以清潔生產理念促進我國鈦白粉產業的發展

陳 明，吳 笛，張 健，趙玙璠

(1.北京化工大學 經濟管理學院，北京 100029;2.北京化工大學 化學工程學院，北京 100029)

專論與綜述

以清潔生產理念促進我國鈦白粉產業的發展

陳 明1，吳 笛1，張 健1，趙玙璠2

(1.北京化工大學 經濟管理學院，北京 100029;2.北京化工大學 化學工程學院，北京 100029)

介紹了我國鈦白粉產業的現狀，闡述了鈦白粉產業清潔生產的重要性，分析了影響我國鈦白粉產業可持續發展的問題及原因。指出施行清潔生產對鈦白粉產業加快技術進步、調整產業結構、促進產業升級具有重要意義。

鈦白粉;清潔生產;產業升級;可持續發展

鈦白粉，化學名為二氧化鈦(TiO2)，是一種重要的工業原料。它無毒、不透明，具有良好的白度、光亮度以及遮蓋力、消色力、耐候性、耐熱性和穩定性等，是迄今無可替代、性能最優異的化工原料之一。鈦白粉的使用過程和生產過程對環境有著截然不同的兩種影響:一方面，作為涂料、油墨、塑料、橡膠、紙張、醫藥、食品、陶瓷、合成纖維、電子元器件生產和房地產、汽車、建材、機械制造等十余個產業的原料，鈦白粉使用廣泛，不僅可以提高產品的質量性能，而且可以起到非常好的節能環保、清潔生產的作用;另一方面，鈦白粉的生產卻要消耗很多能源、釋放大量污染物，不符合節能環保和清潔生產的要求，阻礙我國鈦白粉產業的可持續發展［1］。

本文從節能環保和可持續發展角度，闡述了鈦白粉對下游產業清潔生產及對我國經濟發展的重要作用，分析了當前我國鈦白粉產業發展中高污染、高能耗的原因;指出解決問題的根本辦法是加快鈦白粉產業技術進步，調整產業結構，促進產業升級。

1 大力發展鈦白粉產業是我國經濟發展的客觀要求

1.1 發展鈦白粉產業，可以促進眾多下游產業的全面提升，從而推動國民經濟的可持續發展

作為涂料、塑料、橡膠、油墨、紙張、醫藥、食品、陶瓷、合成纖維、電子元器件生產和房地產、汽車、建材、機械制造等十幾個基礎產業的源頭，鈦白粉產業的發展直接影響中國實體經濟的各個部位，牽動著中國經濟發展的神經，關系到中國環境污染的有效治理，以及節能環保、清潔生產目標的實現。

在涂料工業中，含有鈦白粉的涂料遮蓋力好、消色力強、使用期長。一般來說，使用含鈦白粉的涂料可以比其他類型涂料用量節省80%以上;要達到相同的白色效果，1 t鈦白粉相當于至少4 t鋅鋇白，且使用壽命之比為3∶1。

在塑料工業中，填充了鈦白粉的塑料制品更耐紫外線照射，機械強度更高，使用壽命更長。在橡膠工業中，加入鈦白粉的橡膠制品在日光照射下不開裂、不變色、耐酸堿，且伸長率增大。用鈦白粉制得的瓷釉透明度好、質量輕、抗擊力強、色彩鮮艷、不易污染。

此外，添加了鈦白粉的食品和醫藥安全美觀;添加了鈦白粉的保溫材料不易燃;添加了鈦白粉的管板材、門窗等除增強性能外還能降低放射性污染及城市光污染。事實證明，鈦白粉的使用既提高了相關產品的質量性能，又節約了資源、保護了環境，可以直接或間接地促進下游產業的全面提升，從而推動國民經濟的可持續發展。

1.2 大力發展鈦白粉產業是實現我國經濟發展供求平衡的客觀需要

新中國成立后，我國鈦白粉產業逐漸發展，至今已有一定的基礎。到2009年底，全國能維持正常生產的鈦白粉(含純非顏料級)生產企業已有50余家，全行業的總產量達到 1.0 ×106t/a［2］，我國已成為鈦白粉的生產、消費大國。但我國還不是鈦白粉生產強國，50余家企業的產能還達不到美國5家企業產能的一半［3］。

