余 洋

（神華工程技術(shù)有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230001）

隨著我國“十四五”規(guī)劃的實(shí)施和開展，環(huán)保成為化工領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的重要議題。一方面，作為一種傳統(tǒng)技術(shù)，以往所應(yīng)用的硫酸法鈦白粉煅燒尾氣處理技術(shù)存在較為嚴(yán)重的污染問題，生產(chǎn)期間所產(chǎn)生的尾氣會對環(huán)境造成負(fù)面影響，違背國家環(huán)境治理的管控方針；另一方面，現(xiàn)代工藝的發(fā)展和進(jìn)步形成新舊技術(shù)的對抗，傳統(tǒng)技術(shù)的成熟性和現(xiàn)代技術(shù)的環(huán)保性成為兩方?jīng)_突的核心和重點(diǎn)，引起廣泛關(guān)注和重視。

1 鈦白粉煅燒尾氣治理的重要性

硫酸法、氯化法是當(dāng)前鈦白粉大規(guī)模工業(yè)制造的主流技術(shù)。目前，我國硫酸法鈦白生產(chǎn)工藝仍為主導(dǎo)，而在硫酸法鈦白粉工藝中，尾氣治理是整個工藝領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié)。一方面，鈦白粉煅燒后可產(chǎn)生多種混合氣體，且不少氣體的污染性較強(qiáng)，對地區(qū)的空氣質(zhì)量以及大氣環(huán)境等都會產(chǎn)生不同程度的影響和破壞，甚至導(dǎo)致所在區(qū)域的居民出現(xiàn)呼吸道疾病等問題；另一方面，基于我國“十四五”規(guī)劃的重要性，針對化工行業(yè)的污染管控問題，需要進(jìn)一步強(qiáng)化管控，從單一性的處罰手段提升為多種方式并行的管控模式，以管控政策倒逼行業(yè)改進(jìn)和升級。因此，鈦白粉煅燒尾氣治理成為鈦白粉制造工藝的重要階段，亟待技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)革新，從技術(shù)層面、管理層面、操作層面進(jìn)行調(diào)整和改良。受鈦白粉生產(chǎn)工藝的影響，尾氣治理技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量會直接或者間接影響鈦白粉的成品質(zhì)量，需要從生產(chǎn)過程進(jìn)行強(qiáng)化和實(shí)施[1]。

鈦白粉生產(chǎn)的主要原材料為偏鈦酸，此類物質(zhì)在煅燒時溫度和空氣濕度較高，客觀上存在鈦白粉粉塵、酸霧、硫氧化物等不良?xì)怏w的排放條件。根據(jù)某鈦白粉的生產(chǎn)車間數(shù)據(jù)分析，每生產(chǎn)1 t鈦白粉，大約需要排放20 000 m3廢氣，并且廢氣的溫度在200～400 ℃，客觀上加劇了廢氣污染，同時加深了廢氣的擴(kuò)散程度。此外，廢氣中的酸霧、二氧化硫、二氧

化鈦等物質(zhì)在不同的生產(chǎn)技術(shù)水平下，污染性的差別較大，特別是在生產(chǎn)條件落后的企業(yè)，還會出現(xiàn)部分氮?dú)?、二氧化碳等氣體，增加了碳排放比例，導(dǎo)致碳排放量無法達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，成為當(dāng)前制約鈦白粉生產(chǎn)工藝的重要因素。由此可見，采用硫酸法鈦白粉煅燒工藝亟待進(jìn)一步提高尾氣治理的技術(shù)水平和質(zhì)量，需要了解和分析傳統(tǒng)技術(shù)，進(jìn)一步探索硫酸法鈦白粉煅燒尾氣處理技術(shù)的創(chuàng)新內(nèi)容，降低排放氣體的溫度和污染性，實(shí)現(xiàn)對氣體污染問題的有效治理[2]。

