鈦(化學(xué)名為TiO2)是一種重要的化工原料,其物理、化學(xué)、光學(xué)和顏料性能,廣泛應(yīng)用于涂料、造紙、塑料、化纖、橡膠、電器等工業(yè)領(lǐng)域。近年來,尤其是超細(xì)TiO2的開發(fā),其應(yīng)用得到進(jìn)一步擴(kuò)大,如用于催化劑、化妝品、食品包裝材料和汽車工業(yè)等。與此同時(shí),其新的產(chǎn)品和應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷被開發(fā)。鑒于鈦對國民工業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用,其生產(chǎn)和應(yīng)用已受到各國的重視。
鈦的生產(chǎn)主要技術(shù)有兩種:法和氯化法。法工藝成熟較早,但存在環(huán)境污染問題。氯化法雖然出現(xiàn)較晚,但該法技術(shù)先進(jìn),對環(huán)境污染小,產(chǎn)品質(zhì)量高,其發(fā)展速度超過了法,發(fā)達(dá)國家新建的鈦廠幾乎全采用氯化法。
目前,鈦的生產(chǎn)和消費(fèi)呈現(xiàn)良好的增長勢頭。全鈦的總生產(chǎn)能力約為450萬噸/年,1998年的需求量為355.5萬噸/年,1999年的需求量為382萬噸/年,增加了約27萬噸。國內(nèi)鈦的生產(chǎn)現(xiàn)狀則是技術(shù)落后、生產(chǎn)規(guī)模 小、產(chǎn)量低并且產(chǎn)品質(zhì)量差,產(chǎn)品產(chǎn)不足需,需大量進(jìn)口?！?/p>
鈦簡易圖
鈦生產(chǎn)技術(shù)
1、法
法是于1916年在挪威首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的。該工藝現(xiàn)已趨于完善。其流程大致為:先將鈦鐵礦粉與濃進(jìn)行酸解反應(yīng)生成氧鈦,然后經(jīng)水解生成偏鈦酸,后經(jīng)煅燒、粉碎即得鈦產(chǎn)品。法具有原料豐富、價(jià)廉易得以及工藝成熟、設(shè)備簡單和易于操作等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是工藝流程長、屬間歇操作,廢副產(chǎn)物排放量大,每生產(chǎn)1噸鈦就產(chǎn)生8~10噸20%廢、3~4噸亞鐵和0.2~0.3噸殘?jiān)?因而治理費(fèi)用高。
目前,上有近50%的工廠在使用法,其中約有40%以上的工廠因不符合環(huán)保要求,將逐步被淘汰?，F(xiàn)今,國內(nèi)外解決法環(huán)保問題的主要途徑是改變原料路線,即提高鈦原料品位,用含TiO270%以上的富鈦原料取代TiO250%的鈦鐵礦。以鈦渣為原料可降低酸耗,提高設(shè)備產(chǎn)能;無需加鐵屑還原,省去了鐵屑還原、亞鐵結(jié)晶分離和鈦液濃縮三個(gè)工序;三廢排放量減少,三廢治理費(fèi)用也就相應(yīng)減少了。
另外,公用工程消耗有所降低。其次是廢物利用,如將鈦白廢酸用于生產(chǎn)工業(yè)錳、磷肥等;二次廢水用于制活性白土等。目前國外法鈦生產(chǎn)廠已有半數(shù)以上改用以鈦渣為原料。國內(nèi)采用法技術(shù)是于1956年由上海首先研制成功并投入工業(yè)化生產(chǎn)的。目前,全國有60多家生產(chǎn)廠,除1家采用氯化法外,其余的均采用法。在環(huán)保問題上,國內(nèi)也采用以鈦渣代替鈦鐵礦的方法,如利用由攀枝花鈦精礦煉制的酸溶性鈦渣來生產(chǎn)鈦,可降低單耗近1/3,三廢量也相應(yīng)減少。鎮(zhèn)江鈦
廠和上海焦化總廠鈦廠曾從加拿大進(jìn)口過鈦渣以生產(chǎn)鈦,簡化了工序,縮短了生產(chǎn)周期,提高了產(chǎn)能。
2、氯化法
氯化法是于1959年由美國杜邦公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的。該法是將天然金紅石或高鈦渣粉料與焦炭或石油焦混合后進(jìn)行高溫氯化,生成四氯化鈦,再經(jīng)高溫氧化生成二氧化鈦,后經(jīng)過濾、水洗、干燥和粉碎而得到鈦產(chǎn)品。
氯化法號稱“清潔的”生產(chǎn)方法,其生產(chǎn)工藝流程短,整個(gè)系統(tǒng)采用密閉連續(xù)操作,循環(huán)利用,三廢排放少,易于治理。預(yù)測萬噸級規(guī)模的生產(chǎn)裝置,每生產(chǎn)1噸鈦只產(chǎn)生0.15~0.3噸廢渣,廢水約20~50m3。其不足之處是對原料要求高、資源少、工藝技術(shù)難度大、設(shè)備材質(zhì)要求高,故至今其生產(chǎn)技術(shù)仍被少數(shù)幾家公司所壟斷,如杜(DuPont)、美聯(lián)(Millennium)等。
鑒于氯化法受到資源缺乏的限制,目前各公司紛紛致力于用合成金紅石或高鈦礦渣,甚至用低品位的鈦精礦來代替天然金紅石。其中,杜邦公司已成功地將含TiO260%左右的鈦鐵礦用于氯化法鈦的生產(chǎn)。國內(nèi)氯化法于1967年開始開發(fā)研究,至今已取得了很大的技術(shù)進(jìn)展。
目前,國內(nèi)一家采用氯化法生產(chǎn)的錦州鐵合金(集團(tuán))有限公司在引進(jìn)國外部分先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上,開發(fā)出了一套達(dá)到先進(jìn)水平的氯化法鈦生產(chǎn)裝置,填補(bǔ)了國內(nèi)空白。該套裝置生產(chǎn)能力為1.5萬噸/年,近期已順利開工,生產(chǎn)出高質(zhì)量的鈦,基本上達(dá)到了國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),價(jià)格卻比進(jìn)口產(chǎn)品降低了1/3左右。
近期又有消息報(bào)道,中科院化冶所與該公司聯(lián)合研制成功一種新型氧化爐,從而打破了西方國家對鈦生產(chǎn)核心技術(shù)的壟斷局面。該新型氧化爐與進(jìn)口氧化爐相比,每噸產(chǎn)品原材料單耗降低2000多元。使用這種氧化爐生產(chǎn)出的鈦,其有關(guān)指標(biāo)均達(dá)到美國杜邦公司同類產(chǎn)品的水平,其消色力指標(biāo)甚至超過了杜邦公司生產(chǎn)的鈦。國內(nèi)發(fā)展氯化法也是關(guān)注原料問題。
用弱氧化—稀加壓浸取和流態(tài)化浸取攀枝花鈦精礦制得了的人造金紅石,這為我國發(fā)展氯化法解決了原料問題。化工部涂料工業(yè)研究所于1986年在廈門電化廠以合成金紅石或高鈦礦渣為原料,經(jīng)TiCl4高溫氯化成TiO2的技術(shù)路線,成了1000噸/年規(guī)模的中試。該所經(jīng)技術(shù)攻關(guān)還實(shí)現(xiàn)了氧化尾氣返回氯化、循環(huán)使用、低水平連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量超過日本石原公司的R-820,接近美國杜邦公司的R-902水平。廢氣、廢水經(jīng)治理后初步達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
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