钛（Ti）被科学家们称为21世纪的“钢铁”．目前大规模生产钛的方法是：第一步：在高温时，将金红石（TiO2）、碳粉混合并通入氯气制得TiCl4和一种可燃气体．第二步：在氩气的环境中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛（氩气不参加反应）．请你写出其中任意一步反应的化学方程式&TiCl4+2CO或2Mg+TiCl42MgCl2+TiTiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO或2Mg+TiCl42MgCl2+Ti．考点：．专题：．分析：根据题意，第一步：在高温时，将金红石（TiO2）、碳粉混合并通入氯气制得TiCl4和一种可燃气体；第二步：在氩气的环境中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛（氩气不参加反应）；写出反应的化学方程式即可．解答：解：第一步：在高温时，将金红石（TiO2）、碳粉混合并通入氯气制得TiCl4和一种可燃气体（由质量守恒定律，反应前后元素种类不变，该气体是一氧化碳），反应的化学方程式为：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO．第二步：在氩气的环境中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛（氩气不参加反应），反应的化学方程式为：2Mg+TiCl42MgCl2+Ti．故答案为：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO或2Mg+TiCl42MgCl2+Ti．点评：本题难度不大，考查学生根据反应原理书写化学方程式的能力，化学方程式书写经常出现的错误有不符合客观事实、不遵守质量守恒定律、不写条件、不标符号等．声明：本试题解析著作权属菁优网所有，未经书面同意，不得复制发布。答题：　日期：日&推荐试卷&
解析质量好解析质量中解析质量差　　高钛渣（High Titanium Slag）是经过物理生产过程而形成的钛矿富集物俗称，通过电炉加热熔化钛矿，使钛矿中二氧化钛和铁熔化分离后得到的二氧化钛高含量的富集物。高钛渣既不是废渣，也不是副产物，而是生产四氯化钛、钛白粉和海绵钛产品的优质原料。钛渣是由
（Ilmenite）冶炼而成。
二、状态颜色
　　一般状态粉状,黑色。　粒度在40-200目（Mesh）
三、主要成份及质量标准
四、应用领域
　　1.TiO2含量大于90%的高钛渣可以作为氯化法钛白的生产原料
　　2.TiO2小于90%的高钛渣是硫酸法钛白生产的优质原料
五、国内高钛渣技术发展概况
　　1、我国钛资源比较丰富，除少量钛铁砂矿外，主要以钛铁岩矿为主，国内钛铁岩矿的缺点是品位低，杂质含量高，不能直接满足氯化法钛白对原料的要求，仅适宜作硫酸法钛白的原料。由于硫酸法钛白生产过程中产生大量难以治理、污染环境的“三废”，近年来全球硫酸法钛白产能急剧萎缩。随着我国氯化法钛白以及海锦钛工业的快速发展，对高品位富钛料的需求日益增加。因此，寻求经济合理的钛原料处理方法，将我国丰富的钛铁矿资源加工成富钛料是我国钛白和钛材产业发展的当务之急。
　　国内从上世纪50年代就开始对电炉冶炼钛渣的生产工艺进行研究开发，经过近50年的发展，目前全国钛渣生产能力仍很小，约15万吨/年，仅占世界年生产能力的5%。如果加上攀钢正在建设的年产6万吨钛渣厂和