鈦白粉產業常常被看作是經濟變動的晴雨表。一般來說，人均鈦白粉消費量可以作為衡量該國經濟發展水平的重要指標之一［4］。例如，近年來，新興市場特別是亞洲和拉美地區的經濟迅速發展，而這些地區鈦白粉的生產及消費也快速增加，新增鈦白粉需求占全球鈦白粉新增需求的70% ～80%，人均消費量也同步提高。據統計，2009年美國人均年消耗鈦白粉4 kg，而我國人均年消耗量約1 kg。照此來看，隨著經濟的快速發展和人民群眾生活水平的持續提高，我國的鈦白粉需求量還將不斷增加，與目前的產能相比，總的產需缺口將達4.5×106t以上。“中國是亞洲地區鈦白粉需求最為強勁的國家，即將成為未來全球鈦白粉市場的中樞”已成為共識，供小于求的狀況是我國鈦白粉產業大力發展的內在動力。

2 當前高能耗、高污染、質量差是制約我國鈦白粉產業發展的主要因素

現階段，我國鈦白粉產業的生產過程存在著高消耗、高污染的問題，不符合我國“把建設資源節約型、環境友好型社會作為加快轉變經濟發展方式的重要著力點”［5］的要求，也不符合清潔生產和可持續發展的要求，嚴重制約了我國鈦白粉產業發展。

綜合來看，影響鈦白粉產業發展的主要因素有以下幾個。

2.1 資源、能源耗費高，“三廢”治理困難，環境污染嚴重，不符合清潔生產的要求

從鈦礦企業發展規劃來看，我國絕大部分鈦礦企業沒有大型機械化生產和遠期發展計劃，處于相當零亂的狀態;從開采方式看，一些地區的鈦礦開采混亂無序，耕地被礦砂侵占，水資源被污染;從鈦資源利用情況看，礦點分散、規模小、采選技術及裝備落后、勞動生產率低，浪費現象嚴重［6］。

鈦白粉的主要生產工藝——硫酸法和氯化法都存在著高能耗、高污染的問題［7］。目前我國以硫酸法為主，即以鈦鐵礦(或酸性鈦渣)為原料，經粉碎、酸解還原、水解、漂白、煅燒、后處理等工序生產鈦白粉。我國目前采用的方法生產流程長、技術落后、設備龐大，產品檔次低，蒸汽和能源消耗高，每噸產品(金紅石型鈦白粉)的綜合電耗為1 100～1 200 kW·h，耗蒸汽 8～9 t，耗天然氣 350～450 m3，標煤約1.760 t，耗電耗能均高于國外平均水平。該法的最大問題是“三廢”多且較難處理。生產1 t鈦白粉產生3～4 t硫酸亞鐵，8～10 t質量分數為20% ～23%的廢硫酸，200～300 kg殘渣，以及大量質量分數為6%～20%的稀硫酸和大量二氧化硫氣體。酸性廢水和揚塵給生態環境造成很大的危害。由于需求旺盛，大多數生產企業關注的重點是生產和市場，忽視“三廢”處理，清潔生產效果差。此外，由于每噸鈦白粉的環保運行費用高達1 000元以上［8］，一些企業不使用環保裝置，以犧牲環境為代價壓低成本。

氯化法一般是以鈦渣為原料，以石油焦為還原劑，在高溫下將鈦渣脫氧后與Cl2反應生成TiCl4，TiCl4再高溫氧化生成鈦白粉。該法對原料鈦渣中TiO2含量要求很高。生產過程消耗大量石油焦和氯氣，鈦鐵礦中的鐵元素沒有得到應用，反而成了有害物。同時產生大量有毒的金屬氯化物，目前只能采用填埋法處理，留下很大的環保隱患。此外，該法的設備結構復雜，且要求設備材質可耐1 000℃以上的高溫及 TiCl4、Cl2、O2等的腐蝕，裝置難以維修［9］。

2.2 產品同質化嚴重、質量不高、價格到達瓶頸，可持續發展后勁不足

長期以來，我國鈦白粉行業一直存在產品同質化嚴重，并且大多集中在中、低端層面的問題，表現出國內市場高端產品空缺、失守，低端產品過剩、混戰的局面。在產品品種結構方面缺乏真正意義上的專用品種。當前各地擴產工程項目遍地開花，包括現有企業技改擴能、業外加盟新建鈦白粉項目多達25處，但卻未有直接證據表明這些擴產項目的產品與現有產品相比有本質上的突破。這表明將會有更多中低檔產品涌向市場［10］。

