海綿鈦工業生產現狀及發展

申慶飛，閆明，司華彬(龍佰集團股份有限公司，河南 焦作 454191)

0 引言

地殼中的鈦含量占比在0.4%左右。其優異的性能使得該種金屬獲得了廣泛關注，并在20 世紀40 年代實現了工業化生產的基本目標。我國鈦元素儲備量極為豐富，海綿鈦的生產時間較早，但產能卻僅僅只占據世界總量的2%左右。為充分發揮海綿鈦的價值與優勢，需要對目前海綿鈦在世界的工業發展現狀進行分析，同時制定我國海綿鈦工業持續發展方案，完成從資源大國到生產大國的轉變。

1 世界鈦市場發展現狀與整體趨勢

作為最大的鈦消費國家，美國每年消耗的海綿鈦量占到了總量的50%，這就使得其需要進口大量海綿鈦與原材料。雖然在航天領域美國獲得了航天用鈦的快速發展條件，但在其他領域卻仍表現出了不足之處。因此，美國相關部門計劃在5 年內改變以往航天鈦占比較大的情況，大力發展其他行業中的鈦用量[1]。在維持原有的航天用鈦量不變的情況下，必然會使得美國對鈦的需求量進一步提升，現階段其已經開始大力發展其他行業鈦的實際應用。

日本受美國影響，在美國對鈦的軍事需求量逐漸增大的背景下開始大力發展鈦工業。而由于在20 世紀90 年代的美國軍事戰略改變，使得軍工用鈦量大大降低，這使得日本開始尋求將海綿鈦應用到其他行業的途徑，例如：建筑、醫療、生活用具等。經由多年發展，現階段日本的海綿鈦已經被實際應用在了海水淡化、石油加工等領域。近年來，雖然日本國內鈦用量有所縮減，但整體來看在日本軍工事業的持續發展背景下依然呈現出了海綿鈦耗量持續提高的趨勢。

歐洲由于自身無海綿鈦的生產廠家，因此每年的用鈦主要依賴于進口，其中航天方面約占比60%，民用占比在40%左右。美國與歐洲為冷戰同盟，在如此背景下，歐洲軍事層面用鈦量在未來將有較為明顯的增長表現。

我國的鈦工業發展起源于20 世紀60 年代，經過約60 余年的發展，從鈦礦開采至鈦產品出廠，我國建立了一套完整的海綿鈦生產體系，無論是在生產還是在加工領域均保持在世界前列。但我國的鈦工業規模偏小，導致與我國在世界上的重要地位極度不匹配。民用與出口是傳統鈦工業發展的主要目標，現階段從民用的實際情況來看，鈦的民用質量獲得了明顯提升。受國內外相關政策的影響，我國的鈦工業企業的數量也在逐漸增加，但由于部分企業規模較小且資本積累量過低，導致我國沒有趕上海綿鈦的利潤高峰期，規模方面與其他發達國家相比仍有著一定差距。但伴隨人們逐漸開始了解到鈦的優良性能，使得鈦的應用范圍也在逐漸擴大，例如：化工、氯堿、發電等行業，海綿鈦年消耗量均保持在5 000 t 以上。需要注意的是，大量的國外鈦材廠家為滿足利益獲取需求，將材料進口或走私到我國，從而沖擊了我國的鈦加工市場。再加上我國在大型裝置制造方面仍有一定差距，使得我國目前部分發電與化工需求仍然需要依靠歐美等國家[2]。若能夠爭取到這一部分的市場，將為我國在海綿鈦生產方面提供較大規模的市場發展條件。

我國作為一個世界大國，綜合實力不斷提升。為進一步加強我國的軍事力量，例如航空航天及先進武器系統組建等，對鈦的需求量極大，這也是當下我國在軍事工業層面所表現出的用鈦主要發展趨勢。

鈦的壽命極長且具有耐損耗特點，因此鈦需求量的提升主要來源于新領域拓展與舊領域的更新。綜上所述，世界主要工業國家鈦金屬需求量逐漸提高，海綿鈦的工業發展仍然呈現出了勢頭良好的趨勢，具有廣闊的工業發展前景。