年产3.3万吨的高钛渣厂，全国总生产能力也仅占世界的8.1%，与我国丰富的钛资源和全球第二大钛白生产国的地位极不相称。因此，必须加快我国钛渣产业的发展，为钛白和钛材业提供更多的优质原料，减轻钛白行业环保压力，促进我国钛白和钛材工业整体水平的全面提高。
　　2、国内钛渣技术发展现状
　　国内钛铁矿一般直接供硫酸法钛白生产作原料，少量加工成富钛料，供氯化法钛白、四氯化钛、海绵钛和电焊条工业使用。随着海绵钛和氯化钛白工业的迅速发展，对钛渣等富钛料的需求越来越大，国内钛渣产量逐年增加。2005年全球氯化法钛白使用富钛料占整个钛白工业原料55%，硫酸法钛白占45%。世界钛白工业使用富钛料量占所用原料75%以上。而目前国内氯化法钛白、四氯化钛、海绵钛和电焊条工业四项合计使用的富钛料才占国内钛矿消耗量的7.5%，硫酸法钛白占92.5%，与国外相比差距较大，表明在我国发展富钛料前景广阔。
　　硫酸法钛白生产虽然可以采用钛铁矿做原料，但存在酸耗量大、副产品硫酸亚铁多、不溶固体杂质量增加和废酸废液难治理等问题。采用富钛料(酸溶性钛渣)可以减少酸耗量30%并解决硫酸亚铁问题，从而减轻环保压力，提高设备产能，目前国外越来越多的厂家都将其原料改成钛渣和人造金红石等富钛料。氯化法钛白和海绵钛生产的第一道工序是制取TiCl4，用钛铁矿生产TiCl4时，由于钛铁矿中杂质含量高，每生产1吨TiCl4产出约0.92吨氯化物杂质，使氯耗和“三废”增加，氯化炉产能降低，TiCl4的生产成本升高，所以国内外的生产厂家从不用TiO2低于60%的钛铁矿作为生产TiCl4的原料，主要采用高钛渣和金红石等富钛料。
　　近几年，
金属钛和钛白粉行业发展迅猛，金属钛及钛白粉总产量分别以每年30～50%、6%～8%的速度增长，2005年，金属钛产量达9370多吨，钛白粉产量达55万t，对钛铁矿的需求量日益增加。中国的钛资源比较丰富，主要以钛铁矿为主，
钛矿占全国钛矿总储量的90%以上。但中国钛矿90%以上是共生岩矿，TiO2含量低，成分复杂，要富集到满足氯化要求的高品位富钛料需做大量研究开发工作。
等地的砂矿虽然容易开采且品位较高，但没有大型矿床，难于满足大规模开采的要求。中国的钛矿选厂共有80多家，其中攀钢的产能30多万t/a，
约25万t/a，广东、广西、海南3省共约35万t/a，全国合计产能约90万t/a。而目前国内钛铁矿年需求量约140万t，商品矿供不应求，需从
等国进口钛铁矿和高钛渣，从
进口钛矿。由于目前世界范围适合氯化法技术的高品位天然金红石原料供应严重不足，每年仅41万t左右，因此开发氯化法用的富钛料，实现生产规模大型化对发展中国金属钛和钛白工业具有重要意义。
　　我国从50年代末开始冶炼钛渣的研究，当时电炉容量是400kVA敞开式电炉，到今天已有近50年的历史。目前全国拥有钛渣电炉30多台（不包括乡镇企业)，是世界上拥有钛渣电炉台数最多的国家，生产能力约15万t/a,产量约12万t/a。最大的电炉容量7000kVA（在建的最大容量25000kVA）,为半密闭(矮烟罩)式电炉，最小的电炉容量400kVA,是敞开式电炉，钛渣产品TiO2大于90%，绝大部分在92%TiO2以上，这些产品中约50%作为生产氯化钛白和海绵钛的原料,50%用于生产人造金红石，作为电焊条的原料。目前国内还没有用钛渣做硫酸法钛白粉生产的原料，表明我国钛白工业环保压力大。
　　我国高钛渣生产的特点是：电炉台数多、容量小、产量低、技术落后，除少数在建电炉外，基本上是七八十年代的技术水平，产品全部在国内市场销售，未进入国际市场。
　　3、国内钛渣科研状况
　　我国钛资源的特点是钛品位低，大部分是钛磁铁矿，原生钛矿不能直接用于生产氯化钛白、海绵钛和电焊条，必须采用冶炼钛渣或生产人造金红石等富钛料的方法才能满足需求。
