1、鈦在我國氯堿工業中的應用

1.1　鈦材的優點

氯堿工業是化工生產中腐蝕性最嚴重的行業之一，氯堿生產中的鹽水、氫氧化鈉堿液、熔融燒堿、氯氣、鹽酸等腐蝕性介質對設備、管道都有著嚴重的危害，往往用不了多久就要報廢，經濟損失和防腐蝕費用很高。因而在氯堿生產中必須慎重選擇其裝置的結構材料，否則在生產中將會出現跑、冒、滴、漏等現象，嚴重影響生產的正常進行和產品的質量。

為了解決氯堿工業中的腐蝕問題，人們在材質特別是金屬合金化方面做了許多工作。目前，國內外已用的耐蝕合金有鈦、鎳和鐵鎳基合金，如鹽水精制用的Ti3Ni0.5Mo合金和Ti0.8Ni0.3Mo合金。

鈦盤管、鈦換熱器等鈦及其合金具有質量輕、強度高、綜合機械性能好、較強的鈍化性、可形成穩定的鈍化膜等特點而被廣泛用于氯堿工業中。

氯堿工業中選擇鈦材主要因為：

（1）鈦及鈦合金優良的耐蝕性。①在氧化性環境中有優良的耐蝕性，對硫化物、濕氯氣完全耐蝕；②在含氯化物氧化性環境中耐蝕性接近鉭，優于鎳基合金和不銹鋼；③純鈦不耐還原性酸的腐蝕，但耐蝕鈦合金在含氯的還原性介質中卻有良好的耐蝕性；④含鈀的鈦合金既提高了鈦在還原性介質中的耐蝕性，又基本保持了在氧化性介質中的耐蝕性[1]。

（2）鈦材的使用價值和經濟效益。鈦材的價格較貴，加工制造有一定的要求，制造費用較大，但由于其密度小、強度高，制造出的設備質量輕，雖一次性投入的設備成本費用比其他材料高出幾倍，而使用壽命卻能提高十幾倍，甚至幾十倍，且提高了設備效率。如沈陽化工股份有限公司在1979年投入了很大一筆資金，選用了鈦材生產鈦設備，在氯堿生產實踐中，發現鈦設備具有正常運行、提高使用壽命、節省檢修費用并改善生產作業環境等優點，經綜合評估核算，鈦材設備確實經濟實用。從該公司氯堿分廠使用鈦列管氯氣冷卻器取代碳鋼氯氣冷卻器的分析來看，以1979年投入運行的4臺鈦列管氯氣冷卻器計，當時1臺造價約16萬元，而碳鋼的1臺約4萬元，二者相比，鈦設備為碳鋼的4倍，而在使用壽命上，鈦設備按20年計，碳鋼設備按1年計，需更換20臺，累積投資80萬元，因此用鈦設備可節省64萬元。這只是1臺鈦設備，4臺就是256萬元[2]。可見，鈦設備的應用使該廠獲得了巨大的財富。

1.2　鈦在氯堿工業中的應用發展

主要介紹金屬陽極隔膜法和離子膜法制燒堿生產中用鈦的發展。

在隔膜法制燒堿生產中，以前大多使用石墨陽極，由于石墨陽極在使用中會被逐漸消耗造成極距變大而使電耗增加，而且石墨粉末易堵塞隔膜，造成隔膜壽命短，檢修頻繁，為此，人們很早就在尋找一種析氯過電位低、耐腐蝕、價格又不太貴的金屬陽極。1965年荷蘭人H.B.Beer發現了能夠滿足這種要求的Ru0.2-TiO2熱氧化物涂層。1968年釕鈦金屬陽極在意大利DeNora公司水銀槽上取得了工業化成功。上海氯堿化工股份有限公司電化廠在金屬陽極電解槽的開發研制方面投入了很多精力，自行開發了“釕－銥－鈦”三元長效涂層，涂層中加入貴金屬銥，使涂層的使用壽命一般達8年以上[3]。同傳統使用石墨陽極電解槽相比，金屬陽極具有析氯過電位低、陽極導體電壓降低、使用壽命長、形狀穩定、消除炭末堵塞隔膜而縮短隔膜使用壽命的優點，應用鈦陽極電解槽每年可節約電近10億ｋＷ·ｈ，價值3億多元，使用壽命延長40倍以上。金屬陽極電解槽替代石墨陽極電解槽實現了氯堿工業向節能型電解技術跨出的一大步。

隔膜法制堿中主要鈦設備有：DSA隔膜電解槽、鹽水預熱器、氯吸收塔、濕氯冷卻器、泵、閥等。離子交換膜法制堿是1952年F.Bergsma提出的，并于1975年在日本旭化成化司延岡工廠工業化成功[3]。與金屬陽極隔膜法電解工藝相比，離子膜法工藝具有生產的產品純度高、電解出來的電解液濃度高、可以不經蒸發濃縮就可直接作為產品出售、綜合能耗較隔膜法低30％、無石棉三廢污染等優點，被公認為目前世界上最先進、最經濟的制堿工藝技術，也是今后電解技術發展的方向。

