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氯化法钛白粉的生产工艺

  钛白粉生产方法主要分为硫酸法和氯化法,目前我国的钛白粉生产基本上采用硫酸法。氯化法采用连续工艺,与硫酸法相比,过程简单,产品质量易于控制,大大减少了废弃物的产生,并大幅度节省能源。

  由于氯化法在环保、能耗和产品质量等方面具备的明显优势,全球过去20年间新增的产能主要集中于氯化法。最近一两年,中国采取氯化法工艺的新建项目也纷纷上马。根据原料矿石性质和副产金属氯化物处置方法的不同,氯化法的前段工艺可以采用下列四种不同的方案:

  以上各方案针对不同的厂址均可能存在优势或限制。方案A 工艺生命周期(即从矿源到钛白粉成品)能耗低,环境压力小但对地质条件要求高,环保设施投资多,且技术难度大,不易掌握;方案B 前段反应条件偏氧化,利于毒性强的二恶英类物质生成;方案C 地面固废量大,耗水量较高;方案D 被目前国际上主要氯化法生产厂商所采用,此工艺生命周期能耗较高,放射性物质相对富集于地面渣场。

  氯化法不同工艺方案的优劣,不能一概而论,而要根据环境、能耗、经济可行性和社会效益综合考虑其可持续发展性来评价。若是在现有厂址进行扩建,则应选择对该厂址最具可持续发展的工艺方案;若是新建工厂,则工艺方案的选取应充分遵循综合环境影响最小和生命周期(即从矿源到钛白粉成品)能耗最低的原则。

  说到生命周期能耗,就不能不提钛资源的分布及利用情况。钛在地壳中含量为4400 克/吨,居自然元素丰度第九位,比常见金属铜、铅和锌的总量还多。已发现含钛1%以上的矿物有80 多种,工业上使用的主要有两种:金红石和钛铁矿。金红石含TiO2 品位高,但储量有限,分离步骤复杂。钛铁矿储量丰富,是钛白粉工业的最主要原料,因TiO2 含量相对低,须通过物理方法进行富集。

  钛铁矿分岩矿和砂矿两种。它们既有原生的(岩矿),也有次生的(风化残坡积及沉积砂矿)。典型的原矿TiO2 含量只有几个百分点,经过重选、浮选、磁选或电选等方法选矿后,可制得TiO2 含量在30-70%之间的各级钛铁矿精矿。

  如下图所示,从钛铁岩矿选矿得来精矿含TiO2 大约为30%-45%。主要为硫酸法厂商使用。也有制矿公司将这类钛铁岩矿在还原条件下加热到1600 摄氏度以上熔炼制成硫酸法级钛渣,甚至提纯为更高级的钛渣为氯化法厂家所用。钛铁砂矿经选矿后根据磁选的步骤多少,可进一步分为3 档,含TiO2 在45~58%的称为初级钛铁矿,含TiO2 在58-64% 和64-70%分别为二级和三级钛铁矿。初级钛铁矿可直接为硫酸法使用或进一步炼制成氯化法级钛渣供给氯化法厂商。 品位相对高的钛铁矿(58%-70%)以及白钛石(蚀变钛铁矿)可直接为杜邦氯化法使用。天然金红石储量有限,不可能大规模使用。人造金红石是以二级钛铁矿为原料,通过还原和酸浸提高TiO2 含量。 但此法有两个限制,一是原料中铬、镁含量不可过高,二是精炼厂必须有处理或处置废弃物的能力。

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