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1年产5000吨四氯化钛工程可行性研究报告二○○六年十二月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，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：①航空航空市场占美国全部钛材料需求的65%左右，1952年道格拉斯4DC-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。②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。③化工、石油金属钛阳极隔膜电解槽代替石墨阳极，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。④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。⑤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51500万-1600万辆汽车，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。⑥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。⑦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（%）7060605-1010-15工业民用应用（%）30404090-9585-902.2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、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26004哈萨克斯坦乌斯季卡缅诺、戈尔斯克22005乌克兰扎波罗日60006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1995199619971998199920002001合计比例%美国2.302.803.203.922.001.202.4017.8237.6日本1.672.112.452.402.001.951.2013.7829.0独联体1.411.951.732.003.001.902.4014.3930.3中国0.170.210.230.230.180.190.251.463.1合计5.557.077.618.557.185.246.2547.45100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）19971998199920002001装货量：紧固件、丝、挤压材、板、带、箔、管12500126008270775077707锻件及挤压坯1350011200101001250010900棒材38503700324033504410总计2980027500216002360023600进口量：铸锭51892228111014252133坯料22010270114226大型扁坯板、棒57499538粉末224146224250159其他96215118485总计58062648161418123041合计3560630148232142541226641美国钛金属主要在“天上”，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）200120022003（预测）化工630491490电力779886600海水淡化26050电解5966756608板式换热器82410331000飞机554447450零售业132611351200海洋能源153194200建筑734350汽车491571500日用品933808800体育休闲412527500医疗173050其他476416450出口712872257000总计144341448114000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。3.3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，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。104.2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11面净化,经干燥后返回塔中重新使用.得到相对高纯度的精制四氯化钛。4.3物料平衡第五章主要原材料、辅助材料和燃料动力供应5.1主要原料供应(1)高钛渣（含TiO2≥90%）：年需用量0.575万吨,需外购。(2)氯气：年需量0.46万吨，由氯碱厂供给。(3)石油焦：年需量0.125万吨，由焦碳厂供给。5.2辅助材料供应(1)铜球：年需量20吨，当地外购。5.3燃料动力供应(1)电：由热电厂