鈦(化學名為TiO2)是一種重要的化工原料,其物理、化學、光學和顏料性能,廣泛應用于涂料、造紙、塑料、化纖、橡膠、電器等工業(yè)領域。近年來,尤其是超細TiO2的開發(fā),其應用得到進一步擴大,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,其新的產品和應用領域還在不斷被開發(fā)。鑒于鈦對國民工業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用,其生產和應用已受到各國的重視。
鈦的生產主要技術有兩種: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,但該法技術先進,對環(huán)境污染小,產品質量高,其發(fā)展速度超過了法,發(fā)達國家新建的鈦廠幾乎全采用氯化法。
目前,鈦的生產和消費呈現(xiàn)良好的增長勢頭。全鈦的總生產能力約為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。國內鈦的生產現(xiàn)狀則是技術落后、生產規(guī)模 小、產量低并且產品質量差,產品產不足需,需大量進口?！?/p>
鈦簡易圖
鈦生產技術
1、法
法是于1916年在挪威首次實現(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行酸解反應生成氧鈦,然后經水解生成偏鈦酸,后經煅燒、粉碎即得鈦產品。法具有原料豐富、價廉易得以及工藝成熟、設備簡單和易于操作等優(yōu)點。缺點是工藝流程長、屬間歇操作,廢副產物排放量大,每生產1噸鈦就產生8~10噸20%廢、3~4噸亞鐵和0.2~0.3噸殘渣,因而治理費用高。
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。現(xiàn)今,國內外解決法環(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,提高設備產能;無需加鐵屑還原,省去了鐵屑還原、亞鐵結晶分離和鈦液濃縮三個工序;三廢排放量減少,三廢治理費用也就相應減少了。
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。目前國外法鈦生產廠已有半數(shù)以上改用以鈦渣為原料。國內采用法技術是于1956年由上海首先研制成功并投入工業(yè)化生產的。目前,全國有60多家生產廠,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鈦,可降低單耗近1/3,三廢量也相應減少。鎮(zhèn)江鈦
廠和上海焦化總廠鈦廠曾從加拿大進口過鈦渣以生產鈦,簡化了工序,縮短了生產周期,提高了產能。
2、氯化法
氯化法是于1959年由美國杜邦公司首先實現(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行高溫氯化,生成四氯化鈦,再經高溫氧化生成二氧化鈦,后經過濾、水洗、干燥和粉碎而得到鈦產品。
氯化法號稱“清潔的”生產方法,其生產工藝流程短,整個系統(tǒng)采用密閉連續(xù)操作,循環(huán)利用,三廢排放少,易于治理。預測萬噸級規(guī)模的生產裝置,每生產1噸鈦只產生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、工藝技術難度大、設備材質要求高,故至今其生產技術仍被少數(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。國內氯化法于1967年開始開發(fā)研究,至今已取得了很大的技術進展。
目前,國內一家采用氯化法生產的錦州鐵合金(集團)有限公司在引進國外部分先進技術和設備的基礎上,開發(fā)出了一套達到先進水平的氯化法鈦生產裝置,填補了國內空白。該套裝置生產能力為1.5萬噸/年,近期已順利開工,生產出高質量的鈦,基本上達到了國際質量標準,價格卻比進口產品降低了1/3左右。
近期又有消息報道,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核心技術的壟斷局面。該新型氧化爐與進口氧化爐相比,每噸產品原材料單耗降低2000多元。使用這種氧化爐生產出的鈦,其有關指標均達到美國杜邦公司同類產品的水平,其消色力指標甚至超過了杜邦公司生產的鈦。國內發(fā)展氯化法也是關注原料問題。
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?；げ客苛瞎I(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TiCl4高溫氯化成TiO2的技術路線,成了1000噸/年規(guī)模的中試。該所經技術攻關還實現(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,產品質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、廢水經治理后初步達到國家規(guī)定的排放標準。
推薦鈦相關文章閱讀：
- 金紅石型鈦法生產工藝流程2013-01-09
- 淺析氯化聚乙烯CPE主要應用領域2013-01-04
- 2013-01-04
簡繁切換