1、项目背景

在硫酸法钛白粉生产过程中，产生的大量的钛石膏和废酸，处理难度大、处理成本高，严重阻碍了钛白粉生产行业的可持续发展。目前，大量的钛石膏仍采用原始堆积方式，所占用的场地之大和对环境的影响都严重地制约钛白工业的发展；而废酸的处理主要采用传统的浓缩工艺，其存在系统复杂、能耗较大、成本过高等问题。在环保要求日益提高，可持续发展观念日益受到重视的今天，我国急切需求一种钛石膏和钛白废酸资源化高效利用技术。针对以上问题，本项目成立科研攻关团队，通过长期科研攻关，研究开发了一种钛石膏及废酸资源化高效利用关键技术，并对其进行了实际应用研究。本项目研究开发的钛石膏及废酸资源化高效利用关键技术及应用，通过对钛石膏进行资源化利用，生产得到白石膏用于石膏制酸装置的原料生产硫酸和水泥，通过对钛白废酸进行资源化利用，生产得到磷酸产品，用于生产磷铵和复合肥，最终实现了钛石膏和废酸的资源化利用，产生了良好的社会经济效益和环境效益。

针对钛石膏和钛白废酸具有较大的污染性，且难以实现资源化利用的问题，本项目通过成立科研攻关团队，通过长期科研攻关，研究开发了一种钛石膏及废酸资源化高效利用关键技术，并对其进行了实际应用研究。本项目研究开发的钛石膏及废酸资源化高效利用关键技术，通过对钛石膏进行资源化利用，生产得到钛石膏产品，通过对钛白废酸进行资源化利用，生产得到磷酸产品，最终实现了钛石膏和钛白废酸的资源化利用，产生了良好的社会经济效益和环境效益。

2、主要技术工艺  

针对钛石膏中铁、钛含量高的特点，本项目提出利用不同酸碱条件下铁、钛元素溶解度的差异，采用转相分离的方法，研究开发了两步法中和钛白酸性废水新工艺。

①通过调整pH值，第一步转相析出约80%的“白石膏”可直接利用，余液利用磷酸脱钛分离技术进行钛的回收；第二步回收钛后的余液经再次调整pH值析出含铁较高的“红石膏”。

②钛石膏按照铁离子含量不同可分为白石膏和红石膏。中和钛白酸性废水形成的滤渣一般为红石膏，其起始时呈灰褐色，置于空气中的Fe2+逐渐被氧化成Fe3+而变成红色（偏黄），因其杂质含量高，与脱硫石膏、磷石膏相比利用价值低，通常处理方式采用堆存或填埋，污染环境、浪费资源和占用土地。 开发两步法中和酸性废水新工艺，通过改变钛白酸性废水中和控制指标，降低钛石膏中以铁为主的金属含量，可生产出利于制硫酸和水泥的白石膏。该工艺是在充分利用原污水处理设备的基础上，通过增加离心机、浓密机、中和槽等设备，先用石灰乳一级中和至pH值到3.5（或采用电石渣乳控制pH值为2），通过沉降、离心机进行固液分离，污水中的大部分游离硫酸经中和制成白石膏；析出白石膏后的酸性废水再到原来的污水处理设备进行二级中和至pH值为7，生成少量的红石膏，废水达标排放。

③本项目研究分析了硫酸法钛白粉生产排放废硫酸的特点和性质，建立并优化磷酸络合脱钛和硫酸浓差结晶除铁新技术，通过对钛白废酸进行脱钛除铁，制备得到硫酸产品，并进一步利用硫酸萃取制备得到磷酸产品。 其中，开发磷酸络合脱钛和硫酸浓差结晶除铁新技术，确定混酸浓度、冷却温度、陈化时间和净化酸指标控制范围，净化得到的酸用来萃取湿法磷酸，磷酸生产磷酸盐，副产磷钛石膏用来指硫酸和水泥，实现钛白废酸的高值高效利用。磷酸络合脱钛和硫酸浓差结晶除铁技术。首先，对废酸进行预处理，加入H3PO4使TiOSO4生成Ti3(PO4)4沉淀除去Ti4+，确定TiO2与H3PO4加入的质量比例控制范围；第二，预处理后的废酸与w(H2SO4)98%浓硫酸混合，分析出混酸中铁杂质溶解度最低的控制指标用于除去Fe2+；第三，对混酸进行冷却-陈化-固液分离，确定最佳冷却温度和陈化时间；第三，确定工艺和设备选型，进行产业化示范，所得滤液即为净化酸用于萃取磷酸，滤渣主要成分为硫酸亚铁去制硫酸或净水剂。本项目的任务目标是实现年综合利用钛白废硫酸40万吨。

 ④本项目通过研究石膏分解过程中分解温度、气氛、分解时间、杂质等因素对石膏分解率的影响，优化了石膏分解工艺参数，进一步实现了多种含硫废石膏的化学分解协同处理长周期、连续、稳定运行。实现了钛白粉酸性废水产生的钛石膏的化学分解综合利用，石膏分解率不低于98.5%，分解系统实现连续稳定运转≥300天。

