國內中科院過程所齊濤教授領銜的清潔生產熔鹽工藝,即可用于鈦精礦生產鈦白粉,也可回收硫酸法鈦白粉酸解渣(黑泥),已在山東東佳集團完成了鈦白粉生產工藝流程工業性試驗。
現第二大鈦白粉生產公司克瑞斯托(Cristal)在原美利聯公司時期曾經出資150萬美元,由英國利茲大學的Prof Jha教授研究并申請專利的綠色萃取工藝,該法用堿和鈦鐵礦在850~875℃進行焙燒,然后采用有機酸進行浸取,以移走其中的雜質,得到的的鈦化合物產量達到95%~97%的人造金紅石,產品粒徑在150~300μm之間;鈣含量0.3%、鐵含量1%~1.5%和鋁含量0.5%以下。用于氯化法生產鈦白粉比傳統低于20倍的氯的消耗。
由于溶劑萃取的液液分離等諸多因素致使該項目未能如愿,也沒有商業化生產。也有熔鹽法生產工藝,該工藝用堿熔融分解鈦原料、酸溶水解沉淀煅燒生產鈦白粉。
山東企業完成鈦白粉生產工藝流程試驗
這些新開發的工藝因裝置設備或材質,碳足跡的全生命周期不勝完美,甚至經濟問題,均沒有實現商業化的生產裝置。所以,全球現有鈦白粉生產工藝技術,也還是保留在經典的硫酸法和氯化法兩種生產工藝;但是隨著社會的進步,經典的硫酸法與氯化法因科學技術的發展也在不斷的改進與完善,除過去環保、健康、安全(EHS)外,更需要隨著社會地發展以滿足“低碳”和“可持續發展”的新的生態文明要求。
鈦白粉生產技術自上個世紀的1916年硫酸法鈦白粉生產工藝聞世以來,直到1958年氯化法工藝的生產裝置投產,鈦白粉生產工藝的發展硫酸法經歷了近百年,氯化法也快經歷了60年。
因元素氟較之元素氯更易于鈦元素反應生成氟化鈦,曾經有美國的一些公司進行了大量的氟化法工藝研究,并進行了生產實驗裝置的工藝開發,因氟化物尤其是氟化氫對人及環境的危害與安全較之氯化法更大而不得不放棄此工藝的開發。
本世紀剛開始的2002年4月23日,美國俄特爾納米材料公司(Altair Nanomaterials Inc.)申請了發明專利(10-11)。該工藝即不同于硫酸法生產工藝,也不同于氯化法工藝。硫酸法是以硫酸分解鈦原料,然后沉淀出偏鈦酸并進行液固分離以及煅燒生產鈦白粉(以固液分離為主);氯化法是以氯氣分解鈦原料生成氣體氯化物,然后進行氣固和氣液分離及氣相氧化生產鈦白粉(氣固分離為主)。
俄特爾公司是以鹽酸分解鈦原料,然后進行容積萃取(液液分離)和沉淀以及熱解后煅燒生產鈦白粉的工藝,所以謂之鹽酸法生產工藝。鈦白粉生產工藝流程為:鹽酸浸取分解鈦鐵礦,分離不溶的殘渣;浸取液進行高價鐵還原為低價鐵,冷卻結晶出氯化亞鐵,分離氯化亞鐵;分離出氯化亞鐵后的含鈦浸取液進行第一次溶劑萃取,萃取相為含鈦和高鐵溶液,萃余相為含亞鐵的水溶液,返回工藝用于再生鹽酸,回到浸取工序;含鈦的萃取相進行第二次萃取,萃取相為含鈦的水溶液,萃余相為含高鐵的水溶液,返回鹽酸再生工序;經過萃取提純后的氯化鈦溶液進行水解,最好的水解是噴霧加熱水解,得到偏鈦酸,氣相的鹽酸和水返回鹽酸再生系統。水解后的偏鈦酸進行煅燒、濕磨、無機包膜、過濾洗滌、干燥、汽粉和包裝即為產品。