用清洁冶金新工艺制取二氧化钛

工业化与城市化的飞速发展正在不断加剧对环境的污染和破坏，能源危机和资源缺乏已经成为严重制约经济发展并危及人类自身健康、生存和发展的全球性重大问题。人们认识到，必须将经济发展与环境保护协调起来，走可持续发展的道路。由此提出了绿色化学、清洁工艺等环保新概念。所谓“清洁生产”，就是对人类生产活动进行旨在最大限度减少物料和能源消耗的规划和管理，达到提高生态效率和减少人类与环境风险的目的。

钛是一种重要的战略金属资源，钛盐工业是化工与冶金交叉的重要基础原料工业。钛资源主要以钛白粉和钛合金等产品形式应用于国民经济各行业。钛白粉的工业生产方法主要有硫酸法和氯化法两种。国内约95%的钛白企业采用传统硫酸法工艺，废物排放量大，环境污染严重、流程长、工艺复杂。而氯化法工艺对原料的要求苛刻，钙镁总含量须在0.5%以内，而我国主要钛资源钛铁矿中钙镁含量普遍偏高，很难用作氯化法原料，同时氯化法工艺在生产过程中还会产生更难处理的高毒性氯化物。另外，国外氯化法技术引进费用也非常昂贵。

中科院过程工程研究所应用绿色化学的理念，近期提出亚熔盐氧化钛清洁冶金新工艺。该工艺以亚熔盐态的碱金属氢氧化物为反应介质，在常压和较低温度下高效、高选择性地将钛铁矿或高钛渣中的钛转化为钛酸盐中间体，而Ca、Mg、Fe等元素不与钛酸盐反应，留在渣相，从而实现钛与Ca、Mg、Fe的分离。最近，在此基础上，又提出低碱耗、低成本的处理高钛渣制备二氧化钛的优化工艺。

低温熔盐钛白清洁生产技术，以高钛渣为原料，以高活性氢氧化钠熔盐为反应介质，拟从生产源头即避免环境污染，实现钛资源的高效、清洁、综合的利用。这种新工艺的基本特点是：低温熔盐高效转化——介质再生循环——离子交换水解，是一项二氧化钛清洁生产的我国原创性技术，可在常压和较低温度条件下高效高选择性分解高钛渣，钛转化率接近100%；所得到的二氧化钛产品纯度高、白度好、球形度高、平均粒径150nm且分布均匀，经包膜粉碎后可用作钛白粉，展现出良好的工业应用前景。

这项新工艺的另一个显著特点在于反应介质（氢氧化钠、硫酸）可在体系内循环使用。净化后的碱液经蒸发浓缩后可返回至熔盐分解单元循环利用；水解酸液采用纳滤技术处理，金属离子平均截留率达到96%，酸回收率达到80%，纳滤透过液可返回至酸解单元循环利用；体系内产生的锰渣、铁渣、硅铝酸钙等副产品经深加工后可用作水泥生产原料及添加剂；副产硫酸钠可用在造纸、纺织、印染、医药及选矿领域。