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硫酸法鈦白粉的環保困境能否突破

   2012-05-29 中國化工報劉方斌

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 對于硫酸法鈦白粉企業而言,廢水處理是難點之一。圖為河南佰利聯化學股份有限公司的鈦白水處理曝氣池。(焦春麗 攝)


    目前,全球鈦白粉產值約110億美元,是僅次于合成氨、磷酸的第三大無機化工產品。許多國家都將鈦白粉列為影響國民經濟發展的關鍵化學品,人均鈦白粉消費量也被看作反映一個國家經濟發展水平的重要指標。2000年以來,中國鈦白粉行業快速發展,年產能由34萬噸增長到目前的180萬噸,已成為僅次于美國的世界第二大鈦白粉生產國。


  但是,有個問題卻不容忽視——中國鈦白粉生產工藝基本是硫酸法,生產過程中要排放大量的廢硫酸、酸性廢水、廢渣和廢氣,許多生產廠家污染嚴重,環保問題突出。2005年以來,硫酸法鈦白粉先后被國家列入產業結構調整的限制類目錄、進口加工貿易禁止類目錄、“雙高”(高污染、高環境風險)產品名錄等環保黑名單,全行業面臨著極大的環保壓力。


  那么,硫酸法鈦白粉的環保困境能否突破?該行業出路何在?最近,環保部委托有關專家對此進行了專題調研。記者也對此進行了采訪。
  
  
  行業存在四大環保難題
  
  
  專家調研組負責人劉漢杰告訴記者,雖然近年來我國鈦白粉行業取得了長足的進步,但該行業存在的環境污染問題和潛在的環境風險確實不容忽視。具體來說,主要表現在以下方面。


  一是廠點多、規模小,重污染產能所占比重過大。統計數據顯示,全球現有鈦白粉生產廠約100家,其中中國就有63家,這還不包括中國正在建設和籌建的企業。中國企業數雖占全球的60%以上,而產量只占全球的20%左右。世界其他國家單廠平均年產能為6萬~8萬噸,而我國僅為2.27萬噸。而且國內大多采用傳統硫酸法工藝生產鈦白粉,污染嚴重,治理成本高昂。據調查,我國現有的180萬噸鈦白粉產能中,采用“三廢”排放低的氯化法生產的僅有3萬噸,比重不到2%;而全球其他地區的氯化法鈦白粉產量比重達到76%以上。


  二是單位產品排污量大,資源、能源消耗高。采用傳統的硫酸法生產鈦白粉,生產每噸鈦白粉消耗新鮮水100~150噸,綜合能耗約1.6噸標煤,同時約產生濃度20%的廢硫酸8噸、酸性廢水100噸、廢渣8噸,以及含二氧化硫、酸霧和粉塵的廢氣2.5萬立方米。以可比口徑計算,國內鈦白粉行業每萬元產值的工業廢水排放量、廢氣排放量、二氧化硫排放量,分別是化工行業平均水平的3.85、1.03、2.13倍,是全部工業行業相應指標的3~8倍。由于排污量大,國內鈦白粉行業污染事故頻現,引發群眾與廠家的矛盾,甚至造成跨省糾紛,有的污染事件還被列為全國十大環境違法案件。


  三是“三廢”治理難度不大,但治理費用高。鈦白粉生產所產生的廢氣主要是酸霧和粉塵等,采用噴淋洗滌處理和重力沉降等措施即可有效處理;其產生的廢渣可采用填埋、中和等技術處理;七水硫酸亞鐵、廢酸、石膏渣等可以回收作產品或綜合利用。盡管鈦白粉生產產生的“三廢”治理難度不大,但由于處理量大,治理費用較高。據了解,傳統硫酸法污染物的治理成本高達噸產品1900元,而氯化法治理成本僅為噸產品800元。由于硫酸法生產的鈦白粉檔次不高、售價較低,其“三廢”治理成本已接近生產利潤。


  四是國內低水平重復建設仍在迅速擴張,未來因產能過剩而導致的環境污染可能性增加。據調查,目前國內在建、擬建的鈦白粉產能分別達到128萬噸/年、160萬噸/年。其中,擬采用氯化法的只有20%左右,如果考慮知識產權糾紛、鈦原料不配套等風險,這一比例還得下降。預計到2015年,我國鈦白粉總產能可達到468萬噸,接近2009年全球鈦白粉的總產量500萬噸。如果屆時宏觀形勢發生變化,諸如國家控制私人小汽車擁有量、進行房地產政策調整等,導致鈦白粉終端消費市場萎縮,那么由于行業污染治理費用高,產能過剩導致的環境風險就有可能轉變為現實的環境污染。
  