2 世界海綿鈦工業發展現狀

2.1 美國的海綿鈦工業

氯化是美國海綿鈦生產的首要步驟，所需要的氯化富鈦原料通常來源于外部購買，并在沸騰氯化工業的基礎上制取四氯化鈦，然后使用礦物油對產品進行凈化，為后續海綿鈦在鎂的作用下還原生產奠定基礎。美國海綿鈦總量明顯落后于日本、中國等國家，但其所使用的鈦的沸騰氯化技術仍然處于世界領先狀態，其特點主要體現在以下兩個方面：第一是選擇在四氯化鈦除釩環節中，以礦物油作為加工原料，體現出了成本低與貨源廣的優勢；第二是氦氣掃除與酸浸目前已經基本被淘汰，現階段主要使用真空蒸餾法。過去美國主要依賴于進口海綿鈦，技術方面較為落后，直至融入日本技術后才獲得了技術改造的必要條件，為將其整體發展水平推入到世界前列奠定了基礎。從裝備角度來看，美國的海綿鈦生產裝備較為完善，所使用的沸騰氯化爐直徑在3.05 m 左右，能夠達到生產150 t/d 的目標。整個海綿鈦的工業生產流程已經完成了計算機聯網背景下的全過程自動控制的相關任務。整體來看美國的海綿鈦生產管理水平相較中國要高得多，但仍略微落后于日本。

2.2 日本的海綿鈦工業

日本的海綿鈦主要來源為東邦與大阪兩個工廠，所使用的生產工藝為鎂還原(真空蒸餾)，原料來源為進口。產出產品主要供出口，少數供給國內。日本的海綿鈦工廠具有生產技術先進與產品品質高等優勢，生產出的海綿鈦純度較高。從裝備水平來看，其所使用的沸騰氯化技術從美國引進，早在20 世紀80 年代就已經達到了8 t，鎂耗費為10 kg/t 海綿鈦左右，各類指標均處于世界前列。全部的生產過程均由計算機控制，包含了還原、蒸餾、包裝以及電解等工序。

2.3 中國的海綿鈦工業

我國的海綿鈦工廠以電爐冶煉的高鈦渣為主要的氯化原料，配合使用銅絲與浮閥塔將釩除去，并同時起到四氯化鈦的凈化作用，最后使用鎂還原蒸餾的方式生產出海綿鈦。我國自主研究出的沸騰氯化生產系統，由于融入了獨聯體熔鹽的氯化技術，配合先進的海綿鈦破碎與蒸餾聯合爐等系統，持續提升我國產出海綿鈦產品的質量。但目前，在海綿鈦的工藝控制與產品質量方面，相較部分國家仍存在一定差距。

3 國外海綿鈦工業發展整體趨勢分析

3.1 鎂法的完善

經過多年發展，世界的鈦工業已經較為成熟，在設備、工藝等方面各個國家之間的差距已經逐漸縮小。因此，目前多個國家確定了鎂法完善的努力方向，期望通過使用含二氧化鈦94%以上的高品位富鈦料提高海綿鈦產品質量，配合使用產能更高與尺寸更大的沸騰氯化爐與礦物油除釩裝置，實現產量提高與效率提升的目標[3]。從鎂電解角度來看，傾向于使用無隔板電解槽，在對鈦坨進行破碎的基礎上配合使用自動化的大型破碎裝置。各個工序的推行建立在計算機的自動化控制之上，以減少人工操控成本。此外，各國也提高了對環境保護的重視，采取合適方式以降低對環境所產生的污染。總結來看，生產連續化、控制自動化以及質量高純化為各個國家在海綿鈦生產環節所努力的目標，也是當下使用鎂法的整體趨勢。

3.2 對鈦新式生產方法的探索

克勞爾法是海綿鈦工業化常用的工藝，即金屬鎂還原四氯化鈦得到鈦金屬，但由于原料成本高，電及其他能源消耗大等原因，使得海綿鈦的整體成本始終處于較高水平，對其他行業大規模應用海綿鈦產品較為不利。為尋求低成本海綿鈦生產方法，各個國家均進行了相關研究，例如：等離子法、液態高溫高壓法等，進行了不同層次的實驗研究與實踐。以電解法為例，在某些層面其相關指標與工業化生產的要求已經較為接近，但仍無法取代現有方法，從這一點來看，使用鎂還原法仍然是較長一段時間內海綿鈦的主要生產方式。

3.3 投資多元化

鈦工業在發展過程中呈現出了投資多元化的特點，以歐洲、日本為例，均成立了鈦工業聯合生產體制，并通過各個國家的合作加強實現優勢互補目標。當下在鈦市場上，已經逐漸在投資多元化的背景下形成了以購銷合同為主的市場局面，并將在未來長時間維持此種市場發展態勢，為海綿鈦產品銷量的提高奠定堅實基礎。

4 對我國鈦工業發展的建議對策

4.1 充分發揮西部鈦資源優勢

我國九成以上的優質鈦礦資源儲存在西部，以遵義鈦工廠與寶雞有色金屬加工廠為例，我國八成以上的海綿鈦產品均產自于西部的工廠。因此，想要將西部鈦資源儲備優勢予以充分發揮，實現海綿鈦產品產量與質量的雙重提升目標，關鍵在于明確西部開發要點，建立專業的鈦工業生產基地，以促使鈦工業逐漸成為我國西部支柱性產業，實現西部經濟可持續性發展的根本目標。

