海綿鈦在整個鈦工業(yè)中處于極為重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),它是制取工業(yè)鈦合金的主要原料,更是鈦材、鈦粉以及其他眾多鈦構(gòu)件的源頭材料。
在鈦產(chǎn)業(yè)鏈中,先是從鈦鐵礦、金紅石等原始礦產(chǎn)進(jìn)行選礦,獲取品位更高的精礦后,經(jīng)過一系列加工提純制取高純度的二氧化鈦,隨后通過對二氧化鈦的氧化、還原等工藝手段生成四氯化鈦,再進(jìn)一步得到海綿鈦這個中間產(chǎn)品。
前兩篇我們介紹了從選礦到制備四氯化鈦的過程。
今天我們講制備海綿鈦的工藝,注意鎂熱還原法是生產(chǎn)海綿鈦的主要工藝,分為半流程法和全流程法。
海綿鈦生產(chǎn)需要經(jīng)過三個大的流程:氯化、還原蒸餾-精整、電解。
三個流程都具備,則稱為全流程法,如果只具備還原蒸餾-精整,則稱為半流程。
全流程的主要工序為:
?、倮檬徒梗ㄖ饕貫樘迹┻€原鈦渣,并通入Cl2進(jìn)行氯化形成粗TiCl4;
?、谕ㄟ^鋁粉除釩、硫化氫除釩、銅絲除釩以及礦物油除釩等方法獲得精TiCl4;
?、墼?00-900℃下,以一定的流速通入精TiCl4,使之與電解的Mg發(fā)生還原反應(yīng):TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2;
?、茉诜磻?yīng)溫度下,生成的MgCl2呈液態(tài),可以及時排放出去,在900-1000℃及一定真空度的條件下,將殘留的MgCl2和過剩的Mg真空蒸餾出去,獲得純凈的海綿鈦;
?、軲gCl2經(jīng)過電解工藝可分解為Mg和Cl2重復(fù)利用,只需少量補充Mg與Cl2的損耗。
中國海綿鈦市場總體可以分為六個階段,即為1955至1959年的萌芽期,20世紀(jì)60年代至70年代的啟動期,1970-1982年的震蕩期,1982-1990年的高速發(fā)展期,1990-2015年的震蕩期和2015-2023年的成熟期。
中國鈦工業(yè)起步于20世紀(jì)50年代。1955年11月在重工業(yè)部有色金屬綜合研究所用鎂還原法成功制出海綿鈦。1958年在撫順鋁廠實現(xiàn)了海綿鈦工業(yè)試驗,成立了中國第1個海綿鈦生產(chǎn)車間,同時在沈陽有色金屬加工廠成立了中國第1個鈦加工材生產(chǎn)試驗車間。
20世紀(jì)60年代-70年代,在國家的統(tǒng)一規(guī)劃下,中國先后建設(shè)了以遵義鈦業(yè)為代表的10余家海綿鈦生產(chǎn)單位。遵義鈦業(yè)是20世紀(jì)60年代我國三線建設(shè)重點廠礦之一,1966年正式建廠。
1970-1982年,多家海綿鈦企業(yè)倒閉,海綿鈦產(chǎn)量下降。因海綿鈦生產(chǎn)工藝復(fù)雜、技術(shù)難度大,加之規(guī)模偏小難以抵擋國外海綿鈦企業(yè)的競爭,中國國內(nèi)的10多家海綿鈦企業(yè)紛紛倒閉或破產(chǎn),僅剩下遵義鈦業(yè)和撫順鈦廠兩家。1980年前后,中國海綿鈦產(chǎn)量達(dá)到2,800噸,由于當(dāng)時大多數(shù)人對鈦金屬認(rèn)識不足,鈦材的高價格也限制了鈦的應(yīng)用,鈦加工材的產(chǎn)量僅200噸左右,鈦工業(yè)陷入困境。
1982-1990年,國家政策促進(jìn)海綿鈦的生產(chǎn)及應(yīng)用。1982年7月中國成立了跨部委的全國鈦應(yīng)用推廣領(lǐng)導(dǎo)小組,專門協(xié)調(diào)鈦工業(yè)的發(fā)展事宜。改革開放之后,在國務(wù)院的推動下,中國的鈦工業(yè)高速發(fā)展,應(yīng)用范圍不斷拓寬,行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大,但大部分產(chǎn)品都是純度相對較低的低端產(chǎn)品,高端產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口。
1990-2015年,經(jīng)濟下行壓力導(dǎo)致海綿鈦增長態(tài)勢轉(zhuǎn)變。2013年前后,由于宏觀經(jīng)濟下行壓力逐漸增加,下游需求產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級轉(zhuǎn)化,在供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的作用下,中國海綿鈦市場出現(xiàn)顯著的下滑,產(chǎn)能利用率逐漸走低,大量產(chǎn)能停產(chǎn),2015年中國海綿鈦產(chǎn)能迅速下降至8.80萬噸。
2015年后中國海綿鈦生產(chǎn)緩慢恢復(fù),2017年中國海綿鈦產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,產(chǎn)量已居世界第一。
2015年至2023年間中國國內(nèi)海綿鈦產(chǎn)量由5.9萬噸持續(xù)增長至21.8萬噸。同時,在航空航天、海洋工程、高端化工(石化、環(huán)保等)、軍工等行業(yè)需求拉動下,行業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整初見成效,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)開始由低端走向高端。