钛白粉（TiO₂）是世界上性能最好的白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、化纤、橡胶等行业。钛白粉的生产方法有硫酸法和氯化法。硫酸法（国内主流，占80%以上）以钛铁矿（FeTiO₃）为原料，用浓硫酸酸解、水解、煅烧得到TiO₂，副产大量稀硫酸（H₂SO₄ 20%-25%）和硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O）。生石灰（CaO）及其衍生物（石灰石CaCO₃、消石灰Ca(OH)₂）在废酸中和、钛液中和、副产物（石膏）利用中发挥着不可替代的作用。没有石灰，硫酸法钛白粉企业将面临高昂的环保成本甚至停产。

硫酸法钛白粉的主要工艺流程：钛铁矿粉（-200目）与浓硫酸（92%-98%）在酸解釜中反应（160-200℃），放热、冒烟：FeTiO₃ + 2H₂SO₄ → TiOSO₄ + FeSO₄ + 2H₂O。酸解后的固相物（钛饼）用软水浸取，得到钛液（含TiOSO₄、FeSO₄、MgSO₄、Al₂(SO₄)₃等）。钛液经沉降（去除不溶物）、冷冻结晶（去除FeSO₄·7H₂O，副产品绿矾）、真空浓缩、过滤净化后，得到纯净的钛液（TiOSO₄浓度120-160g/L，F值（酸度系数）1.8-2.1）。钛液加入晶种（碱中和制备的水合TiO₂），加热至90-110℃，水解生成偏钛酸（H₂TiO₃）沉淀：TiOSO₄ + 2H₂O → H₂TiO₃↓ + H₂SO₄。水解后的偏钛酸经水洗（去除铁、硫酸根）、漂白（用稀硫酸和锌粉还原Fe³⁺）、盐处理（加入K₂CO₃、H₃PO₄等）、煅烧（800-1000℃）、粉碎、表面处理（包膜）、干燥、气流粉碎，得到成品钛白粉。

水解母液（废酸，含H₂SO₄ 20%-25%，FeSO₄ 5%-10%，MgSO₄ 1%-3%，少量Ti、Al）是硫酸法钛白粉的最大污染源。每生产1吨钛白粉，产生8-10立方米废酸（折合100% H₂SO₄ 1.5-2吨）。废酸若不处理，直接排放会严重酸化土壤和地下水，使河流生物死亡。传统处理方法是“石灰中和-压滤-石膏填埋”：将废酸泵入中和池，加入石灰乳（或石灰石粉），搅拌，反应：H₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄·2H₂O↓（石膏沉淀）。同时，Fe²⁺、Mg²⁺、Al³⁺与OH⁻生成Fe(OH)₂、Mg(OH)₂、Al(OH)₃沉淀，少量钛水解为H₂TiO₃沉淀。中和后的浆料进入板框压滤机（或带式过滤机），滤液（pH6-9，含少量Ca²⁺、SO₄²⁻）排入污水处理厂（或回用），滤饼（石膏，含Fe(OH)₂、Al(OH)₃等杂质）洗涤、脱水后，作为水泥缓凝剂（替代天然石膏）或填埋。每吨钛白粉副产干石膏1-2吨，水泥厂可消纳（但含铁、钛杂质可能影响水泥颜色和凝结时间）。该法设备简单、投资低，但石膏纯度低（CaSO₄·2H₂O 60%-80%，含水量20%-30%），利用价值低，且占用大量土地堆存石膏。先进的废酸处理工艺是“废酸浓缩-回收硫酸”（多效蒸发、膜蒸馏）和“废酸生产硫酸铵”（与氨水中和，生产(NH₄)₂SO₄化肥），投资大、能耗高，仅在大型钛白粉企业（年产能10万吨以上）采用。

在钛液中和（调整F值）工序，钛液（TiOSO₄溶液）的酸度系数F（有效酸与钛的摩尔比）需控制在1.8-2.1才能水解生成粒径均匀的偏钛酸。钛液酸度过高（F>2.5），需加入碱（NaOH、Ca(OH)₂、Na₂CO₃或氨水）中和部分游离酸。生石灰（消石灰）可用于部分替代烧碱（NaOH），降低中和成本（石灰价格是烧碱的1/5-1/10）。但石灰中的Ca²⁺会与钛液中的SO₄²⁻反应生成CaSO₄·2H₂O微细沉淀（石膏），这些沉淀会包裹在偏钛酸颗粒表面，影响其水洗性能（过滤困难），且煅烧后残留在钛白粉中（降低白度、增加灰分）。因此，高档钛白粉（金红石型、高白度）的中和必须用NaOH或氨水，不能用石灰。中低档钛白粉（锐钛型、搪瓷级、焊条级）可用石灰部分中和。

在钛白粉废水的末端处理（综合废水，pH2-4，含硫酸、硫酸亚铁、少量钛）中，生石灰用于中和酸性废水，调节pH至6-9，沉淀Fe²⁺（生成Fe(OH)₂）和重金属（Cr、Pb、Cu），达标排放。沉淀污泥（Fe(OH)₂、CaSO₄、CaCO₃）脱水后填埋。

氯化法钛白粉（以高钛渣（TiO₂>90%）或天然金红石为原料，与氯气（Cl₂）在800-1000℃下反应生成TiCl₄，再经氧化得TiO₂）的尾气（含未反应的Cl₂、HCl）需用石灰乳吸收：Cl₂ + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + Ca(ClO)₂ + H₂O（次氯酸钙漂白精）；HCl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + H₂O。吸收液（CaCl₂、Ca(ClO)₂）经处理排放或蒸发结晶回收CaCl₂。

生石灰在钛白粉生产中的应用，体现了基础化工与环保产业的交叉。对于钛白粉企业的工程师和环保专员，优化石灰的用量（避免浪费）、提高石膏的品质（通过分级洗涤去除Fe(OH)₂、Al(OH)₃）、开发石膏的新用途（生产硫酸钙晶须、建筑石膏粉），是降低生产成本和环境风险的方向。在“双碳”目标下，硫酸法钛白粉的废酸处理技术正在向“零排放”迈进，石灰的角色将从“主处理剂”逐渐转变为“应急/辅助处理剂”，但其在钛白粉工业环保史中的地位不可磨灭。