3、与国内外同类技术比较

目前大部分硫酸法钛白粉生产企业还没从真正意义上做到经济的废酸处理、回用和工业化应用，本技术针对钛石膏和钛白废酸具有较大的污染性，且难以实现资源化利用的难题，通过与国内外相关技术进行对比，本项目研究开发的钛石膏及废酸资源化高效利用关键技术的制备工艺和生产装置，具有较高的技术水平，经国内外查新，除项目组成果之外，尚没有关于钛石膏及废酸资源化高效利用关键技术方面的研究，该技术领先于国内外同类技术。

4、成果的创造性和先进性

①针对钛石膏中铁、钛含量高的特点，本项目提出利用不同酸碱条件下铁、钛元素溶解度的差异，采用转相分离的方法，研究开发了两步法中和钛白酸性废水新工艺。通过调整pH值，转相析出约80%的“白石膏”可直接利用，实现了钛石膏的资源化利用。

②本项目研究分析了硫酸法钛白粉生产排放钛白废酸的特点和性质，建立并优化磷酸络合脱钛和硫酸浓差结晶除铁新技术，通过对钛白废酸进行脱钛除铁，制备得到硫酸产品，并进一步利用硫酸萃取制备得到磷酸产品，实现综合利用钛白废硫酸40万吨/年规模。

③本项目通过研究钛石膏分解过程中分解温度、气氛、分解时间、杂质等因素对石膏分解率的影响，优化了钛石膏分解工艺参数，石膏分解率≥98.5%，实现了钛石膏与磷石膏中硫资源循环利用与钙资源替代石灰矿的开采，年综合利用工业副产石膏100万吨，分解系统实现连续稳定运转≥300天。

5、授权专利情况

该项目已获得授权发明专利3件，现正在申请发明专利2件。

已授权发明：一种钛白废酸高值高效利用的方法（CN201110357279.5）、一种湿法磷酸净化生产工业级磷酸的新方法（CN201310266389.X）、一种化学分解废硫酸和石膏综合利用的联合工艺及装置（CN201410112858.7）；

申请发明专利：一种湿法磷酸净化除铁的方法（CN201910553347.1）、一种盐酸法湿法磷酸制备高品质磷酸的萃取方法（CN201811435894.1)。

6、成果推广应用前景

钛白粉是一种性能优异的白色粉末状无机颜料，生产工艺主要有氯化法和硫酸法两种。硫酸法钛白粉生产工艺具有原料来源充足、工艺成熟、操作简单、产品品种齐全等优点，也存在流程长、操作复杂、“三废”排放多等缺点，尤其是钛石膏和废硫酸排放量大。其中，钛石膏成分复杂、杂质含量高，是目前利用率很低的工业副产石膏，仅有少量钛石膏用于水泥缓凝剂和胶凝材料等方面，其余作为一般固废处理。钛石膏的露天堆存对生态环境存在潜在威胁。因此，环保部门及钛白粉企业都迫切希望钛石膏能在高效环保的资源化利用途径上找到出路。而据统计，硫酸法钛白粉生产过程中每生产1 t 钛白粉将产生w(H₂SO₄) 为20%左右的废酸6～8 t，目前我国每年产生的废酸就达10Mt左右。钛白废酸组分复杂，除含H₂SO₄外，还含有大量的FeSO₄、TiOSO₄等杂质，不能直接利用。如果不经处理直接排放，会严重污染环境并浪费资源。目前，关于钛白废酸的有效处理方法主要有中和法和浓缩法。中和法一般采用石灰或电石渣中和废酸后达标排放，同时副产大量钛石膏。浓缩法是将废酸浓缩后分离杂质综合利用。钛白废酸中和处理虽然简单，但硫资源未得到利用，“三废”问题没有消除。浓缩工艺虽然解决了钛白废酸的综合利用问题，但整套系统复杂，投资较大，运行能耗高，处理成本高，因浓缩加热器结垢问题需经常停运清理，运行周期短。综上所述，目前大部分硫酸法钛白粉生产企业还没从真正意义上做到经济的废酸处理、回用和工业化应用。针对硫酸法钛白粉生产过程中大量钛石膏和废酸难以处理的现状，一方面，本项目以钛石膏的资源化利用为目的，结合钛石膏处置量大的特点，在对钛石膏矿物属性进行全面分析基础上，提出将钛石膏制备得到白石膏产品的研究思路。另一方面，项目针对钛白粉生产所排放的w( H₂SO₄) =20%左右废酸，通过回收钛、去除铁等工艺流程，得到w( H2SO4) = 64%左右的净化酸，用来萃取湿法制备磷酸，消除了资源化利用过程中副产品对下游产品的影响，实现了钛白废酸的高效高值利用。本项目最终实现了硫酸法钛白粉生产过程中钛石膏和钛白废酸的资源化利用，具有良好的社会经济效益和环境效益，产品和技术市场前景广阔。

7、经济效益

本项目投入3052.72万元，且本项目已经在本公司得到推广应用,本项目已经实现岗位就业人数22人，较好地解决了当地就业难问题，有力地带

动了周边地区经济的发展，产生了明显的社会效益。该技术拥有自主知识产权，生产工艺成熟先进，有利于落后生产工艺，实现企业转型升级。 解决了工业副产钛石膏制酸的技术难题，对我国资源综合利用、发展循环经济、提升综合科技实力具有重要意义。2020年利用该装置共实现收入效益达7959.76万元。