2 傳統(tǒng)的鈦白粉煅燒尾氣治理方式以及技術(shù)缺陷

傳統(tǒng)的硫酸法鈦白粉工藝主要是利用鈦礦或鈦渣與硫酸混合后進(jìn)行酸解反應(yīng)，以硫酸氧鈦為材料進(jìn)行水解生成偏鈦酸，然后結(jié)合煅燒、粉碎等工藝，形成鈦白粉。硫酸法的應(yīng)用優(yōu)勢主要是以較低的生產(chǎn)成本實(shí)現(xiàn)鐵礦和硫酸的有效煉制，生產(chǎn)工藝相對成熟，并且操作簡單、生產(chǎn)便捷、成本可控，還能滿足間歇生產(chǎn)的基本需求。但是，該工藝的最大問題是煅燒尾氣存在較為嚴(yán)重的污染問題，特別是硫酸、廢水等產(chǎn)物較多，空氣污染、環(huán)境污染、水污染相對嚴(yán)重。不少企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)市場價值，忽視了生產(chǎn)工藝對環(huán)境的客觀影響，出現(xiàn)“鋌而走險”的行為，加劇了對環(huán)境的污染和破壞。例如近年來鈦白粉市場資源緊缺，生產(chǎn)企業(yè)的制造能力無法滿足市場的基本需求，導(dǎo)致鈦白粉價格一路水漲船高。高價的產(chǎn)物與低標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)工藝必然成為環(huán)境破壞的重要因素。目前，國內(nèi)主流的鈦白粉煅燒尾氣治理工藝包括旋風(fēng)收塵、文丘里噴淋系統(tǒng)、水洗塔、電除霧、煙囪等，對應(yīng)的處理技術(shù)大多存在一定的局限性和落后性。以煙道中的粉塵排放為例，主要是借助重力作用控制尾氣粉塵的排放高度，通過自身重力的沉降，實(shí)現(xiàn)尾氣中部分顆粒的回落。雖然旋風(fēng)除塵器能回收大部分顆粒，但是依然存在部分顆粒無序排放的問題，甚至?xí)推渌麣怏w、液體進(jìn)行入大氣中，形成新的沉降模式。另外，部分氧化硫物質(zhì)受溫度的影響會形成酸霧，與水滴等物質(zhì)相結(jié)合，可形成具有一定危險性的排放物，若排放過程中缺少對應(yīng)的收集裝置，必然會加重酸霧的影響和污染[3]。

目前，傳統(tǒng)鈦白粉煅燒尾氣治理技術(shù)存在的問題主要是生產(chǎn)溫度過高、濕度過大以及二氧化硫、粉塵顆粒、不凝性氣體、水蒸氣、酸霧等物質(zhì)的排放，會直接或者間接影響生產(chǎn)工藝的實(shí)施。我國雖然制定了尾氣排放的關(guān)鍵控制指標(biāo)，但是與歐美發(fā)達(dá)國家相比，依然存在較大差距，特別是國內(nèi)合格的排放數(shù)據(jù)大多在指標(biāo)的附近，未能達(dá)到較高的排放控制標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，在旋風(fēng)收塵、文丘里噴淋系統(tǒng)、水洗塔、電除霧、煙囪等環(huán)節(jié)中，由于多種客觀因素的影響，實(shí)際的尾氣治理過程無法滿足對應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而產(chǎn)生一系列排放問題以及生產(chǎn)隱患。目前，國內(nèi)公開實(shí)施的硫酸法鈦白粉煅燒尾氣治理工藝共有5項(xiàng)發(fā)明專利，這些技術(shù)雖然能實(shí)現(xiàn)尾氣的安全治理，但是在實(shí)踐過程中存在或多或少的污染問題，對應(yīng)的尾氣排放質(zhì)量經(jīng)常出現(xiàn)不合格等問題，同時對應(yīng)的尾氣熱量未能有效利用，客觀存在資源浪費(fèi)等情況。以專利201110036997.2為例，該專利是一種硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯煅燒煙氣熱能利用的方法，工藝上存在一定的特殊性和差異性，雖然能處理部分尾氣污染問題，但是依然無法滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，亟待進(jìn)一步的研究[4]。

