肖 軍

(攀鋼集團(tuán)研究院有限公司 釩鈦資源綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 攀枝花 617000)

攀枝花地區(qū)擁有豐富的鈦資源，目前已經(jīng)形成了涵蓋鈦精礦、鈦渣、鈦白粉、海綿鈦、鈦材等在內(nèi)的全套鈦產(chǎn)業(yè)鏈，具有明顯的整體發(fā)展優(yōu)勢。攀枝花鈦精礦生產(chǎn)的鈦白粉具有優(yōu)良的性能，但是隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，鈦精礦生產(chǎn)鈦白粉的“三廢”問題正日益突出。

電爐熔煉法生產(chǎn)的鈦渣產(chǎn)品占世界富鈦原料產(chǎn)量的70%以上[1]，硫酸法鈦白使用鈦渣為原料，生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)流程短，可有效降低綠礬等廢棄物的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)鈦白的清潔生產(chǎn)[2]，目前以攀枝花興中鈦業(yè)、山東道恩等為代表的企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)渣礦混合生產(chǎn)鈦白。以鈦渣為原料通過氯化和還原是生產(chǎn)海綿鈦的主要流程，以鈦渣為原料通過氯化和氧化生產(chǎn)鈦白是氯化法鈦白的核心工藝[3]。

由此可見，鈦渣是發(fā)展鈦產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)保障環(huán)節(jié)，利用攀西地區(qū)豐富的鈦資源做大做強(qiáng)鈦渣產(chǎn)品將會(huì)進(jìn)一步鞏固鈦產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)，支撐攀西地區(qū)鈦產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 酸溶性鈦渣主要特征

按照鈦渣的目標(biāo)用戶不同，通?？珊唵蝿澐譃樗崛苄遭佋吐然佋?。二者的主要區(qū)別在于TiO2含量、雜質(zhì)含量、酸溶性、粒度等[4]。

酸溶性鈦渣的目標(biāo)客戶主要是硫酸法鈦白生產(chǎn)企業(yè)，其主要特征為：TiO2含量通常處于70%～80%區(qū)間；具有良好的酸溶性，通常酸解率不小于94%；具有一定量的FeO(10%左右)及MgO(6%左右)，從而使鈦渣具有良好的酸解性能；低價(jià)鈦含量適量(15%左右)，不能過高或者過低；生產(chǎn)鈦白的有害元素S、P、Cr、V等不能超標(biāo)，硫酸法原料最理想的是Cr2O3含量<0.05%，V2O5含量<0.3%。

鈦渣的酸溶性主要與其物相結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分有關(guān)，金紅石相越少酸解率越高。通常通過控制鈦渣的冷卻制度可以達(dá)到控制物相結(jié)構(gòu)的目的，一般要求金紅石相含量≤5%。

2 不同原料生產(chǎn)鈦白粉淺析

2.1 主要工藝對(duì)比

由于原料成本和鈦液成分控制需求，目前使用鈦渣制取鈦白工藝主要采用渣礦混合的方式。圖1為使用鈦精礦、鈦渣+鈦精礦制取硫酸法鈦白工藝流程對(duì)比。由圖1看出，使用兩種原料制取硫酸法鈦白粉工藝的主要區(qū)別在于：使用渣礦混合生產(chǎn)硫酸法鈦白粉，可以省去鐵粉還原、亞鐵結(jié)晶和鈦液濃縮三道工序，縮短了冗長的硫酸法鈦白生產(chǎn)流程，簡化了工藝。

圖1 使用鈦精礦、鈦渣+鈦精礦制取硫酸法鈦白工藝流程對(duì)比

由于渣中含有低價(jià)鈦，使用渣礦混合生產(chǎn)時(shí)，只要鈦渣中的三價(jià)鈦控制在15%左右，酸解后可以不添加鐵粉即可使鈦液中三價(jià)鈦的含量達(dá)到工藝要求。渣礦混合生產(chǎn)鈦白時(shí)，只要控制合適的渣礦比就能使鈦液中的鐵鈦比達(dá)到0.35左右，滿足水解的工藝要求。

渣礦混合工藝生產(chǎn)鈦白，在浸出工序控制合適的固液比，就能使浸出鈦液濃度達(dá)到180～190 g/L，滿足低濃度、高鐵鈦比水解新工藝的要求。

2.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

(1)消耗對(duì)比。使用渣礦混合生產(chǎn)鈦白，由于鈦渣價(jià)格高于鈦精礦導(dǎo)致原料成本增加，但同時(shí)其他成本降低，具體消耗及經(jīng)濟(jì)對(duì)比見表1。