　　国内冶炼钛渣试验最早始于五十年代，1957年
做了用钛铁矿制取高钛渣扩大试验，此后过了近20年时间，国内一些科研单位和生产厂家才大量进行钛渣冶炼试验：
　　①1975年在
钢铁公司五七厂做了400kVA电炉冶炼铁和钛渣试验；
　　②1976年在
铁合金厂做了400kVA电炉冶炼铁和钛渣试验；
　　③1976年用
铁合金厂1800kVA电炉做了熔炼铁和钛渣试验；
　　④1979年用
钛厂6300kVA电炉进行了电炉熔炼高钛渣试验；
　　⑤1979年在锦州铁合金厂1800kVA电炉上再次做了冶炼酸镕性钛渣工业试验；
　　⑥1980年用锦州铁合金厂4000kVA电炉做了冶炼氯化钛渣试验；
　　⑦1982年在遵义钛厂6300kVA电炉上做了冶炼氯化钛渣试验。
　　这些试验都是在敞口电炉上进行的，采用自焙电级，一次加料，操作中存在翻渣结壳现象，电流不稳，变压器能力不能充分发挥，煤气和半钢得不到很好利用。
　　尽管我国从50年代就开始钛渣冶炼试验，但真正进行产业化是在70年代，自“六&五”（）以来，我国加大了高钛渣制备技术及产业化开发力度，到目前为止，研究工作取得了长足进展，完成了大量基础研究和探索性试验，开展了密闭电炉连续加料、配碳方式、明弧或半明弧、薄料层操作、稳定炉况操作条件等系列研究，先后采用24kVA、100kVA、187kvA、250kVA、400kVA、650kVA、1800kVA、3200kVA和6000kVA各种规模的电炉，做了
钛精矿预氧化球团、预还原球团和粉矿直接入炉冶炼酸溶性钛渣3种原料方式的半工业性和工业性试验，积累了丰富的试验数据和经验。
　　（1） 攀枝花钛精矿球团冶炼高钛渣试验
　　1978年，在宣钢五七厂400kvA电炉、阜新铁合金厂400kvA电炉、锦州铁合金厂1800kvA电炉和遵义钛厂6000kVA电炉冶炼攀枝花钛精矿试验的基础上，锦州铁合金厂用3000kvA和1800kvA两台电炉同时进行攀枝花钛铁矿球团料冶炼高钛渣试验，试验目的是为熔盐氯化工业试验提供钛渣原料。试验共投矿300吨，生产出134吨高钛渣，高钛渣的成分基本稳定在82% TiO2，CaO+MgO=7.94%，冶炼过程炉况稳定，但冶炼回收率极低，仅为83.3%。试验钛渣成分见表1，还原生铁成分见表2，主要技术经济指标见表3。
　　表1 钛渣化学成分，%
TiO2
∑Fe
Al2O3
SiO2
Cr2O3
V2O5
MnO
CaO
MgO
82.41
3.01
2.24
3.30
&0.06
&0.20
0.97
0.85
7.09
表2 还原生铁化学成分，%
Si
Mn
Ca
Mg
Ti
2.25
0.25
0.15
0.05
1.15
微
微
微
　　表3 钛渣主要技术经济指标，t/t钛渣，
钛精矿
石油焦
焦炭
纸浆
电极
炉前电耗
冶炼回收率
2.20t
0.404t
19.88kg
0.231t
57.50kg
3560kwh
83.30%
　　1979年，锦州铁合金厂和
有色金属研究总院在锦州铁合金厂1800kvA电炉上再次进行了攀枝花钛精矿团料冶炼酸溶性钛渣工业试验，试验共投料205.5吨，冶炼64炉，试制出平均含TiO278.2%的酸溶钛渣108吨，经酸溶性试验测定平均酸解率为94.5%，在
金属厂以硫酸法生产出合格钛白，钛渣的主要技术经济指标见表4。
　　表4 钛渣主要技术经济指标，t/t钛渣
钛精矿
石油焦
纸浆
电极
炉前电耗
动力电耗
冶炼回收率
1.907t
0.270t
0.110t
35.0kg
2487kwh
200kwh
90.30%
