[发明专利]硫酸法生产钛白粉的三废回收利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫酸法生产钛白粉的三废回收利用方法，属于三废治理及综合利用的技术领域。

背景技术

钛白粉是一种高档优质白色颜料，是一种重要的无机化工产品。它的化学性能稳定，具有高折射率和理想的粒度分布。因此，以其良好的遮盖力、着色力，广泛应用于涂料、油墨、料、橡胶、纸张、陶瓷和合成纤维等行业。随着经济不断发展，钛白粉的需求量不断提高。从2000年以来，我国完成了国产化大型钛白装置及设备的国产化工作，钛白粉行业向着大型化和规模化迅速发展。钛白粉产量从2000年的290kt增至2009年的1050kt，年增长率为35％，产能达到1500kt，约占全球总产能的28％。2010年钛白粉产量达到1474kt，增长率达到了40％。钛白粉行业迎来了发展的繁荣期。

但是，目前我国钛白粉行业整体水平不高，技术装备落后，不仅能耗高，污染更严重。钛白粉属于高能耗，高污染的行业，其“三废”产生量之大，是其它化工过程不多见的。随着国家对工业过程节能减排要求的不断提高以及国际钛白企业的巨大冲击，中国钛白粉行业陷入了前所未有的困境。在我国钛白粉生产企业中，目前只有1家采用先进的氯化法工艺，其余全部采用硫酸法工艺。硫酸法钛白粉生产工艺会产生大量的废弃物，其中生产1t钛白粉将产生3.5～4t的七水硫酸亚铁(俗称绿矾)，7～11t的w(H₂SO₄)20％的废硫酸，100～250t的w(H₂SO₄)＜5％的废硫酸，1500～2000m³酸性废气。随着我国钛白粉行业的高速发展，2010年钛白粉产量达到1474kt，年增长率为40％。目前国内绝大多数钛白粉装置对于“三废”都采用传统的线性末端治理模式，即“自然资源-产品-废物”。每吨钛白粉产品的“三废”治理成本已达到1000～1500元，仍难以达标排放。

我国的钛矿及钛白粉的产地主要集中在中西部地区，钛白废渣只能筑坝堆放，既占用土地，又造成环境污染，因此成了迫于解决的大问题。

目前，钛白废渣绿矾利用的方法主要有以下几种：

1、作为化肥(铁肥)土壤改良剂

我国的钛矿及钛白粉的产地主要集中在中西部地区，该地区是酸性土壤，绿矾不适合做土壤改良剂。

2、生产氧化铁颜料

该方法只利用了绿矾中的铁资源，对设备要求较高，动力消耗较大，设备腐蚀严重，原料成分和性质、工艺参数的变化严重影响产品质量。

3、生产硫酸钾

该方法只利用了绿矾中的硫资源，而且需要的其它原料多，工艺复杂，难以实现大规模的工业化应用。

4、制备聚合硫酸铁

由于硫酸亚铁作为净水剂原料用量有限，难以消耗大量的钛白废渣绿矾，不能彻底解决钛白废渣的环境污染问题。

5、作为生产合成氨铁触媒的原料

由于钛白废渣中有害杂质含量高，制得的合成氨铁触媒质量不稳定，而且其用量不大。

将钛白废渣绿矾掺入硫铁矿中，硫铁矿燃烧时产生的热分解硫酸亚铁，生成的二氧化硫气体用于制硫酸。废渣的掺烧量一般在20％左右，国外可达到40-50％。但是废渣的掺入，使得沸腾炉炉温控制难度加大，且硫酸渣含铁品位仍然低，难以满足炼铁的要求。

现有的处理废酸的方法大致有三种，即直接利用、中和反应和浓缩回收利用。利用废酸生成普钙、硫酸锰，用于钢厂酸洗。该法的处理酸量太小，同时还要考虑运输半径。用石灰直接中和钛白废酸。钛白粉生产企业几乎都采用该方法处理废酸。该方法虽然能减轻废酸污染，但也带来如下问题：(1)由于中和渣主要含CaSO₄、Fe(OH)₃、Mg(OH)₂等，目前只能抛弃堆放处理。60kt/a钛白粉装置每年产生的中和渣量约为255kt(干渣)。经雨水冲刷后渗入土地、农田，又会污染地下水资源和地表植被，对生态环境造成严重的不可逆的二次污染。(2)设备投资和运行费用大，最终只能以提高产品价格的方式转嫁到消费者身上，从而影响企业的竞争力；所产生的二次污染也必然会造成违背初衷的苦果，威胁企业的生存。(3)没有利用废酸中的硫资源，使硫以形成废渣的方式而危害环境。将废酸进行浓缩后返用。由于废酸中的杂质含量较高，浓缩过程中易于结垢等其他原因，使得一些钛白粉厂虽然建立了浓缩装置，但很难正常运行，而且装置的设备投资和运行费用大，废酸的浓缩成本明显高于新酸。目前几乎没有企业真正采用浓缩回收利用的方式来处理废酸。