(2)產(chǎn)能對(duì)比。使用渣礦混合生產(chǎn)鈦白，可以有效提高鈦白生產(chǎn)線產(chǎn)能，經(jīng)測算和多家生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)踐證明，可以實(shí)現(xiàn)25%左右的產(chǎn)能提升。

2.3 廢棄物排放及環(huán)境影響

硫酸法鈦白三廢治理成本高、固廢排放量大，就攀枝花地區(qū)而言，環(huán)保容量有限，加之土地稀缺，制約攀枝花鈦白進(jìn)一步做大做強(qiáng)。2016年攀枝花地區(qū)硫酸亞鐵總量135萬t，而綜合利用約45萬t，利用率僅為33%左右，硫酸亞鐵未能較好實(shí)現(xiàn)資源化利用。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及理論測算，使用渣礦混合生產(chǎn)鈦白時(shí)，每噸鈦白產(chǎn)品可以減少5～6 t固體廢物排放。

表1 不同原料組成生產(chǎn)硫酸法鈦白主要消耗對(duì)比

注：①價(jià)格根據(jù)不同地區(qū)及時(shí)間存在一定差異，文章所列僅供參考；②未考慮產(chǎn)量提升帶來的固定成本降低等因素。

按攀枝花地區(qū)2016年鈦白年產(chǎn)能62萬t計(jì)算，每年可以減排約300萬t固廢，既降低企業(yè)固體廢物排放處理費(fèi)用，又可以有效延長渣場的使用年限。

3 硫酸法鈦白生產(chǎn)現(xiàn)狀淺析

3.1 國內(nèi)硫酸法鈦白生產(chǎn)現(xiàn)狀

2012～2016年，中國鈦白年產(chǎn)能從260萬t增至359萬t，年均增長率約為7.6%。2016年，全國39家鈦白粉企業(yè)中，產(chǎn)量達(dá)到10萬t及以上的企業(yè)共有9家，分別是：龍蟒佰利聯(lián)、中核鈦白、山東東佳、中國藍(lán)星化工、攀鋼鈦業(yè)、金浦鈦業(yè)、廣西金茂鈦業(yè)、山東道恩鈦業(yè)和寧波新福，占全國總產(chǎn)量的62.8%。中國鈦白產(chǎn)業(yè)集中度不高，不利于原料及市場的穩(wěn)定。2012～2018年中國硫酸法鈦白產(chǎn)能見表2。

表2 近年中國硫酸法鈦白產(chǎn)能

3.2 攀枝花硫酸法鈦白生產(chǎn)現(xiàn)狀

攀枝花地區(qū)的硫酸法鈦白產(chǎn)能約62萬t，占全國總產(chǎn)能的17.3%左右，但是仍然存在產(chǎn)能分散的問題。攀枝花地區(qū)硫酸法鈦白生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)見表3，從表3可以看出這些企業(yè)大多數(shù)均采用鈦精礦直接生產(chǎn)鈦白粉技術(shù)，只有少數(shù)企業(yè)使用渣礦混合生產(chǎn)模式，且產(chǎn)量較低(鈦?？萍?、興中鈦業(yè)、大互通鈦業(yè)、鈦都化工，其總產(chǎn)能約21萬t)。因此，僅就攀枝花地區(qū)而言，推廣渣礦混合生產(chǎn)鈦白技術(shù)，仍然任重而道遠(yuǎn)。

表3 攀枝花地區(qū)硫酸法鈦白生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)來源：《2016年攀枝花釩鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》。

4 鈦渣生產(chǎn)現(xiàn)狀淺析

4.1 國內(nèi)鈦渣生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，中國鈦渣生產(chǎn)企業(yè)總計(jì)逾七十家，主要集中分布在四川、云南、遼寧、河南、內(nèi)蒙古等地區(qū)。

