年产5000吨四氯化钛工程可研报告.doc

1、1 年产 5000 吨四氯化钛工程 可行性研究报告 2 第一章 总 论 1.1 项目名称、建设单位、企业法人及项目负责人 1.1.1 项目名称：年产 5000 吨四氯化钛工程 1.1.2 建设单位： 1.1.3 企业法人： 1.1.4 项目负责人： 1.2 企业概况 1.3 项目提出的背景、投资必要性和意义 目前，我国钛储量居世界首位，占世界总量的 40%左右，而且90.5%以上在四川省攀枝花地区，钛氧化物储量约为 8.73 亿吨，是以钒钛磁铁矿形式存在，拥有 96.6 亿吨钒钛磁铁矿（含有 20 多种稀有贵重金属）。钛的利 用率仅为 4.9%。 公司采用国内外先进的沸腾流化生产技术， 建设年

2、产 5000 吨四氯化钛装置，该装置生产的四氯化钛，是一种液体原料，化学性质稳定，广泛应用于钛白粉的生产及海绵钛的生产。 用该原料生产的钛白粉 具有 较 高的化学稳定性、耐热性、耐候性，良好的白度、着色力和遮盖力，是最重要的无机颜料和化工原料。颜料级钛白粉主要应用于涂料、造纸、塑料、橡胶、印刷油墨、化学纤维等行业 。 用该原料生产的 海绵钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。海绵钛的密度为 4.54g/ 3，比钢轻 43%，机械强度却与钢差不多，比铝大二倍，比镁 大伍倍，钛耐高温，熔点 1942K，比黄金高近 700K，比钢高近 500K，耐腐蚀（永久不生锈），高低温差变化系数小等，是航空、航

3、天和国防工业的重要材料。在民用工业方面，3 也广泛应用于化工设备、航海设备、电子材料、发电设备、体育器材、医疗器械制造等。 综上所述， 公司依托自身的资源、技术、人才、市场等优势，建设年产 5000 吨四氯化钛装置，对提高我国钛白粉行业及海绵钛的规模， 缓解国内市场高档钛白及海绵钛供应的紧张状况、替代进口产品、节省国家外汇，将具有重要的现实意义。 第二章 市场分析 2.市场预测 2.1 产 品的主要特点及用途 钛及其合金密度低（ 4.5g/cm3 为碳钢的 57%）、比强度高、耐蚀性好、无磁性、热膨胀系数低，约是不锈钢及铝材的 50%，有的钛合金具有特殊功能，如形状记忆功能，超弹性、超导性能等

4、，它即是优质的结构材料，又是新型功能材料和重要的生物植入材料。所以，它被广泛用于航空航天、船舰、兵器、化工、石油、电力、轻工、冶金、纺织、建筑、医疗、体育、休闲等行业。 钛在地壳中储量丰富（ 0.64%），为铜的 60 倍，镍的 30 倍。全世界具有工业开采价值的资源约 19.7 亿吨 (TiO2)，我国钛资源 9.7亿吨，储量占 世界总储量 40%以上。有关专家对钛的价值，资源寿命和发展前景评估，钛已成为钢铁、铝之后，正在崛起的“第三金属”。特别是钛作为卫星、火箭、导弹、飞机、核潜艇和核电站上的关键材料有不可替代的作用，又誉为“二十一世纪战略金属”。 钛金属在各领域应用典型实例： 航空 航空

5、市场占美国全部钛材料需求的 65%左右， 1952 年道格拉斯4 DC-7 飞机短舱及隔热墙上首先应用钛材，几十年来应用比例逐渐上升，如 B777 飞机使用钛合金结构材料比例高达 11%，以前的 B707用钛量仅有 0.5%，现在用钛比例高达 41%，其中机身承力框重达 2770公斤，我国 60 年代生产的歼 7 机用钛量仅 9 公斤，歼 8 机增至 93公斤，我国飞机用钛量仅为 2-3%，潜力很大。 舰船 20 世纪 70 年代，钛开始用在舰船的外甲板、螺旋浆、冷凝器、海水淡化装置和潜水器壳上，前苏联“台风”级核潜艇每艘用钛量高达 9000 吨。 化工、石油 金属钛阳极隔膜电解槽代替石墨阳极

6、，阳极寿命由 6-9 个月提高到 10 年以上，截止 1996 年全国 99 个氯碱厂改造 8400 多台电解槽。在石油行业用钛代替 Cr-Mo 合金钢做高压油管使采油装置成本下降 40%，近海石油和天然气生产用钛量在 2000 年为 500 吨，预 计到 2006 年将达到 2300 吨。 电力 用钛代替铝青铜、铝黄铜制做滨海电站热交换器有明显优越性。 汽车 据资料介绍，每降低 10%的车体重量，就可以减少 10%的废气排放量及节省 7%燃料，汽车的轻量化将起到“节能，环保“双重功效，钛是实现汽车减重的最理想金属。 美国已生产出赛车用的钛制进气气门、排气气门、气门护圈、钛连杆等部件。日本在

