Recupero dell'acido di scarto dal biossido di titanio

  Oltre il 90% del pigmento domestico di biossido di titanio viene prodotto mediante il processo al solfato. Per ogni tonnellata di prodotto vengono generate 5-8 tonnellate di acido di scarto ad alta concentrazione al 20%-13%, 20-30 tonnellate di acido di scarto a media e bassa concentrazione all'1%-2%, 15-25 tonnellate di acque reflue acide diluite allo 0,2%-0,3% e 2-3 tonnellate di acque reflue miste acido-selenio al 4%-6%.
 Una linea di produzione da 100.000 tonnellate all'anno genera più di 1,5 milioni di tonnellate di acidi di scarto all'anno.
 L'acido di scarto contiene solfato ferroso, particelle ultrafini di biossido di titanio, gel di silice, ioni di metalli pesanti come alluminio/manganese/vanadio/cromo e piccole quantità di ioni cloruro e fluoruro. Ha una composizione complessa, forte corrosività, alto contenuto di sale, abbondanti colloidi e grandi fluttuazioni della qualità dell'acqua, che rendono il trattamento estremamente difficile.

  Oltre il 60% delle piccole e medie aziende produttrici di biossido di titanio utilizzano scorie di calce o carburo per neutralizzare gli acidi di scarto. Sebbene ciò possa ridurre l’acidità, ogni tonnellata di pigmento di biossido di titanio genera 5-5,4 tonnellate di gesso di titanio.
 La Cina aggiunge più di 10 milioni di tonnellate di gesso di titanio ogni anno, con un tasso di utilizzo delle risorse inferiore al 15%. La maggior parte viene accumulata all'aria aperta, il che può causare l'acidificazione del suolo e un eccesso di metalli pesanti nelle acque sotterranee.
 L'acido solforico viene sprecato attraverso la neutralizzazione, costringendo le aziende ad acquistare ulteriore acido fresco e aumentando significativamente i costi.

  La concentrazione ad alta temperatura MVR ha un elevato consumo energetico (>220 kWh per tonnellata di acqua). I sali metallici cristallizzano e aderiscono ai tubi dello scambiatore di calore, richiedendo la pulizia con acido dopo meno di 100 giorni di funzionamento. Gli acidi forti e gli ioni alogenuri corrodono le apparecchiature e gli investimenti in materiali resistenti alla corrosione di alta qualità sono troppo costosi per molte piccole e medie imprese.
 Le membrane convenzionali per nanofiltrazione/osmosi inversa non possono resistere ad ambienti fortemente acidi. Sono facilmente intasati dai colloidi di sale di ferro e dalla polvere ultrafine di biossido di titanio e il loro limite di concentrazione di acido solforico è solo del 13%, il che non soddisfa i requisiti di riutilizzo e pertanto richiede la combinazione con MVR.
 La durata utile della membrana è di soli 1-1,5 anni, richiede frequenti sostituzioni e comporta elevati costi operativi. Le fluttuazioni della qualità dell’acqua causano anche frequenti avviamenti e arresti del sistema, rendendo difficile garantire una produzione continua e stabile.

  Le particelle di acido solforico, solfato ferroso e biossido di titanio ultrafine coesistono, rendendo difficile la cristallizzazione per congelamento o l'estrazione chimica per ottenere sia la rimozione del ferro che la ritenzione dell'acido.
 Se la rimozione del ferro è incompleta, l'acido recuperato ha una purezza insufficiente. Se si persegue la rimozione profonda del ferro, si consuma acido solforico e si possono generare nuovi rifiuti pericolosi.
 'L'estrazione dell'acido trasporta inevitabilmente ferro, mentre la rimozione del ferro inevitabilmente consuma acido' è una sfida del settore ampiamente riconosciuta. Riduce il valore del recupero delle risorse e indebolisce la motivazione delle aziende a investire in aggiornamenti tecnici.

  Contiene grandi quantità di particelle di ossido di titanio su scala nanometrica e colloidi di gel di silice. Ad alta viscosità, intasa facilmente apparecchiature di laboratorio, scambiatori di calore e tubazioni; questo tipo di contaminazione gelatinosa è rara in altri settori.
 L'intervallo di acidità è ampio (0,2%-23%) e la qualità dell'acqua fluttua senza schemi chiari. Le attrezzature convenzionali faticano ad adattarsi, causando rischi come miscelazione del flusso, collasso dei materiali o non conformità degli effluenti.
 Coesistono acidi forti, elevata salinità e numerosi metalli pesanti, causando una grave corrosione delle apparecchiature sia a basse che ad alte temperature. Il tasso di fallimento è di gran lunga superiore a quello del normale decapaggio delle acque reflue.

  Lo stoccaggio di decine di milioni di tonnellate di gesso di titanio comporta rischi di ispezione ambientale e può portare a restrizioni di produzione, ordini di rettifica o multe.
 Trattare gli acidi di scarto come rifiuti porta a decine di milioni di costi annuali di approvvigionamento di acido solforico, comprimendo i margini di profitto.
 Alle aziende nei bacini fluviali chiave, come il lago Taihu e il fiume Dongjiang, potrebbe essere ordinato di sospendere la produzione se le acque reflue superano gli standard di scarico.
 I frequenti danni alle apparecchiature interrompono la normale produzione e causano elevate perdite indirette.