2009～2014年，我國酸溶性鈦渣總體產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(2014年達(dá)到32萬t)，2014～2016年，受鈦行業(yè)市場不景氣，鈦原料需求量不足，導(dǎo)致鈦渣生產(chǎn)行業(yè)開工率不足(約30%)，酸溶性鈦渣產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年降低的趨勢, 整體降幅約20%。2017年開始，由于環(huán)保問題，鈦白粉企業(yè)開始加大酸溶性鈦渣的使用量，促使酸溶渣產(chǎn)量出現(xiàn)回升，截至2018年12月國內(nèi)酸溶性鈦渣企業(yè)開工率達(dá)到約34%。2014～2018年我國酸溶性鈦渣產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)見表4。

統(tǒng)計(jì)表明國內(nèi)目前酸溶性鈦渣產(chǎn)能約為126萬t，主要集中在云南和四川攀西地區(qū)，這主要是由于當(dāng)?shù)剽伨V產(chǎn)量大且主要適用于冶煉酸溶性鈦渣。受鈦白粉市場影響，近年國內(nèi)鈦渣企業(yè)開工率明顯偏低，2016年之后由于環(huán)保要求的提升，國內(nèi)多數(shù)小型鈦渣企業(yè)開工率仍然不足。

表4 近年我國酸溶性鈦渣產(chǎn)量統(tǒng)計(jì) 萬t

我國目前雖然統(tǒng)計(jì)的鈦渣產(chǎn)能較高，但是大部分生產(chǎn)電爐均為10 000 kW以下的小型電爐，整體開工率偏低(20%～40%之間波動(dòng)，酸溶性鈦渣開工率稍高)，且由于環(huán)保要求的提升，停爐時(shí)間偏長，很多小型電爐并不具備重新開爐的條件。

根據(jù)2012年國家相關(guān)規(guī)定，容量在6 300 kVA以下的交流礦熱爐將逐步淘汰，新上的交流礦熱爐容量必須≥25 000 kVA，且直流爐容量≥12 500 kVA，內(nèi)蒙、貴州及四川地區(qū)正在逐步落實(shí)。若此規(guī)定得到全面落實(shí)，屆時(shí)全國鈦渣產(chǎn)能估計(jì)會(huì)降低1/3左右。

4.2 攀枝花鈦渣生產(chǎn)現(xiàn)狀

攀枝花地區(qū)的酸溶性鈦渣產(chǎn)能為58萬t左右，約占全國酸溶性鈦渣的46%，區(qū)域產(chǎn)能比較集中。同時(shí)攀枝花酸溶性鈦渣企業(yè)開工率也只有大約40%，園區(qū)多家小型企業(yè)均處于停產(chǎn)狀態(tài)。攀枝花酸溶性鈦渣生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)見表5。

表5 攀枝花酸溶性鈦渣生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)

與前述攀枝花地區(qū)酸溶性鈦白粉產(chǎn)能情況對(duì)比發(fā)現(xiàn)，若能推動(dòng)實(shí)現(xiàn)所有鈦白粉企業(yè)采用渣礦混合的生產(chǎn)模式，則目前的鈦渣、鈦白生產(chǎn)能力可以實(shí)現(xiàn)良好匹配。

5 市場整體供需淺析

5.1 硫酸法鈦白粉生產(chǎn)需求

目前國內(nèi)依然以硫酸法生產(chǎn)鈦白粉為主，其產(chǎn)能占國內(nèi)95%以上。行業(yè)人士認(rèn)為，鈦白行業(yè)較為理想的開工率介于79%～83%之間。受國內(nèi)環(huán)保政策持續(xù)加壓等因素影響， 2018年中國鈦白粉產(chǎn)量約300～310萬t。純礦生產(chǎn)，按1 t鈦白粉需要2.4 t鈦精礦，鈦白粉開工率75%預(yù)算，則需要鈦精礦540萬t；若按照鈦精礦與鈦渣1∶1的比例進(jìn)行生產(chǎn)，則需要鈦精礦207萬t，鈦渣207萬t；若按全渣生產(chǎn)則需74%TiO2酸溶渣335.67萬t。

然而由于國內(nèi)目前缺少酸溶性鈦渣生產(chǎn)硫酸法鈦白粉的系統(tǒng)性技術(shù)研究，且前期建設(shè)的鈦白生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)、裝備上不能很好的匹配鈦渣制鈦白工藝，導(dǎo)致了大多數(shù)企業(yè)仍然堅(jiān)持使用全鈦精礦生產(chǎn)鈦白粉，實(shí)際酸溶性鈦渣需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)測值。

