當(dāng)前，我國鈦工業(yè)伴隨著世界鈦工業(yè)的增長，呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢頭。隨著需求的擴(kuò)大，鈦加工產(chǎn)能不斷提高，2004年國內(nèi)鈦錠生產(chǎn)能力已達(dá)到約25000噸，但是，在這種高增長的勢頭下，海綿鈦卻成為制約鈦加工的瓶頸。2004年我國生產(chǎn)的海綿鈦僅為5000噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，探討我國海綿鈦冶煉技術(shù)的發(fā)展，建設(shè)萬噸級海綿鈦生產(chǎn)基地是非常必要的。 國內(nèi)海綿鈦生產(chǎn)技術(shù)及改進(jìn)研究方向探討 我國海綿鈦生產(chǎn)，依靠國內(nèi)力量逐漸實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步，從固定床氯化到沸騰氯化，從填料塔精餾到浮閥塔精餾，從還原蒸餾分離到還原蒸餾聯(lián)合，鎂電解從有隔板到大型無隔板，以及實(shí)現(xiàn)了鎂氯的閉路循環(huán)等。生產(chǎn)規(guī)模從百噸級到千噸級，直至達(dá)到5000噸經(jīng)濟(jì)規(guī)模。 但與國外先進(jìn)水平比較，還存在較大差距。主要表現(xiàn)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、"三廢"治理、設(shè)備配套水平和自動控制等方面。 要把工廠規(guī)模擴(kuò)大到萬噸級，實(shí)現(xiàn)"清潔、文明、無公害化"的現(xiàn)代化生產(chǎn)，需要針對目前存在的問題，對現(xiàn)有工藝技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)研究，主要研究方向和課題可歸納如下。 1.高品位富鈦料的制造技術(shù)西方國家使用高品位天然金紅石和人造金紅石為原料生產(chǎn)海綿鈦。我國缺乏高品位的天然金紅石資源和沒有高品位人造金紅石的生產(chǎn)，生產(chǎn)海綿鈦是以含TiO2相當(dāng)量92％左右的高鈦渣為原料。高鈦渣是采用小型敞口電爐生產(chǎn)的，工廠規(guī)模小，技術(shù)和設(shè)備也很落后，因為要使用瀝青為粘結(jié)劑，環(huán)境污染嚴(yán)重。嚴(yán)格來講，這些高鈦渣小廠是屬于國家政策該陶汰的高能耗高污染的小電爐。 生產(chǎn)含TiO292％的高鈦渣的技術(shù)改進(jìn)相當(dāng)困難，國外也沒有相關(guān)的技術(shù)。國外的大型密閉電爐只能生產(chǎn)含TiO285％左右的鈦渣。獨(dú)聯(lián)體國家的半密閉式電爐也只能生產(chǎn)90％左右的鈦渣，而且必須以優(yōu)質(zhì)鈦鐵礦為原料，如果以我國的鈦鐵礦為原料只能生產(chǎn)85～87％的鈦渣。 與96％的天然金紅石（雜質(zhì)4％）和92～94％的人造金紅石（雜質(zhì)6～8％）比較，92％的高鈦渣（雜質(zhì)11％）已是一種"粗糧"。所以，工廠不希望使用品位比92％高鈦渣更低的原料。 大型海綿鈦冶煉廠希望使用高品位富鈦料，解決高品位原料問題可供選擇的途徑有： 1）建設(shè)大型化高品位富鈦料工廠： 由于我國鈦資源主要是低品位鈦鐵礦的特點(diǎn)，決定了需要采用除雜質(zhì)能力強(qiáng)的富鈦料工藝，才能獲得高品位的富鈦料。其中，鹽酸浸出法制造人造金紅石工藝路線，除雜質(zhì)能力強(qiáng)，可將含高鈣鎂的低品位鈦精礦加工成含TiO292～94％的高品位人造金紅石，相關(guān)的技術(shù)研究已接近成熟，鹽酸可實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，補(bǔ)充的鹽酸可由氯化副產(chǎn)的鹽酸提供。 2）進(jìn)口高品位人造金紅石：澳大利亞有十分豐富的優(yōu)質(zhì)鈦鐵礦，采用還原銹蝕法制造的人造金紅石TiO2含量達(dá)92～94％，已建成的工廠年產(chǎn)能力達(dá)80多萬噸。 因此，可以考慮從澳大利亞進(jìn)口這種人造金紅石，它的粒度非常符合沸騰氯化的要求，同時還含有一定的低價鈦。 2.