海綿鈦在整個鈦工業中處于極為重要的基礎環節,它是制取工業鈦合金的主要原料,更是鈦材、鈦粉以及其他眾多鈦構件的源頭材料。
在鈦產業鏈中,先是從鈦鐵礦、金紅石等原始礦產進行選礦,獲取品位更高的精礦后,經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,再進一步得到海綿鈦這個中間產品。
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海綿鈦的主要工藝,分為半流程法和全流程法。
海綿鈦生產需要經過三個大的流程: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發生還原反應:TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2;
④在反應溫度下,生成的MgCl2呈液態,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;
⑤MgCl2經過電解工藝可分解為Mg和Cl2重復利用,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年的高速發展期,1990-2015年的震蕩期和2015-2023年的成熟期。
中國鈦工業起步于20世紀50年代。1955年11月在重工業部有色金屬綜合研究所用鎂還原法成功制出海綿鈦。1958年在撫順鋁廠實現了海綿鈦工業試驗,成立了中國第1個海綿鈦生產車間,同時在沈陽有色金屬加工廠成立了中國第1個鈦加工材生產試驗車間。
20世紀60年代-70年代,在國家的統一規劃下,中國先后建設了以遵義鈦業為代表的10余家海綿鈦生產單位。遵義鈦業是20世紀60年代我國三線建設重點廠礦之一,1966年正式建廠。
1970-1982年,多家海綿鈦企業倒閉,海綿鈦產量下降。因海綿鈦生產工藝復雜、技術難度大,加之規模偏小難以抵擋國外海綿鈦企業的競爭,中國國內的10多家海綿鈦企業紛紛倒閉或破產,僅剩下遵義鈦業和撫順鈦廠兩家。1980年前后,中國海綿鈦產量達到2,800噸,由于當時大多數人對鈦金屬認識不足,鈦材的高價格也限制了鈦的應用,鈦加工材的產量僅200噸左右,鈦工業陷入困境。
1982-1990年,國家政策促進海綿鈦的生產及應用。1982年7月中國成立了跨部委的全國鈦應用推廣領導小組,專門協調鈦工業的發展事宜。改革開放之后,在國務院的推動下,中國的鈦工業高速發展,應用范圍不斷拓寬,行業生產規模不斷擴大,但大部分產品都是純度相對較低的低端產品,高端產品主要依靠進口。
1990-2015年,經濟下行壓力導致海綿鈦增長態勢轉變。2013年前后,由于宏觀經濟下行壓力逐漸增加,下游需求產品結構升級轉化,在供給側結構性改革的作用下,中國海綿鈦市場出現顯著的下滑,產能利用率逐漸走低,大量產能停產,2015年中國海綿鈦產能迅速下降至8.80萬噸。
2015年后中國海綿鈦生產緩慢恢復,2017年中國海綿鈦產業飛速發展,產量已居世界第一。
2015年至2023年間中國國內海綿鈦產量由5.9萬噸持續增長至21.8萬噸。同時,在航空航天、海洋工程、高端化工(石化、環保等)、軍工等行業需求拉動下,行業結構性調整初見成效,產業結構開始由低端走向高端。