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海绵钛生产装备现状分析

2021.3.10

　　目前国内大部分大型的海绵钛产业与钛冶金企业都是镁钛联合生产企业，多数厂家也一直采用较为普遍与稳定的还原 -蒸馏一体化工艺。这种工艺也被称为联合法或半联合法，它实现了原料 Mg-Cl2-MgCl2 的闭路循环。

　　生产四氯化钛阶段生产装备

　　四氯化钛的生产主要有以下几种方法：将高钛渣与石油焦按一定比例配料，随后进行精细粉碎，通入氯气环境下进行反应，生成四氯化钛气体，经过冷凝设备冷凝，得到液化态的四氯化钛液体，最后进行过滤、蒸馏，得到四氯化钛成品；

　　以二氧化钛、碳粉和淀粉为反应原料，将它们以一定比例进行混合后，通入氯气环境并加以 600℃高温进行氯化反应得到粗产品，最后进行一系列精制工序即可获得；以高钛渣或金红石二氧化钛、钛铁矿为原料经氧化还原反应制备四氯化钛。而其中较为通用、技术较为成熟的两种氯化制备方法，是通过高钛渣中杂质含量不同区别选择的，两种氯化方法的核心决定因素都是氯化炉设备，因此，氯化炉的设备装备设计与应用水平直接影响了四氯化钛的制备生产水平。

　　目前，我国主要的海绵钛生产企业都是使用熔盐法氯化炉和沸腾式氯化炉这两种氯化炉。我国最早的投入研究的沸腾式氯化技术在上世纪 70 年代～ 80 年代，在短短几十年的发展历程中，我国海绵钛生产企业成功从最初的 500mm 直径发展到2500mm 氯化炉，但是在总体生产水平、业内平均生产水平与国外先进沸腾氯化产业还存在较大差距。

　　主要的缺陷在于：生产设备海绵钛产能较小、能耗过大、工业三废排放污染等问题。而在 2008 年后大量引进国外先进熔盐氯化设备与生产技术。大型熔盐式氯化炉的引进与投入生产使用，极大地推动了我国有色金属冶炼和钛金属制备的发展。

　　四川省攀枝花市是我国海绵钛的主产区，该地区是一个天然的生产原料大型钒钛磁铁矿的矿产区，占有我国超过百分之八十的钒钛磁铁矿矿产储量，已经开采与发现的钒钛磁铁矿矿产储量占世界总储量的百分之三十左右，加之我国其他地区的钛矿资源的开采开发与钛矿资源的枯竭，日后海绵钛生产企业还将主要选用熔盐氯化法生产工艺进行四氯化钛的制备。

　　还原 -蒸馏工艺阶段生产装备

　　生产海绵钛的生产产业链中，在制成四氯化钛后，即进行还原 -蒸馏工艺，以四氯化钛为原料进行还原和蒸馏制得海绵钛坨，工业上有镁热还原法和钠热还原法。而此前，钠热还原法由于各项缺陷较大、生产成本高、生产危险系数高和环境污染较大已然被废弃。所以，镁热还原法则成为目前最主流、最普遍的还原真空蒸馏制备法，分别有联合法与半联合法，其中联合法还有I 型还原蒸馏炉与倒 U 型还原蒸馏炉两种工艺炉型。

　　我国的海绵钛生产产业中，两种还原蒸馏工艺炉型都有所使用，以我国某前沿海绵钛生产企业为例，于二十一实际世纪初期从国外先进海绵钛生产企业引进 I 型还原蒸馏炉与相应生产技术并很快地投入生产，虽然该种还原蒸馏炉需求环境较为严苛，生产能耗与对环境污染都较大，但是设备所需占地面积小并且可以实现串联型垂直连接设备作业。相比之下，倒 U 型蒸馏还原炉生产过程中则能耗损失较小，成本较低，还原蒸馏流程实现时间短，设备操作比 I 型还原蒸馏炉简单。

　　现今阶段，国际上最为高端、先进的海绵钛生产还原、蒸馏设备以日本为首，能达到每炉十吨的还原蒸馏产量，生产能耗及时间都大大缩短，源源不断地投入应用于高精尖航空器、潜水器上。由此可得，我国行业内还原蒸馏阶段生产装备，不论是进口的 I 型还原蒸馏设备还是自主研发的还原蒸馏炉，与国际前沿技术与指标水平还相距甚远，想要更有效地实现还原蒸馏阶段的生产工作，生产企业务必引进更加高端的还原蒸馏装备与技术，加大对于装备的技术研发的投资投入。

　　钛坨破碎工艺生产装备

　　还原 -蒸馏阶段工艺完成后，得到的钛坨要经过破碎工艺，即为使用一系列生产线对钛坨进行破碎和筛选，达到指标与硬度要求的海绵钛坨即可进行产品包装成型。在企业现实生产中，绝大多数的企业对于海绵钛坨的破碎处理主要都是使用国产生产设备，筛选包装大多都是直接进行人工筛选，这不仅使得破碎工艺的生产水平低下，产能不达标，海绵钛的成品合格率不足，而且筛选分装环节大量使用人力资源，又费时又费力。反观国际上前沿的破碎工艺生产线，都是以工业化、机械化与自动化为要求，使用前沿科技技术，生产线机械手与操作机器人取出并转运钛坨进行破碎，破碎工艺设备也较为高端，不会造成过多钛矿浪费与能源消耗，最后的海绵矿筛选与分装也全是由机器自动完成，增加成品率的同时还节省了人力物力，使得海绵钛的成型与破碎尽可能少受到加工环节的影响，间接确保海绵钛出产的高质量水平。

　　我国海绵钛生产与国际间的差距

　　我国海绵钛的工业化生产从始至今的发展已经超过七十年了，在如此长的时间跨度内，虽有某些其他相关行业的制造企业尝试涉足其中，但都因为失败而告终，目前国际上最普遍通用的则是 Kroll 法制造海绵钛。虽然国内海绵钛生产企业也不少，但是大多数产能较低，实现工业自动化水平不高，技术水平不足。不过近些年来，随着科技水平的进步，国内相关海绵钛生产企业的生产技术也得到了提升，在某些领域还可以比肩国际前沿水平了，总体上技术水平的差异也依然存在，比如我国某顶尖海绵钛生产企业的电耗对比日本顶尖海绵钛生产企业约高出百分之五十，这便表明我国海绵钛生产行业的氯化工艺、还原 -蒸馏工艺与镁电解工艺水平仍然存在很大差距。行业内有些企业采取不同角度，使用半流程法生产海绵钛，但是这更加大了企业的发展难度，不够成熟的技术水平导致了海绵钛的成品率、生产成本、能耗方面的难以控制。

二氧化钛

攀枝花钒钛交易中心

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周锦帆