　　球团料冶炼钛渣工艺过程是先将攀枝花钛精矿加入纸浆等混捏成球团，球团烘干后再入敞口电炉冶炼，整个工艺过程过于繁琐，钛的回收率较低，为90.3%。另外，炉料中加入纸浆、敞口电炉冶炼使大量的有毒气体和粉尘进入大气，污染环境，而且产品钛渣中硫含量高达1.01%，副产半钢硫含量达1.15%，加大了半钢应用或进一步深加工的难度，无法实现产业化。
　　（2）攀枝花钛精矿氧化焙烧－密闭电炉冶炼钛渣半工业试验
　　年，北京有色金属研究总院、锦州铁合金厂、
在实验室做了攀枝花钛铁矿氧化焙烧脱硫条件试验，然后将187kvA敞口电炉进行密闭后做了冶炼钛渣的探索试验。在此基础上，沈阳铝镁设计研究院完成了187kVA密闭电炉的设计，锦州铁合金厂制造并安装了回转窑和187kVA密闭电炉。
　　1982年在φ0.54&8米的回转窑中进行了氧化焙烧脱硫试验，回转窑转速为2.2转/分，烧成带温度900－1050℃，加料速度700公斤/小时，窑利用系数7.2吨/米3&天，柴油消耗43公斤/吨矿。此后进行了密闭电炉冶炼钛渣试验，其中连续冶炼20天，冶炼钛渣128炉（酸溶性钛渣103炉、氯化钛渣5炉、两广矿高钛渣20炉），生产钛渣22吨。冶炼攀枝花矿酸溶性钛渣的主要技术经济指标为：
　　①钛铁矿含TiO246%，含硫0.46%，氧化后的炉料含硫0.038%，脱硫率91.7%－95%；出炉铁水含硫0.12%－0.15%；
　　②钛渣∑TiO275.04%，含硫0.1%；
　　③消耗冶金焦206公斤/吨钛渣，石墨电极27公斤/吨钛渣，电耗2650度；
　　④TiO2回收率98.3%；
　　⑤每吨钛渣煤气发生量340m3（CO78%左右）。
　　试验使我国首次密闭电炉冶炼钛渣获得成功，为我国钛渣电炉的大型化和自动化操作奠定了基础。试验结果表明，采用连续加料开弧冶炼的方法可以实现密闭电炉连续冶炼钛渣，与开口炉相比，密闭电炉冶炼钛渣有如下优点：⑴热损失减少，电耗降低，回收率提高。187kVA电炉作开口炉冶炼试验时，每吨攀枝花矿酸溶性钛渣（品位折合75%∑TiO2）电耗2873度，TiO2回收率89%。用密闭电炉试验时，每吨攀枝花矿酸溶性钛渣（品位折合75%∑TiO2）电耗2650度，TiO2回收率98.3%，⑵冶炼操作在密闭的
下进行，避免了石墨电极的高温氧化和还原剂的氧化烧损，因此电极和还原剂的消耗比开口电炉分别减少50%和28%，⑶无噪音，尘粉少，无需进行繁重的捣炉作业，有利于环境保护和劳动条件的改善，⑷炉况稳定，基本上消除了因电流波动大而引起的短路跳闸现象，有利于安全操作，⑸可回收利用电炉煤气，减少能源消耗。
　　（3）攀枝花钛精矿预还原—密闭电炉冶炼钛渣半工业试验
　　年攀钢和
进行了“攀枝花钛精矿预还原－密闭电炉冶炼酸溶性钛渣”实验室试验和扩大试验，1983年完成了全流程半工业性试验。
　　①钛精矿回转窑预还原试验
　　在实验室小试验基础上，年在链蓖机―回转窑装置上进行了5个周期试验，第一、二周期着重对球团的性能和设备适应性进行考察。第三、四周期主要做各种条件试验和连续运转试验，连续运转时间为16天和36天。第五周期考察使用褐煤工艺操作条件并为密闭电炉试验备料。
　　②预还原球团冶炼钛渣试验
　　1981年末，在100kVA可倾动有盖电炉中进行了冶炼工艺条件试验，连续冶炼121炉。冶炼过程电流稳定，渣面平稳，出渣后不用捣炉可继续加料进行冶炼，出炉时渣铁畅流，分离良好。在此基础上，用250kVA密闭电炉做了预还原球团冶炼钛渣电参数条件试验，并就试验获得的最佳参数进行连续冶炼和对比试验。试验主要考察了不同二次电压对钛渣冶炼过程的影响和入炉料对冶炼效果的影响。
　　③半钢炼钢试验