近年來，硫磺和鐵粉的價格不斷上漲，生產能耗及環保處理費用也不斷增加，導致鈦白粉的生產成本急劇攀高，推動了鈦白粉價格行情的提升，行業內平均提價幅度在300～1 000元/t不等。但鈦白粉價格繼續上漲的空間已非常有限，這主要受到以下兩方面因素的限制:第一是國家取消出口退稅的情況下，大部分企業把銷售主戰場放在了國內，國內市場競爭激烈。據中國海關公布的數據，在2007～2008年的經濟危機期間，我國鈦白粉出口量出現了快速且幅度較大的下降現象，2007年和2008年的下降幅度分別為28.77%和45.99%，因此，大量的鈦白粉轉向國內市場銷售，制約了其價格的繼續上漲;第二是國外鈦白粉制造商雖然宣布了對鈦白粉提價，但在亞太地區的價格卻遲遲不見變動，這一因素也制約了國產鈦白粉價格的進一步提升。

與此相反，硫酸法鈦白粉生產工藝所需的主要原材料——硫酸的價格從2007年初的200元/t漲至目前的400元/t;另一主要原料——硫磺的價格也持續上升，進口硫磺的價格突破了700美元/t(成本加運費價)，國內硫磺出廠價格也會進一步向5 500元/t靠攏。僅考慮原料部分，鈦白粉生產成本就高達6 000元/t左右。因此，鈦白粉銷售價格的上漲遠遠無法消除成本上升帶來的壓力［11］。

3 以清潔生產為理念，促進我國鈦白粉產業發展的建議

促進鈦白粉產業發展，解決我國鈦白粉產業高能耗、高污染以及產品同質化問題的根本方法只有技術創新。只有以清潔生產為理念，通過技術進步和技術創新，改進工藝、提高裝備水平，充分發揮硫酸法、氯化法的工藝優點，減少污染、降低能耗，形成完整、高效、清潔的鈦白產業鏈，才是鈦白粉產業發展的根本出路。

3.1 加大科研投入，促進科技創新

首先，必須加大科研投入，尤其是開展新工藝、新技術的研究，達到降低消耗、降低成本、提高質量、保護環境的目的。

其次，要發展先進的勘探、采礦與選礦技術，提高采礦回收率和綜合利用率。加快采礦技術和裝備的更新步伐，提高現有礦產資源的利用水平，縮短我國鈦白粉產業與國際水平的差距［12］。

第三，要有針對性地引進國外先進的技術和設備，提高企業研發工作的起點。要加大科研投入，使我國鈦白粉企業提高自身的消化吸收和再創新能力，盡快掌握具有自主知識產權的核心技術，實現從模仿創新向自主創新的過渡。企業應通過與研究院所、大專院校加強產學研合作，充分發揮各自優勢，縮短創新周期，提高產品檔次和附加值。

3.2 加大技術改造力度，解決清潔生產過程中遇到的問題

從源頭來看，要做好鈦礦企業發展規劃，并使用先進的采選技術及裝備。從生產環節來看，要采用先進工藝解決清潔生產過程中遇到的問題。在我國鈦白粉生產中要加大技術改造力度，例如采用自動化程度高、裝備占地面積小的連續酸解工藝，對反應進行全面的調節控制，可大大提高廢酸回用率，實現廢酸的全流程閉路循環，解決廢酸處理難題。

3.3 治理“三廢”，變廢為寶，減少排放

氯化法目前在國內使用較少，因此當前“三廢”處理的問題主要表現在鈦白粉的硫酸法生產過程中。

3.3.1 廢氣處理

經測定，每生產1 t銳鈦型鈦白粉，其鍛燒尾氣(含 TiO2、SO2、SO3、N2、O2、水蒸汽等)中所含熱量占煅燒工序總耗熱量的1/4～1/5。一般鍛燒尾氣的處理方式有兩種:一是經文丘里管與質量分數20%～23%的廢酸進行熱交換，使廢酸質量分數升至26%～29%，為廢酸回收利用創造條件;二是利用高溫風機將鍛燒尾氣返回鍛燒窯的窯頭二次利用，節省能源，減少排放。

3.3.2 廢液處理

廢液處理主要包括廢水處理和廢酸處理。

硫酸法生產中的三洗廢水與鹽處理廢水可作為二洗水使用，二洗水用于一洗，一洗水部分用于酸解單元的浸取水。如此可使廢水循環利用，大幅度提高水的利用率。

硫酸法生產中的廢酸也可采用多條途徑變廢酸為資源。第一，利用硫酸系統余熱、鈦液濃縮裝置尾氣和鈦白粉窯爐余熱，將水洗產生的質量分數約為20%的廢酸經過多效濃縮，使其質量分數達到80%，全部返回酸解單元使用;第二，廢酸可以直接與濃硫酸復配，除雜后直接返回鈦白粉生產系統使用，多余的硫酸可用于生產氧化鋅、氧化錳、硫酸鋁、鐵系顏料等，亦可用于鋼材加工等。