 

 

為了提高產品競爭力,近年來,不少鈦白粉生產企業都在優化工藝流程、減少綜合能耗。圖為攀鋼鈦白粉廠工作人員正在利用新工藝技術進行高壓水流卸片。 (劉峰 攝) 

 

  企業努力實現清潔生產  
  

  在這次調研中專家們發現,國內一些企業在解決硫酸法鈦白粉的環保問題上,已經實現了可喜的突破。其中,河南佰利聯化學股份有限公司采用循環經濟理念,對傳統硫酸法工藝進行了系統的改進和改造,開發了硫鐵鈦聯產法鈦白粉清潔生產工藝,使硫酸法鈦白粉生產實現了脫胎換骨的創新。


  據了解,佰利聯公司從2004年就開始了對傳統硫酸法改造的探索之路。他們先后實施了30多項技術改造措施,終于形成具有自主創新技術的硫鐵鈦聯產法鈦白粉清潔生產工藝。目前,該企業建成了60萬噸/年硫酸、12萬噸/年鈦白粉、2萬噸/年一水硫酸亞鐵、1萬噸/年氧化鐵黑、6000千克/年氧化鈧等聯產裝置。


  佰利聯公司常務副總經理、總工程師楊民樂告訴記者,公司硫酸與鈦白粉聯產實現了硫酸生產的低溫余熱利用;利用七水硫酸亞鐵生產一水硫酸亞鐵,母液生產氧化鐵黑;氧化鐵黑生產排出的堿性廢水用于酸解殘渣浮選鈦礦技術。同時,該企業實現了傳統硫酸法鈦白粉生產工藝的多項技術改進和創新,如酸解殘渣浮選鈦礦回用技術、真空噴射制冷與余熱溴化鋰制冷技術聯合用于結晶工序生產、偏鈦酸煅燒預干燥技術及分散劑復配技術等。在開發聯產法清潔生產工藝的過程中,該公司共獲得發明專利授權3項,實用新型專利授權13項。此外,公司生產的氧化鐵黑產品質量已高于引進技術生產的產品質量。


  通過改造,佰利聯公司還達成了廢物和副產物的綜合利用、余熱利用、廢水的循環使用,較好實現了清潔生產的目標和發展循環經濟的理念。與傳統硫酸法鈦白粉生產工藝相比,該企業噸鈦白粉綜合能耗由2.19噸標準煤降低到1.23噸標準煤;噸鈦白粉廢水排放量由100噸以上降低到60噸以下;原料中的硫、鐵、鈦、鈧資源均得到了合理的回收利用,鈦總收率由不足82%提高到87%以上;產品品種由單一品種增加到10多種;產品質量各項指標不斷提高,能耗下降40%左右、水耗下降35%、電耗下降13%、天然氣消耗下降10%以上,取得了良好的經濟效益和環境效益。


  記者了解到,除了河南佰利聯公司之外,四川龍蟒集團、武漢方圓公司等也對硫酸法鈦白粉工藝進行了清潔生產技術改造。


  四川龍蟒集團根據磷化工生產中的噴霧濃縮磷酸工藝,開發了噴霧濃縮處理廢酸技術。其工藝流程為鈦白粉廢酸通過噴霧濃縮塔一次濃縮至45%后,用于和磷礦反應生產磷酸,最后生成磷肥。進入噴霧濃縮塔的燃氣為燃煤凈化尾氣、鍋爐高溫尾氣、天然氣或燃油燃燒產生的高溫尾氣。該工藝簡化了廢酸濃縮工藝流程,取消了換熱器等設備,可以利用鍋爐尾氣余熱來降低濃縮成本。

 
  武漢方圓公司經過多年努力,采用廢酸煙氣—蒸汽二級濃縮工藝,建設了8000噸/年鈦白粉廢酸回收裝置,實現了廢酸的濃縮回用。該工業裝置經過連續運行,證明工藝技術先進、裝置設計及設備選擇合理、運行穩定,廢硫酸全部回用,實現經濟效益140萬元。該公司同時對鈦石膏開展了綜合利用,鈦石膏渣減少25%以上,稀酸性廢水中和處理后以中性水達標排放,外排尾氣煙塵濃度、林格曼黑度等指標均達到功能區排放標準。


