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探討海綿鈦冶煉技術(shù)研究方向

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,遠遠不能滿足需求,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。


鈦加工


國內(nèi)海綿鈦生產(chǎn)技術(shù)及改進研究方向探討

我國海綿鈦生產(chǎn),依靠國內(nèi)力量逐漸實現(xiàn)技術(shù)進步,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,直至達到5000噸經(jīng)濟規(guī)模。

但與國外先進水平比較,還存在較大差距。主要表現(xiàn)在技術(shù)經(jīng)濟指標(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)模擴大到萬噸級,實現(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)備進行改進研究,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,決定了需要采用除雜質(zhì)能力強的富鈦料工藝,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,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,鹽酸可實現(xiàn)循環(huán)使用,補充的鹽酸可由氯化副產(chǎn)的鹽酸提供。

2)進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92~94%,已建成的工廠年產(chǎn)能力達80多萬噸。

因此,可以考慮從澳大利亞進口這種人造金紅石,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)。但獨聯(lián)體國家使用的這種超細活性鋁粉價格昂貴,并具有可爆性,需要研究改進。

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,有必要進一步研究改進大型聯(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)濟指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)。

但在引進消化過程中,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,需要進一步研究改進。

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)進一步研究實現(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)行機構(gòu)及計算機控制等,最終實現(xiàn)各工序的控制與主控室的計算機聯(lián)網(wǎng),使海綿鈦生產(chǎn)管理全面實現(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"制鈦新工藝"一直是世界關(guān)注的熱點研究課題。近年來,這個世界性難題的研究取得了一些進展,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)合正在進行擴大試驗,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)將跨入世界先進水平行列,進而實現(xiàn)萬噸級生產(chǎn)規(guī)模。


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