7、20 年前就把钛用在赛车和跑车上，汽车上的应用主要有发动机部件弹簧、车杆、连杆、标准件、车轮、动力伐等，据日本经验，汽车动力伐使用 0.8 千克 -0.9 千克钛，相当于减重 20 千克的效果， 日本汽车用钛量逐年增加，目前美国每年可生产5 1500 万 -1600 万辆汽车，若每辆车上有 1 千克 -1.5 千克钛部件，则汽车用钛量将达到 15000 多吨， 1995 年全世界汽车用钛量仅 100吨，而 2002 年达到 1100 吨，汽车用钛市场前景广阔。 军事工业 钛用于装甲车可减轻重量 25-60%，提高装甲车战斗力和机动性，降低寿命周期成本。在火炮系统， XM777， 155m 超轻

8、型便携式榴弹炮的架尾和反冲击气缸是用钛制成的。 目前装甲车年用钛量为 400 吨，到 2006 年将增至 1300 吨。 计算机、体育休闲、医用、建筑等行业也是钛金 属新兴市场。 高尔夫球杆球头用钛量 1200 吨，正在建设中的北京歌剧院公蒙皮材料估计将用 400 吨钛材。 世界各国钛产品消费结构比例见表 2-1 表 2-1 美国 独联体 西欧 日本 中国 航空应用（ %） 70 60 60 5-10 10-15 工业民用应用（ %） 30 40 40 90-95 85-90 2.2 世界钛工业发展及现状 海绵钛是制造钛及其合金的基础材料，海绵钛的质量成本直接影响钛及其 合金材的质量和成本，海

9、绵钛产业化意义重大。 海绵钛的生产过程从钛铁矿开始，直到精 Ticl4 的生产，各车间基本上是相近似的，而 Ticl4 还原制成金属钛则有镁还原法、纳还原法、和电解法。钠还原法因钠的生产、再生和还原产品后的处理复杂，产品质量差异，用该法生产的工厂基本停产，电解法仍处于试验研究阶段，目前工业生产都是采用 Ticl4 镁还原法。世界各生产厂家及生产能力详见表 2-2。 2002 年世界海绵钛生产 57300 吨，钛加工能力 110600 吨。近6 几年世界海绵钛产量详见表 2-3。 世界海绵钛生产厂家及其生产能力 表 2-2 序 号 国 家 生 产 厂 生产能力（吨 /年） 1 美国 钛金属公司、

10、俄勒冈钛公司 14500、（ 6800）关闭 2 日本 住友钛公司、东邦钛公司 18000、（ 10800） 3 俄罗斯 阿维斯玛 2600 4 哈萨克斯坦 乌斯季卡缅诺、戈尔斯克 2200 5 乌克兰 扎波罗日 6000 6 中国 遵义钛厂、（抚顺钛厂） 5000、（ 1500） 110600 近几年世界海绵钛产量 表 2-3（万吨） 年份 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 合计 比例 % 美国 2.30 2.80 3.20 3.92 2.00 1.20 2.40 17.82 37.6 日本 1.67 2.11 2.45 2.40 2.00 1.95 1.

11、20 13.78 29.0 独联体 1.41 1.95 1.73 2.00 3.00 1.90 2.40 14.39 30.3 中国 0.17 0.21 0.23 0.23 0.18 0.19 0.25 1.46 3.1 合计 5.55 7.07 7.61 8.55 7.18 5.24 6.25 47.45 100 美国是钛材最大生产国和消费国占世界 50%以上，美国钛产品装货量与进口量的分类统计见表 2-4。 美国钛产品装货量与进口量的分类统计表 表 2-4（吨） 1997 1998 1999 2000 2001 装货量：紧固件、丝、 挤压材、板、带、箔、管 12500 12600 8270

12、 7750 7770 7 锻件及挤压坯 13500 11200 10100 12500 10900 棒材 3850 3700 3240 3350 4410 总计 29800 27500 21600 23600 23600 进口量：铸锭 5189 2228 1110 1425 2133 坯料 220 10 270 114 226 大型扁坯板、棒 57 49 9 5 38 粉末 224 146 224 250 159 其他 96 215 1 18 485 总计 5806 2648 1614 1812 3041 合计 35606 30148 23214 25412 26641 美国钛金属主要在“天上