3 硫酸法鈦白粉煅燒尾氣治理的主要流程和創(chuàng)新優(yōu)勢

硫酸法鈦白粉煅燒尾氣治理工藝強(qiáng)調(diào)通過對噴淋設(shè)備水溫的調(diào)節(jié)，利用噴淋設(shè)備將尾氣中的硫化物溶解于水，實(shí)現(xiàn)對尾氣中硫化物的有效過濾。通過設(shè)定多次洗水，能提高處理成效。第一次洗水的控制溫度以55 ℃為標(biāo)準(zhǔn)，第二次洗水需要進(jìn)行加熱，然后調(diào)節(jié)洗滌水的pH，確保培林循環(huán)水溫度和酸度達(dá)到相應(yīng)的要求。需要注意的是，在運(yùn)用洗水工藝時，需要對尾氣進(jìn)行循環(huán)洗水操作，并且持續(xù)更換水源。持續(xù)不斷補(bǔ)充水源，不僅能有效降低尾氣溫度，還能使尾氣過濾問題得到有效解決。目前，尾氣中的硫化物是主要的尾氣污染物，傳統(tǒng)化工領(lǐng)域處理尾氣通常采用的是催化法或者微生物法。催化法是利用脫硫劑將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，然后開展硫酸的制作，借助廢氣的除塵工藝、過濾工藝、沉降工藝，進(jìn)一步提煉硫酸溶液濃度，實(shí)現(xiàn)硫化物的有效回收。該操作是鈦白粉鍛燒尾氣治理的創(chuàng)新環(huán)節(jié)，能進(jìn)一步改善傳統(tǒng)制作工藝的浪費(fèi)問題。微生物法主要是利用微生物的脫硫作用，以氧化亞鐵硫桿菌的形式，將硫化物等廢棄物質(zhì)過濾和氧化，實(shí)現(xiàn)硫化物的有效還原。FeSO4是微生物生長的能源，在含F(xiàn)eSO4的培養(yǎng)液中，細(xì)菌氧化Fe2+的速度很快，氧化生成的Fe2(SO4)3立即與廢氣中的H2S反應(yīng)，生成單質(zhì)硫沉淀，使廢氣得到凈化。

2021年9月26日，鈦白粉高新生產(chǎn)裝備技術(shù)交流會在溫州召開，硫酸法鈦白粉煅燒尾氣治理工藝迎來改變和創(chuàng)新。浙江宣達(dá)環(huán)境科技股份有限公司成功研發(fā)了真空濃縮-鹽析結(jié)晶法處理鈦白粉廢酸新技術(shù)，有效改善了生產(chǎn)過程中的結(jié)晶問題，同時還能解決結(jié)晶裝置堵塞、固液分離困難等難題，對應(yīng)的濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)能夠達(dá)到80%。另外，該技術(shù)應(yīng)用新型陶瓷材料碳化硅，能產(chǎn)生良好的傳導(dǎo)特性，替代傳統(tǒng)的石墨材料，在廢氣處理過程中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)廢氣熱量的有效回收。該技術(shù)的研發(fā)能從廢氣中提煉硫酸等物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢酸資源的高效利用，是現(xiàn)代硫酸法鈦白粉煅燒尾氣治理工藝的重要應(yīng)用技術(shù)，濃縮廢氣中的硫酸，實(shí)現(xiàn)廢物資源的重復(fù)利用。借助真空濃縮-鹽析結(jié)晶工藝，利用結(jié)晶控制設(shè)備以及控制技術(shù)，充分利用鈦白粉廢氣資源，可實(shí)現(xiàn)環(huán)保成效、經(jīng)濟(jì)成效的最大化。經(jīng)過企業(yè)實(shí)踐證實(shí)，該技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)施對應(yīng)的廢氣污染控制程度良好，并且副產(chǎn)物極少，具有極高的利用價值和較大的發(fā)展空間。從尾氣治理領(lǐng)域進(jìn)行分析，還能實(shí)現(xiàn)尾氣資源的重復(fù)利用，降低其污染性，滿足環(huán)境保護(hù)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。同時，還能二次應(yīng)用硫酸濃縮后的產(chǎn)物，達(dá)到變廢為寶的目的，具有顯著的應(yīng)用價值和發(fā)展意義。尾氣治理中的粉塵處理一直是鈦白粉生產(chǎn)工藝領(lǐng)域的重要難題，電除塵技術(shù)的應(yīng)用是當(dāng)前鈦白粉煅燒尾氣治理工藝的重要環(huán)節(jié)，不僅能滿足對應(yīng)的環(huán)境控制要求，還能實(shí)現(xiàn)二氧化鈦粉的有效回收，具有先進(jìn)的處理工藝和處理能力。例如江蘇安達(dá)環(huán)?？萍加邢薰緫?yīng)用電除塵設(shè)備，能成功將鈦白粉的除塵技術(shù)進(jìn)行質(zhì)的升級，特別是JDMC金屬纖維高溫袋除塵設(shè)備的研發(fā)，能實(shí)現(xiàn)廢氣中粉塵問題的一次性解決，具有運(yùn)費(fèi)低、操作便捷、回收效率高等優(yōu)勢，滿足高性能的生產(chǎn)需求以及高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保設(shè)定，為尾氣治理工作提供支持。目前，在內(nèi)蒙古大地云天化工有限公司、廣東惠云鈦業(yè)股份有限公司等公司的項(xiàng)目中，廢氣中的二氧化鈦回收率高達(dá)99%，回收成效良好，為全面實(shí)現(xiàn)鈦白粉的回收目標(biāo)提供了幫助和支持[5]。