根據(jù)前期調(diào)研統(tǒng)計(jì)(表6)，目前國內(nèi)對(duì)酸溶性鈦渣的年需求量最多為68萬t，通常情況下只有33萬t，但目前部分鈦白生產(chǎn)企業(yè)采用進(jìn)口鈦渣作為原料。

若簡單的從國內(nèi)鈦渣(富鈦料)的綜合供需分析，2018年之后，未來三年國內(nèi)現(xiàn)有酸溶渣產(chǎn)量基本可以滿足需求。但隨著環(huán)境要求限制，促使現(xiàn)有硫酸法鈦白生產(chǎn)企業(yè)使用50%左右鈦渣進(jìn)行生產(chǎn)，目前中國的酸溶渣產(chǎn)能若得到全面發(fā)揮尚有約100萬t/a的缺口，可能需要較長的時(shí)間過渡。

酸溶渣產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)中，37家企業(yè)中產(chǎn)能達(dá)到5萬t/a的企業(yè)只有6家，占總企業(yè)數(shù)的16.2%，產(chǎn)能達(dá)到10萬t/a的企業(yè)只有1家，占總企業(yè)數(shù)的2.7%。產(chǎn)業(yè)集中度低，單個(gè)企業(yè)產(chǎn)能低，這就必然導(dǎo)致產(chǎn)品穩(wěn)定性不足，大企業(yè)無法找到穩(wěn)定的貨源。此外受環(huán)保及產(chǎn)業(yè)集中化要求，小企業(yè)由于配套設(shè)施不足、環(huán)境污染等問題會(huì)迫使小電爐慘遭淘汰。未來鈦渣行業(yè)的主要發(fā)展必然是大型化及清潔化，具有穩(wěn)定產(chǎn)能和品質(zhì)的大型鈦渣企業(yè)必將在未來的行業(yè)競爭中處于明顯的優(yōu)勢地位。若5萬t或者3萬t以下小型鈦渣冶煉企業(yè)被強(qiáng)制關(guān)停，未來鈦渣供給端將會(huì)出現(xiàn)明顯缺口。

表6 2016年國內(nèi)酸溶性鈦渣需求量(不完全統(tǒng)計(jì))

5.2 硫酸法鈦白原料供應(yīng)

按照TZMI的預(yù)測數(shù)據(jù)(表7)，至2020年國內(nèi)的鈦精礦產(chǎn)量將達(dá)340萬t左右，酸溶渣產(chǎn)量為45萬t左右。若全部使用鈦精礦生產(chǎn)硫酸法鈦白，則需要進(jìn)口鈦精礦約200萬t。短期內(nèi)酸溶性鈦渣產(chǎn)量維持在40萬t左右，基本可以滿足硫酸法鈦白需求。另據(jù)調(diào)研消息，新疆等地?cái)M在2019～2020年建設(shè)約10萬t規(guī)模的酸溶性鈦渣廠，若成功投產(chǎn)可能會(huì)沖擊現(xiàn)有的酸溶渣市場，促使酸溶渣產(chǎn)量達(dá)到50萬t左右。

表7 我國硫酸法鈦白原料供應(yīng)情況預(yù)測 萬t

注：“鈦精礦”數(shù)據(jù)來源TZMI2016年第四季度鈦礦供求報(bào)告。

但是隨著環(huán)保要求的提升，酸溶性鈦渣需求量可能會(huì)在未來3～5年內(nèi)有所增長，加上小型電爐生產(chǎn)限制，可能出現(xiàn)酸溶性鈦渣短缺的市場局面。

氯化渣篩下物細(xì)顆?？梢杂米魉嵩?，目前國內(nèi)高鈦渣企業(yè)基本沒有此工序，進(jìn)口渣存在部分此種產(chǎn)品。隨著國內(nèi)氯化法鈦白的發(fā)展，對(duì)高品質(zhì)鈦原料的要求逐步提高，未來高鈦渣的粒度控制必將更加嚴(yán)格，屆時(shí)可能有10～15萬t的氯化渣細(xì)粉流入酸渣市場。

6 攀枝花地區(qū)鈦白、鈦渣產(chǎn)業(yè)綜合分析

已有信息表明，那些靠近大量鈦礦資源并且電力成本相對(duì)低廉的地區(qū)最適合采用鈦礦冶煉，如目前的加拿大、挪威和南非，因此全球5大鈦渣生產(chǎn)商都集聚于此[5]。攀枝花擁有獨(dú)特的鈦資源優(yōu)勢，具備成為鈦原料基地的潛能。