4.2 挖潛改造老廠擴大規模效益

老廠挖潛儼然成為世界范圍內海綿鈦工業生產能力提升的重要基礎，現有的幾家主要的海綿鈦工廠均是使用老廠挖潛方式實現生產規模擴大的目標。我國海綿鈦市場需求巨大，建設時機已經較為成熟，因此更應抓住這一生產機遇，通過使用新式技術對老廠原有的技術線路與生產系統進行改造，從而建設出更大經濟規模的海綿鈦工廠，為滿足不斷上漲的海綿鈦行業需求提供完備條件。

4.3 加快科研進程，提高海綿鈦產品質量

我國的部分海綿鈦工廠具有布局分散與規模較小的特點，其中尤以設備陳舊與自動化程度不足問題最為突出，也是影響海綿鈦生產成本的關鍵因素。如此背景下，海綿鈦企業不僅自身經濟收益無法保證，且由于海綿鈦市場的持續擴張極容易導致出現價高受阻后果，最終影響到企業針對海綿鈦產品的科研投資進程，獲取科研成果緩慢，增大了與其他國家在海綿鈦產品生產環節的差距[4]。由于鈦的重要性逐漸明晰，戰略地位的提升使得國家開始逐漸加大了對鈦工業的扶持力度，為各個海綿鈦生產工廠提供了較多的扶持條件，創設了促進發展的有利環境。從科學技術更新與進步的角度來看，應吸收其他國家的先進研究經驗，加大技術投入力度，邁入科研單位集中進行科研攻關的方向。通過對各個工序的生產機械化、自動化的強化，并配合經濟技術指標的優化條件，為最大限度發揮現有設備能力奠定了堅實的基礎。

4.4 強化工藝設備大型化工作

克勞爾法的完善與鈦生產方式的創新，儼然已經成為現階段鈦工業發展的重要方向與最終目標。因此，需要明確自動化、機械化、大型化的發展方向，消除新式方法的工藝發展隱患，將更多精力放在克勞爾法的完善層面，繼而促使我國加快大型沸騰氯化爐的應用，建立與海綿鈦產品生產特點相匹配的大型礦物油除釩裝置，引進先進的多極性電解槽，并將先進的自動生產技術融入到實際的海綿鈦生產工序中，為我國海綿鈦生產裝置優化水平的進一步提升筑實基礎。

4.5 加快集團化步伐

國外鈦工業兼并聯合的聲音越來越大，進而使得國際市場中海綿鈦產品呈現出了市場壟斷的趨勢。建立幾家聯合對海綿鈦市場進行瓜分的跨行業企業集團，是另一個層面上的鈦工業大型化表現。此種趨勢的出現，要求各個部門應保證決策制定的及時性，以聯合擴建等方式，以盡早形成包含氯堿工業、產品加工下游企業的大型企業集團。通過兼并整合促使整體實力提升，從而達到盡快占領國內市場的鈦工業發展目的。在積累足夠經驗與資本的基礎上，即可迅速參與到國際市場進行市場份額的競爭。若不如此，將極有可能出現外部鈦工業聯合蠶食國內海綿鈦市場份額的情況，不利于我國工業經濟的長效穩定發展。

4.6 加強鈦新工藝方法研究

克勞爾法不僅流程較長且繁雜工序較多，這就導致鈦產品的價格始終居高不下。早在鈦工業結構形成的早期，國外諸多企業就意識到了這一問題，進行了大量的技術研究，期望發現新的成本更低的海綿鈦生產方法。我國在電解法領域同樣投入了大量精力，但在近些年來這一研究工作已經陷入了瓶頸，相關研究活動幾乎停止。為避免出現在鈦提取競爭方面被國外趕超的情況，就應加大在海綿鈦產品生產新工藝的研究力度，以確保將研究新成果及時投入到規模化生產。近些年來更應以國外市場的相關要求為前提，明確電解法的應用重點，加速對低成本民用鈦以及海綿鈦合金的相關研究進程，從而實現海綿鈦新制法的規模化應用目標，降低海綿鈦的生產成本。

5 結語

綜上所述，我國鈦資源較為豐富，且目前正處于國內海綿鈦市場蓬勃發展的關鍵時期，是重要的工業發展機遇。全球一體化的經濟發展背景下，面對越來越激烈的市場競爭形勢，更需要我國相關部門明確這一重要的海綿鈦產品發展契機，從而獲取到更多的發展機遇，為我國鈦工業未來的持續發展奠定堅實基礎。