3.3.3 固體廢棄物處理

硫酸法生產中的固體廢棄物主要包括酸解單元產生的黑泥、硫酸亞鐵和紅渣。黑泥經處理后，未反應的鈦礦可返回生產系統使用，反應殘渣可作為水泥添加劑使用;副產物七水硫酸亞鐵可替代現用鐵粉和硫酸生產的硫酸亞鐵，作為生產飼料添加劑、凈水劑、水泥還原劑和鐵系顏料等的原料;廢水中和產生的紅渣主要成分為石膏，加工后可代替天然石膏作為水泥緩凝劑，不僅使資源循環利用，而且減少了對自然資源的破壞。

4 結語

綜上所述，雖然目前鈦白粉產品的節能環保特性與鈦白粉產業本身的耗能污染問題還不協調，鈦白粉產業和節能環保事業間存在一些脫節甚至矛盾的地方，但隨著全社會對二者的不斷重視，隨著鈦白粉產業從原材料、生產工藝、“三廢”處理等方面進行改進，從政府到企業乃至社會大眾形成合力，鈦白粉產業和節能環保事業一定能夠相得益彰，共同為國家經濟發展和人民生活水平提高做出貢獻。

［1］ 鄧捷，徐高棟.當前中國鈦白產業如何走出困境［J］.中國粉體工業，2009，(5):35－38.

［2］ 明月.2009年全國鈦白粉產量創新高［N］.中國有色金屬報，2010－03－18(7).

［3］ 何燕.國內外鈦白粉生產狀況［J］.開發指南，2009，(5):27－32.

［4］ 徐高棟.國內鈦白市場現狀及發展思路探討［J］.新材料產業，2009，(12):13－17.

［5］ 溫家寶.關于制定國民經濟和社會發展第十二個五年規劃建議的說明［EB］.人民網，2010［2010－10－29］.http://cpc.people.com.cn/GB/64093/64094/13076275.html.

［6］ 張文毓.鈦白粉行業市場分析研究［J］.中國粉體工業，2009，(1):23－25.

［7］ 李化全.加大鈦白產業研發投入促進鈦白產業科技創新［J］.中國涂料，2007，(2):10－12.

［8］ 王昌松，錢紅亮，姚文俊，等.鈦白工業節能減排研究發展及新思路探討［J］.無機鹽工業，2010，(4):8－10.

［9］ 徐高棟.淺談國內鈦白行業的現狀以及戰略方向［J］.化工管理，2009，(11):32 －35.

［10］ 郭文靜.改變鈦白粉消費市場結構需先進工藝［J］.中國有色金屬，2010，(4):42－43.

［11］ 徐高棟.當前形勢下中國鈦白產業的三大出路［EB］.中國鈦白網，2009［2010－1－10］.http://www.tio2.net.cn/tio2_details.asp?id=12543＆page=2.

［12］ 周學雙，蔡春霞.我國鈦白粉工業發展現狀與環境政策研究［J］.化工環保，2009，(3):226－229.

Promoting the Development of Titanium Dioxide Industry in China with Cleaner Production Theory

Chen Ming1，Wu Di1，Zhang Jian1，Zhao Yufan2
(1.School of Economics and Management，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China;
2.College of Chemical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China)

The status quo of titanium dioxide industry in China is introduced.The importance of cleaner production to titanium dioxide industry is expounded，and the problems and causes affecting the sustainable development of titanium dioxide industry in China are analyzed.It is pointed out that cleaner production is very important to accelerating technical progress，readjusting industrial structure and promoting the upgrade of titanium dioxide industry in China.

titanium dioxide;cleaner production;industrial upgrading;sustainable development

TQ 116.2

A

1006－1878(2011)03－0222－04

2010－02－09;

2010－02－22。

陳明(1960—)，女，江蘇省南京市人，碩士，副教授，研究方向為產業經濟學。電話 13522235389，電郵chm_trade@163.com。聯系人:張健，電話 13699113599，電郵 zhangj@mail.buct.edu.cn。

(編輯 葉晶菁)