  Viene utilizzato un materiale di base polimerico brevettato, reticolato e modificato, che consente il funzionamento a lungo termine in ambienti fortemente acidi a pH <1.
 La struttura dei pori della membrana è ottimizzata per colloidi di sale di ferro e polvere ultrafine di biossido di titanio. La sua resistenza alla corrosione e le prestazioni anti-intasamento superano di gran lunga quelle delle membrane convenzionali e la sua durata supera i tre anni.
 I moduli a membrana vengono applicati in più fasi: la filtrazione di precisione front-end recupera il 96% del biossido di titanio ultrafine; la nanofiltrazione a stadio intermedio trattiene accuratamente metalli ferrosi, alluminio, manganese e altri metalli pesanti, con un tasso di rimozione delle impurità superiore al 95%, prevenendo l'intasamento alla fonte.

  Il sistema abbandona la tradizionale concentrazione a cambiamento di fase ad alta temperatura e adotta una concentrazione elettrochimica a bassa temperatura senza cambiamento di fase, membrane modificate brevettate resistenti agli acidi, pretrattamento modulare a fasi e un sistema di controllo automatico intelligente APC.
 Insieme, questi quattro moduli consentono il recupero ad elevata purezza di tutti i componenti e lo scarico zero di rifiuti solidi durante il processo.

  Il telaio dell'apparecchiatura è rivestito in poliuretano anticorrosione ad alta resistenza e dotato di coperchi terminali anticorrosione a sgancio rapido, che facilitano la manutenzione ed eliminano i rischi di perdite.
 Le speciali pompe ad alta pressione resistenti agli acidi vengono utilizzate per risolvere problemi di cavitazione e tenuta in condizioni di acido forte.
 Il pretrattamento comprende filtrazione di precisione, adsorbimento di metalli pesanti e rimozione di alogeni in tracce. Gli acidi di scarto ad alta e bassa concentrazione vengono trattati attraverso percorsi separati, consentendo al sistema di adattarsi alle principali fluttuazioni della qualità dell'acqua e garantendo un funzionamento stabile a lungo termine.

  Aggiornato sulla base di DCS, il sistema è dotato di speciali sensori online proprietari per monitorare la concentrazione di acido solforico, il contenuto ferroso, la conduttività e gli indicatori di metalli pesanti in tempo reale.
 Gli algoritmi APC avanzati regolano dinamicamente parametri come la potenza del campo elettrico e la pressione della membrana, consentendo il funzionamento non presidiato e l'adattamento automatico ai cambiamenti della qualità dell'acqua.
 Il sistema supera il tradizionale collo di bottiglia del processo di soli otto mesi di funzionamento; numerosi progetti hanno già operato in modo continuativo e stabile per più di quattro anni.

  Processo: omogeneizzazione e miscelazione -> pretrattamento multistadio (recupero di polvere di biossido di titanio) -> rimozione graduale di impurità e metalli pesanti mediante membrane modificate -> concentrazione elettrochimica a bassa temperatura (acido riutilizzabile + ferro ferroso) -> controllo di cristallizzazione di precisione assistito da MVR.
 Risultati: acido solforico riutilizzabile di elevata purezza, solfato ferroso di grado industriale e acqua ultrapura.
 L'intero processo non utilizza neutralizzazione della calce, non produce rifiuti solidi di gesso di titanio, raggiunge uno scarico di acque reflue vicino allo zero e converte tutti i prodotti in risorse riutilizzabili.

Vantaggi specifici per una linea di produzione da 100.000 tonnellate all'anno
 Riduzione annua di oltre 500.000 tonnellate di rifiuti solidi di gesso di titanio, eliminando i rischi di stoccaggio e di inquinamento da percolato.
 Riduzione annuale di 1,485 milioni di tonnellate di scarichi di acque reflue acide, soddisfacendo i requisiti di scarico estremamente bassi nei parchi industriali chimici e i requisiti di controllo dei bacini fluviali.
 Recupero annuale di circa 4.000 tonnellate di polvere di biossido di titanio, che possono essere riutilizzate direttamente per risparmiare sui costi delle materie prime.
 Tasso complessivo di recupero dell'acido >90%, con una produzione annua di circa 180.000 tonnellate di acido solforico riutilizzabile al 30%, riducendo sostanzialmente gli acquisti di acido fresco.
 Produzione annua di 32.000 tonnellate di solfato ferroso di elevata purezza di grado industriale, che può essere venduto esternamente per generare entrate.
 Produzione annua di oltre 1,2 milioni di tonnellate di acqua ultrapura da riutilizzare nella produzione, riducendo il consumo di acqua di rubinetto e i costi di trattamento dell'acqua.
 I ricavi derivanti dal riutilizzo delle materie prime e dalla vendita dei sottoprodotti possono sostanzialmente coprire i costi di funzionamento e manutenzione del sistema, consentendo al progetto di protezione ambientale di essere redditizio da solo.

Opportunità politiche e di mercato
 Man mano che politiche come gli obiettivi “dual-carbon”, le emissioni ultra-basse dell’industria chimica, le restrizioni sullo stoccaggio dei rifiuti solidi e lo scarico zero nei bacini fluviali chiave diventano più rigorose, i tradizionali processi di neutralizzazione ad alta energia vengono gradualmente eliminati.
 Il recupero delle risorse degli acidi di scarto è diventato una necessità di conformità per le aziende, piuttosto che una misura facoltativa.
 Con le ampie fluttuazioni dei prezzi dell’acido solforico e l’aumento delle tariffe per il trattamento dei rifiuti solidi, il recupero delle risorse può far risparmiare decine di milioni ogni anno ed è diventato una leva chiave per la riduzione dei costi e il miglioramento dell’efficienza.

 La tecnologia può essere aggiornata per recuperare metalli rari come scandio e vanadio dagli acidi di scarto e produrre ulteriormente materie prime adatte alle batterie o pigmenti di fascia alta.
 Il processo può essere rapidamente replicato nella produzione di acido fosforico, nel decapaggio metallurgico, nella chimica fine e in altri campi, mostrando una forte adattabilità intersettoriale.

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