沸騰氯化爐的大型化技術(shù)的進(jìn)一步研究 我國海綿鈦生產(chǎn)大型化過程中，遇到的最大困難是四氯化鈦的制造技術(shù)，包括氯化和精制兩個工序；與國外先進(jìn)水平差距最大的，也是四氯化鈦的制造技術(shù)；所以，今后應(yīng)把沸騰氯化爐的大型化、氯化技術(shù)水平的提高（包括提高鈦的氯化率、氯的利用率、氯化爐產(chǎn)能、降低尾氣氯含量、提高四氯化鈦回收率等）是今后研究工作的重點(diǎn)之一。 3.四氯化鈦除釩新工藝目前工業(yè)生產(chǎn)中，有銅絲、礦物油和鋁粉三種除釩方法。其中，銅絲除釩效果好，可獲得高質(zhì)量的四氯化鈦，但是間歇操作，銅絲失效后的洗滌再生操作勞動強(qiáng)度大，操作環(huán)境差，銅耗高，除釩成本高，僅適合小規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用。 礦物除釩成本低，但需要采用特殊的加熱方法，產(chǎn)生體積龐大的殘渣液，殘渣易在加熱壁上結(jié)疤，除釩后的四氯化鈦中含有少量有機(jī)物不易分離除去，較適用于氯化法生產(chǎn)鈦白。 鋁粉除釩的殘渣量少，不易結(jié)疤，容易從殘渣回收釩，除釩成本低，是一種適合用于海綿鈦生產(chǎn)的除釩方法。 鋁粉除釩已在獨(dú)聯(lián)體國家海綿鈦生產(chǎn)中成功使用多年，北京有研院等單位已成功地完成了小型試驗研究，說明鋁粉除釩是可行的工藝技術(shù)。但獨(dú)聯(lián)體國家使用的這種超細(xì)活性鋁粉價格昂貴，并具有可爆性，需要研究改進(jìn)。 4.大型鎂還原蒸餾聯(lián)合法提高產(chǎn)品海綿化率 大型還原蒸餾聯(lián)合法生產(chǎn)海綿鈦，由于反應(yīng)器容量的擴(kuò)大，還原反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不能有效地輸出，造成局部高溫，導(dǎo)致部分產(chǎn)品致密化；同時也防礙加料速度的提高，使生產(chǎn)周期增加，設(shè)備產(chǎn)能降低。 因此，有必要進(jìn)一步研究改進(jìn)大型聯(lián)合法的工藝和設(shè)備，以增加設(shè)備產(chǎn)能和提高產(chǎn)品的海綿化率。 5.大型無隔板槽鎂電解降低電耗 過去海綿鈦生產(chǎn)中，鎂電解技術(shù)一直比較落后，自使用110KA無隔板槽鎂電解工藝后，技術(shù)水平和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)。 但在引進(jìn)消化過程中，對這項技術(shù)中的一些技術(shù)決竅還掌握不夠，因而電流效率偏低，電耗偏高，需要進(jìn)一步研究改進(jìn)。 6.生產(chǎn)過程的自動控制和管理海綿鈦生產(chǎn)過程的自動控制技術(shù)已有一定的基礎(chǔ)，今后應(yīng)進(jìn)一步研究實(shí)現(xiàn)從富鈦料制備、氯化、精制、還原蒸餾、破碎、分選、包裝、鎂電解全過程的計算機(jī)控制和管理。 研究內(nèi)容包括被測參數(shù)的感應(yīng)元件、測量儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及計算機(jī)控制等，最終實(shí)現(xiàn)各工序的控制與主控室的計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，使海綿鈦生產(chǎn)管理全面實(shí)現(xiàn)自動控制。 7.制鈦新方法的研究成為國際鈦業(yè)關(guān)注熱點(diǎn)"制鈦新工藝"一直是世界關(guān)注的熱點(diǎn)研究課題。近年來，這個世界性難題的研究取得了一些進(jìn)展，英國劍橋大學(xué)和澳大利亞CSIRO先后研究了幾種不同的TiO2電解法制鈦新工藝，據(jù)稱制鈦成本可降低50％左右。美、英聯(lián)合正在進(jìn)行擴(kuò)大試驗，計劃將FFC工藝推向產(chǎn)業(yè)化。 如果能用TiO2電解法來制造新型鈦合金，例如制造含少量鐵的鈦合金，則可以天然金紅石或人造金紅石為原料，其它合金元素以氧化物形式加入，這樣制造的鈦合金成本就會大幅度降低。 通過上述課題研究的完成，我國海綿鈦生產(chǎn)技術(shù)水平將會大幅度提升，并可為實(shí)現(xiàn)萬噸級規(guī)模海綿鈦生產(chǎn)創(chuàng)造條件。 再通過幾年的研究和技術(shù)攻關(guān)，我國海綿鈦生產(chǎn)技術(shù)將跨入世界先進(jìn)水平行列，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)萬噸級生產(chǎn)規(guī)模。