海绵钛生产现状和发展

我国海绵钛生产现状和发展前景

邓国珠

（北京有色金属研究总院）

1、生产状况

我院1954年开始研究金属钛的制造技术，1958年开始建立小规模生产装置。上世纪60年代和70年代初，在抚顺、上海、遵义、宝鸡和沈阳建立海绵钛和钛材加工工厂，形成了从矿石、海绵钛、钛材、设备和工业应用的完整的金属钛生产和应用体系。至今，世界上只有美国、俄罗斯、日本和中国具有这样的钛生产和应用体系。

但是，由于经济发展水平和钛需求市场的影响，我国金属钛生产的发展速度是缓慢的，到1985年海绵钛年产量才突破千吨。从1985年至2003年的近二十年间，海绵钛年产量一直在1000吨至3000吨间徘徊。近几年的发展速度才加快，2004年产量达到4,800吨，2005年9,500吨，2006年达到18,000吨。按年产量，居世界第四（表1）。到2006年，我国才有了年产万吨级规模的海绵钛工厂。与此同时，钛材和应用也达到了相应的规模。

表1 近年来各国海绵钛产量（t/a）

在最近几年间我国掀起了海绵钛投资“热”，据不完全统计，全国有近三、四十家大小企业介入投资海绵钛。其中，有三家年产5000 t规模的工厂已初步建成和部分投产，还有一些年产小于5000 t规模的工厂也已在建或已投产。

从去年开始，发展到一个新阶段，出现一批国有大型企业公司投资建设大型化海绵钛工厂，目前有的已进入设计阶段。

今年我国海绵钛产量预计达到30,000吨。其中，只有大约一半是工艺和设备较配套的产能，另一半则是不配套的产能。不配套的产能，主要是在2005～2006年间海绵钛价格上涨，在暴利的刺激下建立起来的小生产线。这些生产线，大部分只有还原—真空蒸馏系统，靠外购四氯化钛和金属镁生产海绵钛，副产的氯化镁外销，不能实现氯和镁在生产中的循环使用，面临着成本高和环境压力，与国外的大型化工厂比较，缺乏竞争力。

2、技术状况

我国海绵钛生产技术，依靠国内力量不断实现进步。现在主要工序都已采用了国际主流技术（表2），如沸腾氯化技术、浮阀塔精馏技术、还原-蒸馏联合法技术、还原-蒸馏过程计算机控制技术和无隔板槽电解镁技术等。主要设备也已基本上实行了大型化，如直径2.6m 沸腾氯化炉、8t倒U型还原-蒸馏联合炉和110KA无隔板镁电解槽。

表2 国内外海绵钛生产技术比较

我国钛资源以钛铁矿为主，且主要是含钙镁杂质较高的低品位钛铁矿，所以生产海绵钛主要是以含钙镁氧化物 2.5%左右的高钛渣（TiO2相当量≧92%）为原料，沸腾氯化大多采用无筛板沸腾氯化炉。粗四氯化钛的精制，目前以铜丝除钒为主，并已有工厂使用矿物油除钒；四氯化钛的精馏提纯，早就使用了高效的浮阀精馏塔。镁还原-真空蒸馏制造海绵钛，已全部采用联合法，目前有5 t、8 t倒“U”

型联合法和3 t、4 t“I”型半联合法两种。海绵钛的破碎，已采用剪切式破碎机，避免了产品在破碎过程中的氧化现象。电解氯化镁制造金属镁，已采用了大型无隔板电解槽，但技术经济指标较差，需进一步进行技术改进。

但与国外先进水平比较，还存在较大差距，主要表现在技术经济指标、三废治理、设备配套水平和自动控制等方面。

3、海绵钛质量

国外用户最关心是中国海绵钛的质量。中国海绵钛是采用国外相同的方法、相同的原料、相同的工艺和相同的设备生产的，即采用镁还原-真空蒸馏方法生产的：

TiCl4（l）＋Mg（l）＝Ti（s）＋MgCl2（l）

钛铁矿（TiO250～60%）经过电炉熔炼制造出高钛渣，高钛渣经沸腾氯化制造四氯化钛，粗四氯化钛经精制提纯获得无色透明的精四氯化钛（纯度≧99.95%）作为镁还原的原料。

镁还原产生的MgCl2经熔盐电解获得粗镁，粗镁经过精炼提纯制得精镁（纯度≧99.92%）返回镁还原使用。过程中需补充的外购来的镁锭，也要经过精炼提纯后才使用。

还原采用的工艺和设备目前有两种不同类型。一种是在中国南方使用的“倒U型”联合法（并联法，图1），它与日本和美国的生产工艺设备相同，在生产中使用的有炉产5 t和8 t两种不同规格的反应器，并已试验了10 t和12 t的反应器。另一种是在中国北方使用的“I型”联合法（串联法），它与独联体的生产工艺设备大同小异，在生产中

使用的有炉产3 t和4 t两种不同规格的反应器。一些小厂也可能使用1 t和2 t的还原反应器。

图1 “倒U型”联合法生产海绵钛示意图

镁还原四氯化钛生成海绵钛的反应，是在反应器抽真空后充入氩气保护下进行的。还原之后在高温高真空下从海绵钛孔隙中分离出残留的镁和氯化镁，后者在冷凝器（另一个还原反应器）中冷凝下来，这冷凝有镁和氯化镁的另一个还原反应器再返回镁还原使用。

经过真空蒸馏提纯的海绵钛，经冷却、取出、破碎、挑选，按不同级别充氩包装。每一批产品都要经过严格的分析检验合格后才能出售。所出售的海绵钛必须符合国家质量标准（表3）。我国海绵钛的质量标准与国外的标准大同小异。但实际的产品也可能与国外的一流产品有差别，主要差别可能是产品中的气体杂质含量，例如氧和氮可能稍许偏高，布氏硬度可能稍许偏高。

表3 中国海绵钛质量标准

产

品等级

产品 牌号 化学成分（质量分数） %

布氏硬度

HBW/10/147 00/30 ≯

Ti

≮ 杂质，≯ Fe Si Cl C N O Mn Mg H 0 MHT-100 99.7 0.06 0.02 0.06 0.02 0.02 0.06 0

.01 0.06 0.005 100 1 MHT-110 99.6 0.10 0.03 0.08 0.03 0.02 0.08 0.01 0.07 0.005 110 2 MHT-125 99.5 0.15 0.03 0.10 0.03 0.03 0.10 0.02 0.07 0.005 125 3 MHT-140 99.3 0.20 0.03 0.15 0.03 0.04 0.15 0.02 0.08 0.010 140 4 MHT-160 99.1 0.30 0.04 0.15 0.04 0.05 0.20 0.03 0.09 0.012 160 5 MHT-200 98.5 0.40 0.06 0.30 0.05 0.10 0.30 0.08 0.15 0.030

200

4、需求状况

钛的消费量与一个国家的综合国力和发展程度成正比，随着我国经济不断增长，综合国力不断增强，钛的消费量增长速度较快，2003年需求量为10,000吨，2004年12,000吨，2005年13，000吨，2006年达14，000吨，2007年预计超过15,000吨。目前的应用主要集中在化工和石油化工（表4）。

表4 钛在非航空领域的应用比例（%）

金属钛性能优异，应用范围不断扩大，对钛的需求量会逐步增长。今后将大幅增长应用的领域主要是航空、发电、石化、汽车、消费品、