根據(jù)“中國鐵合金在線”統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2016年全國鈦精礦產(chǎn)量約為399萬t，其中攀枝花地區(qū)產(chǎn)量約為241.18萬t，攀西地區(qū)乃為名副其實(shí)的中國鈦原料基地，肩負(fù)著發(fā)展民族鈦產(chǎn)業(yè)重任。

另據(jù)“2016年攀枝花市釩鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告”公布的數(shù)據(jù)，2016年攀枝花鈦白粉產(chǎn)量約37萬t，按噸鈦白消耗鈦精礦2.5 t核算，2016年攀枝花地區(qū)生產(chǎn)鈦白粉共消耗鈦精礦約92.5萬t，占該地區(qū)鈦精礦產(chǎn)量的38.35%。鈦白粉生產(chǎn)是攀西地區(qū)鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成。

攀枝花地區(qū)的鈦白生產(chǎn)企業(yè)目前仍主要以鈦精礦為原料，少數(shù)使用鈦渣、鈦精礦混合生產(chǎn)(鈦海科技、興中鈦業(yè)、大互通鈦業(yè)、鈦都化工)，其總產(chǎn)量約15萬t。然而直接使用鈦精礦生產(chǎn)硫酸法鈦白將不可避免的產(chǎn)生大量尾渣及化學(xué)廢物，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成惡劣影響。使用鈦渣或者渣礦混合生產(chǎn)鈦渣可有效降低硫酸法鈦白生產(chǎn)過程中的污染問題，但由于涉及設(shè)備、工藝改進(jìn)及成本問題，目前推廣速度較慢，需要各方共同努力推進(jìn)。

另有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示：2015年中國酸溶渣占酸溶鈦原料的比例僅為10%左右，遠(yuǎn)低于亞太地區(qū)的20.6%和歐洲的35%以上。這說明國內(nèi)酸溶渣的應(yīng)用仍有較大潛力可挖，需要有關(guān)部門加大推廣應(yīng)用力度。

2016年全國酸溶性鈦渣產(chǎn)量25.03萬t，其中攀枝花地區(qū)產(chǎn)量為18.18萬t，占比72.63%。按噸渣礦耗1.7t核算，全年攀枝花地區(qū)生產(chǎn)鈦渣用礦量約為30.9萬t，占當(dāng)?shù)剽伨V產(chǎn)量的12.81%。攀鋼2016年鈦渣產(chǎn)量為14.3萬t，占全國酸溶渣比例為57.13%，其產(chǎn)量為全國第一(包括高鈦渣)，排行第二的河南佰利聯(lián)2016年產(chǎn)量為6.75萬t。

由此可見，酸溶性鈦渣是攀枝花地區(qū)發(fā)展鈦產(chǎn)業(yè)的重要特色，在全國具有舉足輕重的地位?？杉哟罅Χ韧七M(jìn)當(dāng)?shù)剽佋a(chǎn)業(yè)的發(fā)展和鈦渣在鈦白粉生產(chǎn)中的應(yīng)用，將攀枝花鈦渣生產(chǎn)打造成全國標(biāo)桿、行業(yè)領(lǐng)跑者，建立自己的獨(dú)特優(yōu)勢，為鈦產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

7 結(jié)論

(1)使用渣礦混合生產(chǎn)硫酸法鈦白可縮短生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好，具有良好的推廣意義。

(2)目前，攀枝花乃至全國的酸溶性鈦渣使用比例仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，具有較大潛力。

(3)隨著環(huán)保要求提升，若在硫酸法鈦白生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)使用50%鈦渣，則目前的酸溶性鈦渣供應(yīng)量存在較大缺口。

(4)攀枝花地區(qū)具有獨(dú)特的資源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，建議立足攀西地區(qū)，充分發(fā)揮原料優(yōu)勢，推進(jìn)形成鈦渣產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟或者整合，保障原料、產(chǎn)品、市場及技術(shù)的穩(wěn)定。同時(shí)加大酸溶渣在攀西、重慶、云南地區(qū)硫酸法鈦白的推廣力度，降低運(yùn)輸成本，加大鈦渣應(yīng)用技術(shù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)酸溶性鈦渣生產(chǎn)及應(yīng)用的產(chǎn)量、技術(shù)領(lǐng)軍。