我國自20世紀80年代就從日本等國家引進了離子膜法燒堿技術、裝置。并進行引進技術、消化吸收工作，自行制造離子膜裝置，使我國離子膜法得到迅速發展。離子膜裝置的制造和運行不僅提高了我國氯堿生產技術水平，而且還大大推動了我國鈦材在氯堿行業的應用。離子膜電解槽由于其使用工況條件的特定要求，設計時電槽中凡與陽極液接觸的部件（包括陽極基體）均為鈦材制造。僅以標準型復極式離子膜電槽為例，每萬噸離子膜燒堿生產能力的電槽需用各種鈦材量約6.05t。可見，離子膜電槽上潛在著巨大的用鈦量。

離子膜制堿裝置上主要使用的鈦設備有：①陽極液系統的陽極液槽和氯氣洗滌塔；②淡鹽水系統的脫氯塔、淡鹽水分配器、儀表和冷卻器；③次氯酸鈉系統的冷卻器、吸收塔和分離器；④氯氣系統的濕氯冷卻器；⑤鹽水系統的液面計；⑥除害系統的換熱器、除害風機。其設備用鈦情況見表1[4]。國內引進的離子膜裝置中除主體電解槽、陽極液鈦泵進口外，其余的鈦制設備都要求國內生產配套供應。一套萬噸級裝置用鈦量約8t，這就給鈦設備生產廠家創造了很大的應用出路。

1.3　我國氯堿工業中鈦制設備情況

化學工業是我國鈦市場中最大的用戶，1986～1990年，鈦應用量占66％；1991～1995年占59％。近幾年，我國主要行業用鈦情況見表2[5]。在化學工業中，氯堿工業又是我國目前鈦制設備用得最多的部門（見圖1）[6]。所用設備有列管式濕氯冷卻器、食鹽電解槽陽極、脫氯塔加熱管、含氯淡鹽水真空脫氯用泵和閥門等。鈦設備通常以3種結構形式出現：全鈦、鈦襯里和鈦復合鋼板制設備。

1.4　氯堿工業中采用鈦設備時的注意事項

（1）鈦材有3種不同類型：α－鈦合金、β－鈦合金、（α＋β）－鈦合金。其耐蝕性和機械加工性能等都有所區別。設計者應根據設備使用條件、零件所處位置、要求加工程度等不同情況而選用不同牌號的鈦或鈦合金。一般情況下，鈦不會發生點蝕、晶間腐蝕及應力腐蝕，但鈦較容易發生縫隙腐蝕，尤其是寬度為0.5ｍｍ左右的縫隙更易發生腐蝕[7]。對容易發生縫隙腐蝕的零件最好選用鈦鈀合金或經鍍鈀處理的鈦。

（2）鈦雖是一種耐腐蝕的金屬，但并不是可以適用于一切化工腐蝕介質。即使是同一介質，其耐腐蝕程度隨介質的溫度和濃度不同也有區別。鈦不能用于干氯氣中。鈦在干氯氣中，即使溫度在0以下，也會發生劇烈的化學反應，生成四氯化鈦，放出大量的熱，有著火的危險。要使鈦在氯氣中保持可靠的穩定性，氯氣中含水量不得低于0.5％。

（3）鈦制設備要避免受鐵的污染，因為污染后會降低其耐腐蝕能力，并通過氫化作用而引起脆變，因此在加工、檢修和維護鈦設備時，應盡最大可能不使用鋼質工具。

（4）鈦材價格比較昂貴，在設計時應根據介質的壓力、溫度、設備的外形及幾何尺寸等，合理地選用鈦材和設計鈦設備，在不與腐蝕介質接觸的部件應盡量不用鈦制零件。

2、鈦在我國氯堿工業中的應用前景

從1998年第1季度起，我國氯堿行業90％以上的企業出現虧損，主要原因是亞洲金融危機的嚴重影響、化工原料進口和走私的猛烈沖擊、國內企業間價格大戰所引起的產品售價大幅度下跌等，作為基礎化工原料燒堿產品的下游產品—造紙、皮革、染料等行業的發展速度跟不上而使燒堿產量供大于求。這樣的氯堿行業對鈦企業造成了很大的沖擊，導致鈦材用量大幅度降低。但是，占化工領域很大比例的氯堿行業正在積極采取有利措施解決目前的困難，而且隨著離子膜法在我國氯堿工業中的廣泛應用和離子膜制堿裝置國產化的加快，氯堿工業用鈦量還會有所增長，還會開發出新的鈦材應用，鈦在我國氯堿工業中具有不可估量的發展前景。

參考文獻

[1]胡清熊，等.寶雞鈦的35年[J].金屬學報，1999，35（9）（增刊）：15.

[2]金志一，等.鈦設備在氯堿生產中的應用[J].鈦工業進展，1996，（1）：28.

[3]盧勤.技術進步是企業發展的康莊大道[J].中國氯堿，1999，（11）：3.

[4]胡桂珍.鈦材在氯堿工業中的應用[J].鈦工業進展，1996，（2）：26.

[5]劉潤澤，等.國產鈦材在民用工業中的應用和發展前景[J].世界有色金屬，2000，（1）：42.

[6]王文治.化工鈦設備開發趨勢[Ｍ].第6屆全國鈦及鈦合金學術交流會文集：338.

[7]杜旭華.鈦設備在離子膜燒堿工業中的應用[J].鈦工業進展，1996，（5）：40.

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