  廢酸是硫酸法鈦白粉生產排放的最主要廢液。記者通過調查了解到,國內有一些企業通過不斷研發,最終找到了妥善的再利用處理辦法。他們一是將廢酸直接返回鈦白粉生產的酸解系統,替代商品硫酸;二是用于中和電石泥,解決了區域內廢渣處理問題;三是廢酸濃縮再利用,生產硫酸產品;四是從廢酸中提取貴重金屬,提高經濟效益。比如,佰利聯公司就與湖南稀土有限公司合作,從廢酸中提取稀土氧化鈧。該項目于2011年實施,現已生產出合格的氧化鈧產品,實現了變廢為寶。目前在國際市場上,純氧化鈧要賣到每克3000元,比黃金還貴10倍以上。
  
  
  出路在于發展循環經濟
  
  
  目前,歐美發達國家生產鈦白粉基本都是采用氯化法,該方法技術先進,“三廢”排放量少。那么,中國為何不搞氯化法鈦白粉?劉漢杰告訴記者:“搞了,難度太大。技術進口吧,國外公司搞技術封鎖,死活不賣;自己開發吧,國內一家有實力的公司開發了20多年,只搞了一套年產1.5萬噸的小裝置投產,技術還不能與國外裝置匹敵。”


  記者了解到,由于氯化法鈦白粉生產技術難度大,關鍵設備結構復雜,要求使用耐高溫、耐腐蝕、抗氧化的特殊材料,研究開發形成商業化生產需巨額投資等原因,該技術一直被少數幾家歐美公司所壟斷。中國要發展氯化法鈦白粉,面臨幾道難以逾越的難關。


  一是關鍵設備方面,國外裝置單套產能可達十幾萬噸,中國只有一套1.5萬噸的氯化法鈦白粉裝置正式投入生產。國外裝置的氯化爐均為沸騰氯化爐;國內開發的爐子是熔鹽氯化爐,雖然能適應國內鈦資源,但熔鹽廢渣的處理和設備的大型化問題仍難以攻克。


  二是鈦資源方面,國內的鈦礦鈣鎂含量高,在生產中不能脫除,鈦白粉質量上不去。若全靠進口國外的鈣鎂含量在1%以下的高鈦渣作原料,在經濟上又不具備競爭力。即使是國外鈦白粉巨頭,也不敢進口高鈦渣在中國上馬氯化法鈦白粉項目。人們也許記得,幾年前國外一家化工巨頭曾計劃用低品位鈦礦在山東建氯化法裝置,但因放射性廢渣污染問題而卡殼。


  專家認為,雖然以氯化法逐步取代硫酸法是鈦白粉行業今后的發展方向,但在發達國家對我國嚴格封鎖氯化法鈦白粉生產技術的情況下,目前氯化法仍存在一定的技術風險和鈦資源風險,大規模取代的時機尚不夠成熟。而近年國內鈦白粉市場需求呈快速增長趨勢,從2000年到2009年,國內鈦白粉市場消費量從37.6萬噸增長到115萬噸,增長了約兩倍。預計今后一段時間,國內鈦白粉的市場需求量仍將保持每年10%以上的增長率。因此,在國內現有的硫酸法鈦白粉產業基礎上,推廣硫鐵鈦聯產法鈦白粉清潔生產技術,發展循環產業鏈,進行“三廢”綜合利用,突破硫酸法鈦白粉生產的環保困境,實現中國硫酸法鈦白粉產業的改造升級,是一項切合實際、經濟可行的辦法。


  專家調研組建議,國家應調整現有的鈦白粉產業政策,從目前對硫酸法鈦白粉一概淘汰的政策,調整為把聯產法清潔生產工藝與傳統的硫酸法鈦白粉工藝區別開來,鼓勵聯產法鈦白粉清潔生產工藝做大做強,淘汰傳統硫酸法重污染生產工藝。此外,政策應重點發展產能大于10萬噸/年的能做到清潔生產的企業,淘汰產能小于3萬噸/年的鈦白粉企業。


  記者獲悉,目前環保部計劃采納鈦白粉專家調研組的建議,把聯產法鈦白粉從“雙高”產品黑名單中取消。隨著聯產法工藝在全行業推廣,中國鈦白粉行業將會以一個嶄新的清潔生產面貌呈現在世人面前。

 

中國石油和化學工業聯合會的專家們正在對硫酸法鈦白粉企業進行調研。(趙雷 攝)

 
 
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