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鈦是一種銀白色過渡金屬，具有熔點高、比強度大、生物相容性良好、耐蝕性強等優點，目前被廣泛應用于航空航天、國防軍工、醫療生物以及石油化工等領域。我國鈦資源十分豐富，儲量居世界第一，但海綿鈦的生產能力較弱，遠遠不能滿足國家經濟發展的需求。

海綿鈦是鈦金屬單質，一般為淺灰色顆粒或海綿狀，是鈦材、鈦粉及其他鈦產品的基礎原材料，把鈦鐵礦變成四氯化鈦，與金屬鎂反應，就得到海綿狀多孔“海綿鈦”。海綿鈦廣泛應用于化工、石油、輕工、冶金、紡織、建筑、醫療、體育、日常生產等領域。

1 中國海綿鈦行業發展概況

全球擁有海綿鈦生產技術和生產能力的國家有美國、俄羅斯、中國、日本、烏克蘭、哈薩克斯坦和印度7個國家。

21 世紀初，隨著中國經濟的快速發展，我國鈦工業迅速崛起，打破了世界鈦工業長期保持的俄、美、日三國鼎立的局面，躋身于世界鈦工業大國的行列。尤其是在 2010 年，海綿鈦和鈦加工材的產能及產量雙居世界第一，裝備水平也達到了世界一流，成為名副其實的鈦工業大國，但還不是鈦工業強國，部分產品的生產技術和品質還不能滿足高端需求。

2019年，全球海綿鈦產量達210萬噸，較2018年增長了30萬噸;中國海綿鈦產能增長47.7%，產量達84萬噸。市場需求方面，2019年，國內高端海綿鈦需求爆發，進口量大幅增長45.2%。在企業競爭格局方面，攀鋼鈦業、洛陽雙瑞、貴州遵鈦和朝陽百盛的年產量達10萬噸以上;在區域競爭格局方面，遼寧、四川是我國海綿鈦主要生產地。

從宏觀調控方面來看，當前產業行業狀況并不需要海綿鈦產能的提升，應當著重投入研發新技術、新生產裝備，把海綿鈦產業應用推向更深、更廣的領域。企業努力掌握與吸取行業內前沿企業的技術，開拓自己企業的市場與海綿鈦的運用新領域，落實好節能減排的國家號召，這樣就能促進中國海綿鈦產業的穩步發展。

2 海綿鈦生產工藝

目前生產海綿鈦的方法主要是鎂熱還原法。鎂熱還原法，又稱Kroll 法，1937 年由 William Kroll 提出，并于 1948 年實現海綿鈦的工業規模生產。該法是目前世界上應用最廣的海綿鈦生產工藝。

Kroll 法流程圖

Kroll 法是在密閉的鋼制反應器中進行的。將純金屬鎂放入反應器中并充滿惰性氣體，加熱使鎂熔化，在 800～900℃下，以一定的流速通入 TiCl4，使之與熔融的鎂反應。反應式為：

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2

在反應溫度下，生成的 MgCl（熔點為 2 714℃）呈液態，可以及時排放出來。在 900～1000℃及一定真空度的條件下，將殘留的 MgCl2 和 Mg真空蒸餾出去，獲得海綿狀金屬鈦。反應產物 MgCl2 電解再生 Mg 和Cl2，循環再用。

Kroll 法在實際生產中也顯露出一些問題：如生產過程中產生的廢氣廢水對環境有污染；反應中鎂的利用率低（約 70％），損耗大；電解MgCl2 消耗的能源很大，約占總能耗的 28％～34％。

到目前為止，Kroll 法仍然是世界上普遍采用的生產海綿鈦工藝。其他生產工藝雖然沒能大規模工業化使用，但都向著低成本、環保、節能的方向發展研究，這也是鈦金屬生產的未來趨勢。希望這些生產工藝能早日完成工業化生產的突破，讓鈦金屬能更多的應用于工業和民用領域。

3 海綿鈦生產設備

目前國內大部分大型的海綿鈦產業與鈦冶金企業都是鎂鈦聯合生產企業，多數廠家也一直采用較為普遍與穩定的還原-蒸餾一體化工藝。這種工藝也被稱為聯合法或半聯合法，它實現了原料 Mg-Cl2-MgCl2的閉路循環。

還原-蒸餾一體化設備，分為倒“U”型和“I”型兩種。倒“U”型設備是將還原罐（蒸餾罐）和冷凝罐之間用帶閥門的管道連結而成，設專門的加熱裝置，整個系統設備在還原前一次組裝好。“I”型一體化工藝的系統設備如在還原前一次性組裝好，即稱為聯合法設備；而先組裝好還原設備，待還原完畢，趁熱再將冷凝罐組裝好進行蒸餾作業的系統設備則稱為串聯合設備，中間用帶鎂塞的“過渡段”連結。

4 我國鈦工業前景展望

相較于軍用航空鈦材生產占據主導地位的美、俄，民用鈦材優勢明顯的日本；我國高端鈦材制造能力尚淺，鈦材大部分為初級產品，應用領域也相對中低端。航空航天、船舶制造等行業高端用鈦比例與全球鈦材需求結構相比偏低，未來增量空間廣闊。

產量決定價格走勢的時期已經過去，鈦市場未來將由高端需求主導。隨著“十四五”規劃和軍隊現代化建設進入加速期，軍工裝備等高端領域用鈦將大幅提升。國家深海發展計劃和大飛機發展國產化穩步推進，下游高端鈦材需求增長將倒逼上游海綿鈦供應結構不斷改善，未來高端海綿鈦將成為市場主流。

國內外海綿鈦生產工藝很多，但真正實現工業化的少。我國海綿鈦生產企業應該加強對關鍵技術的引進和吸收掌握，在海綿鈦生產的原料、氯化、精煉和電解等方面突破技術瓶頸，提升鈦產品的檔次和降低能耗。對我國海綿鈦生產企業來說，應積極從現有的生產方法的技改和新生產方法的研發入手，實現海綿鈦制備技術的跨越式發展。