海绵钛是一种金属钛的中间产品,是钛材、钛粉及其他钛产品的基础原料。海绵钛一般为浅灰色的颗粒或海绵状,具有高熔点、高强度、良好的生物相容性和耐腐蚀性等优点,广泛应用于航空航天、国防军工、医疗生物、石油化工等领域。
海绵钛的主要生产工艺是镁热还原法,也称为Kroll法,是由William Kroll于1937年提出,并于1948年实现了工业规模生产。该法是在密闭的钢制反应器中进行的,将纯金属镁放入反应器中并充满惰性气体,加热使镁熔化,在800~900℃下,以一定的流速通入四氯化钛,使之与熔融的镁反应,生成海绵状金属钛和氯化镁。
在反应温度下,生成的氯化镁呈液态,可以及时排放出来。在900~1000℃及一定真空度的条件下,将残留的氯化镁和镁真空蒸馏出去,获得海绵状金属钛。反应产物氯化镁电解再生镁和氯气,循环再用。
Kroll法在实际生产中也存在一些问题,如生产过程中产生的废气废水对环境有污染;反应中镁的利用率低(约70%),损耗大;电解氯化镁消耗的能源很大,约占总能耗的28%~34%。目前,还有一些其他的海绵钛生产工艺正在研究和试验中,如电解法、碳还原法、碳热还原法等,但都还没有实现工业化生产。
我国是世界上最大的海绵钛生产国和消费国,拥有丰富的钛资源和完整的钛工业体系。2020年,我国海绵钛产量达到了85.6万吨,占全球总产量的40.8%。我国海绵钛主要分布在辽宁、四川、甘肃、山西等地区,其中辽宁省是我国最大的海绵钛生产基地,拥有攀钢集团、朝阳百盛等多家龙头企业。我国海绵钛主要采用Kroll法生产,也有部分企业采用改进型Kroll法或联合法等新工艺。
随着我国经济社会的发展和科技创新的进步,我国对高端海绵钛的需求将持续增长。未来,我国需要加强技术创新和产品研发,提高产品质量和功能性,拓展应用领域和市场空间,实现高质量发展。