13、”，而日本主要用在“地上”，民用领域应用开发最早。从表 2-5 清楚看出日本钛材应用领域。 日本钛材应用领域分类表 应用领域 钛材消费量（吨） 2001 2002 2003（预测） 化工 630 491 490 电力 779 886 600 海水淡化 26 0 50 电解 596 675 660 8 板式换热器 824 1033 1000 飞机 554 447 450 零售业 1326 1135 1200 海洋能源 153 194 200 建筑 73 43 50 汽车 491 571 500 日用品 933 808 800 体育休闲 412 527 500 医疗 17 30 50 其他 476

14、 416 450 出口 7128 7225 7000 总计 14434 14481 14000 总之，随着科学技术的进步及经济发展，钛生产成本的降低，钛的新用途将会越来越多，钛金属生产及消费量也将随之大幅增加，据日本钛业协会预测 ，未来全球钛材需求量应为不锈钢需求量的 3%即 40 万吨。 第三章 建设规模及内容 3.1 建设规模 年产 5000 吨四氯化钛工程 3.2 建设内容 本项目建设内容主要包括四氯化钛的制备（氯化）及精制两大工段。 9 (1)四氯化钛的制备工段包括：原料粉磨、氯化、分离、冷凝等主要工序。 (2)四氯化钛的精制工段包括：除钒、蒸馏、蒸发、尾气的分离与净化等主要工序。 3

15、.3 产品质量标准 四氯化钛大于 99.9% 四氯化硅小于 0.01% 钒小于 0.0007% 铁小于 0.002% 比色度 5 毫克 K2Cr2O7/L 第四章 工艺技术方案 4.1 工艺技术方案的选择 目前，世界上制取四氯化钛的工业生产方法主要有流态氯化法、熔盐氯化和竖炉氯化三种氯化方法。 流态氯化工业化生产是采用细颗粒富钛物料与固定碳质还原剂，在高温、氯气流作用下呈流态化状态，同时进行氯化反应制取四氯化钛的方法。该法具有加速气 -固相间传质和传热过程、强化生产的特点。 融盐氯化是将磨细的钛渣或金红石和石油焦悬浮在熔盐（主要由 Kcl、 Nacl、 Mgcl2 和 Cacl2 组成）介质中

16、，通入氯气氯化制取四氯化钛的方法。 竖炉氯化是将被氯化的钛渣（或金红石）和石 油细磨，加粘结剂混匀制团并经焦化，制成的团块料堆放在竖氯化炉中，呈固定层状态与氯气作用制取四氯化钛的方法，又称固定层 氯化 或团料 氯化。 综上所述，本项目拟采用先进的氯化法生产工艺生产高质量的四氯化钛产品。 10 4.2 工艺流程简述 4.2.1 氯化工段 主要设备是沸腾氯化炉，通常用钢制成，衬有耐火材料并罩有外部水冷套。金红石矿或高钛渣等富钛料经粉磨后，与一定比例的石油焦从沸腾层上方加入沸腾炉，经汽化的氯气从炉底加入，氯化反应在 925-1010温度下连续进行， TiO2 及铁、硅、矾、钙、镁及其他金属的氧化物被

17、转化成相 应的氯化物，随气体离开氯化炉。反应气体先经旋风分离器将没反应的固体粉尘和不挥发的氯化物从反应气体中分离出来，随后进行逐级冷却冷凝，先分离出亚铁的氯化物，再分离中沸点的氯化物三氯化铁，然后用冷四氯化钛喷淋等办法冷凝收集低沸点的氯化物四氯化钛（内含四氯化硅和三氯氧矾等），经过滤除泥浆，得到粗制四氯化钛。 高温下的氯气和四氯化钛极具腐蚀性，所以氯化炉即便是采用优质耐火材料，其使用寿命也是相对有限的。氯化最初反应的热量来自于电加热，采用碳电阻块，但一旦开始后，氯化反应将放出足够的热量，无需进一步外部 加热。事实上，为了控制氯化温度，加入氯化炉的石油焦和钛原料的量必须精确。如果氯化炉的温度太低，原料中的 TiO2 转化成 TiCl4 将不充分，而且未反应的氯气将通过氯化炉排出。如果温度太高，氯化炉的材料将融化，氯化炉将被“堵塞”。石油焦中碳的主要目的是将钛原料脱氧，使所含金属氯化。只有在存在还原剂的条件下，才能氯化 TiO2。 4.2.2 精制工段 粗四氯化钛经蒸馏除去三氯化铁、四氯化硅等低沸点杂质，再经铜丝气相除矾，将铜丝卷成铜丝球装入除矾塔 , 气相四氯化钛(136-140 度 )连续通过除矾塔与铜丝球接触 ,使矾杂质 沉淀在铜丝表面上 ,当铜表面失效后 ,从塔中取出铜丝球 ,用水洗的方法将铜表