4 硫酸法鈦白粉煅燒尾氣治理技術(shù)效益估算

硫酸法鈦白粉煅燒尾氣治理技術(shù)的效益主要體現(xiàn)在以下方面：（1）熱量可被有效回收。（2）二氧化鈦可被科學(xué)回收。（3）硫化物可實(shí)現(xiàn)二次回收。（4）其他物質(zhì)可被充分應(yīng)用。從尾氣治理的角度進(jìn)行分析，當(dāng)前的工藝領(lǐng)域所應(yīng)用的技術(shù)已經(jīng)能對尾氣中的熱量進(jìn)行回收，以熱量為主要計算形式，鈦白粉的天然氣產(chǎn)量以2 t/h為計量單位，根據(jù)目前主流的天然氣使用量，天然氣耗量是220 Nm3/t，助燃風(fēng)量是3 000 Nm3/t，二次風(fēng)大概為2 000 m3/t，對應(yīng)的尾氣排放溫度需要由300 ℃降到85 ℃，回收熱量包括尾氣中水蒸氣和煤氣共同釋放的熱量。通過對相關(guān)內(nèi)容的研究和分析發(fā)現(xiàn)，熱量利用空間以及利用價值巨大，需要從尾氣排放的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行研究。一方面，根據(jù)目前已知的數(shù)據(jù)，能對尾氣排放總量進(jìn)行估算，以每年300天為生產(chǎn)工作日進(jìn)行分析和結(jié)算，每年的蒸汽總量約為600 t，對應(yīng)的蒸汽經(jīng)濟(jì)價值為70萬元。隨著蒸汽市場價格的持續(xù)走高，蒸汽利用空間會進(jìn)一步擴(kuò)大，同時結(jié)合當(dāng)前工藝的發(fā)展和進(jìn)步，能逐漸取代涼水塔等傳統(tǒng)冷卻工藝，得到更好的節(jié)約成效。雖然尾氣熱量的總體經(jīng)濟(jì)價值相對于鈦白粉生產(chǎn)價值幾乎可以忽略不計，但是對應(yīng)的影響和生態(tài)價值不可估量，通過對所有鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行優(yōu)化和升級，能進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)展空間，提高尾氣的利用價值。

5 硫酸法鈦白粉煅燒尾氣治理技術(shù)的發(fā)展趨勢

根據(jù)《2021—2026年中國氯化法鈦白粉市場深度分析及投資戰(zhàn)略咨詢報告》分析，硫酸法鈦白粉煅燒工藝在未來5年內(nèi)依然處于市場的主流地位，同時對應(yīng)的尾氣凈化技術(shù)也會得到一定的改變和優(yōu)化，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、智能數(shù)控等一系列技術(shù)的應(yīng)用，能更加高效地解決鈦白粉煅燒尾氣的污染問題，從經(jīng)濟(jì)層面賦予尾氣治理更高的價值，有效減少傳統(tǒng)尾氣治理技術(shù)的弊端，同時還能為環(huán)保事業(yè)作出貢獻(xiàn)。例如山東東佳集團(tuán)股份有限公司鈦白粉生產(chǎn)的轉(zhuǎn)窯、氣粉、濃縮的綜合能源回收技術(shù)，水解后偏鈦酸降溫裝置的革新及余熱回收、酸解黑渣的回收、二氧化碳除硬聯(lián)合中水回用技術(shù)等內(nèi)容，為行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)了新的積極動力，既能促進(jìn)鈦白粉煅燒尾氣治理技術(shù)的升級和優(yōu)化，也能從生產(chǎn)層面、技術(shù)層面進(jìn)行改良和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的發(fā)展目標(biāo)。

6 結(jié)語

硫酸法鈦白粉煅燒尾氣治理技術(shù)近年來得到了創(chuàng)新發(fā)展，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷，同時結(jié)合創(chuàng)新的設(shè)計以及生產(chǎn)理念，構(gòu)建了新時代鈦白粉尾氣治理技術(shù)，成為推動行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步的重要舉措，對行業(yè)的生態(tài)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等工作起到不可估量的促進(jìn)作用，因此要予以重視。