程中所产生的七水硫酸亚铁常常被看成副产品，其商业上的运用方式呈现出多样的态势特征，部分公司把七水硫酸亚铁经过烘干设备执行干燥流程之后再对外售卖；因为受地理位置、市场需求等多种复杂性原因限制，少数几家企业的这种产品没办法做到立刻进行商品化的处理操作，从而只能采取将它作为固废进行中和或者堆置存放的方式；这样的处置过程会引发大量的硫铁资源被废弃浪费掉的情况产生，还使得整个公司的运营成本增加很多，与此同时还要承受着由于石膏排放增多所带来的额外负担；建立高效的回收复用机制已是不可回避的事情，这对于促进该行业的长远发展来讲具备重要的理论意义以及实际价值作用。

2.3 钛石膏的回用

钛石膏回用可从影响因素入手，探析其回用途径。

（1）钛石膏回用的影响因素。我国硫酸法钛白生产时产生的钛石膏，经过中和废水处理之后，常常借助隔膜压滤机完成固液分离，它的游离水含量大概在 40% 到 60% 之间，近些年来，大部分钛白生产企业开始采用高压隔膜压滤技术，把钛石膏的含水量降到大约 25% ，不过这个数值依然处在较高水平，这就明显加大了运输过程中的物流费用，跟脱硫石膏相比，钛石膏里二水硫酸钙晶体颗粒尺寸更小，这不但造成煅烧后的建筑石膏粉堆积密度变低，成型性能变差，也就是标准稠度偏高，而且限制了它在建筑材料方面的应用范围，由于自然石膏以及火电厂脱硫石膏资源比较丰富，这使得钛石膏在建材行业里的资源竞争更加激烈，受到地域分布等诸多因素的影响，有些地方缺乏钛石膏回收利用设施或者没有配套的加工能力，这样就推动了整体的处置成本上升，再加上经济欠发达地区的需求不高，陷入了更复杂的经营局面[4]。

（2）钛石膏回用技术探究。在硫酸法钛白粉生产过程中，污水处理环节中隔膜压滤机部分的改进有着相当重要的作用，降低石膏游离水含量，突破运输瓶颈是其关键所在，对于解决钛石膏资源化利用的困扰，利用化学或物理的方法，提取并分离出影响其再生利用的关键组分，同时通过控制二水硫酸钙晶体结构，增强其在建筑行业的应用性能，摒弃以往单一回用的方式，寻求创新性的解决方法，使得钛石膏可以更高效地回收再用，在此问题上，已经有一些公司开始尝试采用多层交错堆放的形式结合设置排水、覆盖植被等技术措施，但这些技术体系尚未成熟也未能广泛的推广使用，因此仍需进一步的发展与完善才能符合实际工程的要求，促进行业的可持续性发展[5]。

3.总结

我国钛白粉产业中主流生产工艺硫酸法以技术成熟，市场竞争力强占据绝对优势地位，该工艺所产的硫酸亚铁既是重要副产物，又兼具直接销售回收利用和深加工成高附加值产品的双重价值，并表现出明显的经济效益及应用前景，尤其是在新能源领域快速发展之时，个别企业已经把它当作核心产品来大力研发，在废物处置环节，硫酸法依然存在着种种难题等待克服，比如产生的废渣废液废气排放量巨大，又或者不能满足高品质需求等等情况皆存在。

在国内目前形势下，国内钛白粉生产厂商要着重对硫酸法制备技术进行革新，还要着手布局从硫酸法向氯化法转变的战略，通过系统地引入国际先进的氯化法工艺，并结合国内市场需求制定差异化的优化方案，在保证生态环境可持续发展的同时，重点开发高端钛白粉产品以降低对外依赖度，从而开拓更为广阔的全球市场。

参考文献

[1] 林发蓉,钟晓英,何俊,等.硫酸法钛白粉生产中产生的水解垢制备三价钛的工艺技术研究[J].四川化工, 2024, 27(2):1-4.

[2] 李姣姣.硫酸法钛白粉生产过程中的节能减排技术研究[J].化纤与纺织技术, 2024, 53(10):62-64.

[3] 李萍,乔虹.硫酸法钛白粉酸解主反应对固相物溶解度影响研究[J].山西化工, 2024, 44(12):20-21,24.

[4] 张睿,廖光瑞,马瑞邦,等.硫酸法钛白煅烧尾气处理工艺研究[J].化工设计通讯, 2023, 49(3):197-199.

[5] 向泉锦.钛精矿酸解过程中升华硫产生机理及其减排研究[D].重庆理工大学,2024.

作者简介：马明建（1986.12），男，汉族，四川巴中，本科，初级工程师，研究方向：钛化工资源综合利用和过程能耗控制技术