　　钛渣试验冶炼得到的半钢与国内钛渣厂冶炼的半钢相比，含硫量大幅度下降，Si、Mn、P等杂质也很低，因此可代替废钢，直接冶炼成低合金钢和碳素结构钢。试验组用0.5吨电弧炉冶炼15Cr、30Cr低合金钢以及50号碳素结构钢，其成分合乎部颁标准。
　　④钛渣酸溶性试验
　　对含TiO275%左右的钛渣进行分批抽样测定，平均酸解率大于94%。
　　攀枝花钛精矿预还原—密闭电炉冶炼钛渣半工业试验最终结果如下：
　　在φ0.4&7m回转窑中，用褐煤预还原攀枝花钛精矿，连续运转36天，球团金属化率45～50%，煤耗1.87吨褐煤/吨金属化球团，球团含硫量0.066%，综合脱硫率92.4%，回转窑利用系数0.570吨球/日&m3，钛回收率95.29%，回转窑运转顺利。
　　钛精矿预还原球团在250kVA密闭电炉进行19天的钛渣冶炼试验，共冶炼110炉。冶炼过程操作平稳，炉料自沉，不结壳。其中连续冶炼62炉，实现了连续加料，连续冶炼，定期出炉。总共生产酸溶性钛渣10.316吨，半钢4.297吨，钛渣含TiO2平均75.35%，半钢含硫平均0.101%。每吨钛渣消耗还原球1.55吨，石油焦73.28kg，石墨电极16.02kg，电1862kWh，TiO2回收率99.05%。
　　钛渣和半钢含硫量降低，钛渣含硫量符合硫酸法制钛白的要求，酸解率平均&94%，半钢不经炉外脱硫，可代替废钢冶炼出合格的低合金钢（15Cr，30Cr）和碳素结构钢。
　　（4）小试验
　　预氧化和预还原—密闭电炉冶炼钛渣，能够达到炉况稳定和脱硫的双重目的，工艺可靠，设备顺行，具有较好的技术经济指标，但同时也带来了两个明显的问题：⑴工艺流程增长；⑵总能耗增加。从而影响经济效益的进一步提高，因此，攀钢开展了粉矿直接入炉冶炼钛渣试验。
　　1983年进行了探索性试验，1984年在250kVA密闭电炉上做了58炉条件试验，1985年又做了68炉补充试验和33炉连续试验。得到TiO275.67%的钛渣，MgO+CaO=10.82%（见表5~6）。粉矿直接入炉小试与预氧化和预还原工艺指标对比结果表明：
　　①粉矿直接入炉工艺能耗仅为预氧化的79%，预还原的52%。
　　②粉矿入炉工艺电耗为2070kWh，是预氧化的78%，预还原的111%。
　　③成本对比分析表明，粉矿入炉工艺的成本分别为预氧化的85%和预还原的97%。
　　表5 钛渣成分，%
工艺
炉数
数量（t）
ΣTiO2
Ti2O3
TFe
FeO
MgO
CaO
MnO
58
预还原
62
10.32
75.35
12.35
4.09
2.09
9.11
2.33
2.55
粉矿
33
5.695
75.67
10.09
5.74
4.94
8.92
1.90
0.96
表6 生铁成分，%
工艺
Si
Ti
Mn
预氧化
2.57
0.12
0.02
0.15
0.16
0.04
预还原
2.55
0.101
0.01
0.125
0.086
0.05
0.025
粉矿
2.69
0.36
0.042
0.047
0.03
粉矿直接入炉小试结果表明：⑴攀枝花钛精矿粉矿直接入密闭电炉冶炼钛渣，解决了冶炼过程炉况不稳定的问题。通过连续试验证实，该工艺能够控制翻渣结壳，做到不捣炉；电气操作时，短路跳闸现象很罕见，炉子功率因数达0.89，与预氧化相当，与预还原相近。⑵工艺技术先进，设备简单，操作方便。⑶工艺流程短、投资少、收率高、能耗省、成本低。
　　（5）工业试验 在“六五”、“**”期间，攀枝花钛精矿冶炼钛渣先后进行了预氧化、预还原、粉矿入炉试验研究，旨在解决我国传统冶炼钛渣存在的翻渣、结壳、操作不稳定等问题，达到密闭电炉冶炼大型化、机械化、自动化的目的。尽管这阶段的试验研究取得了不少的经验，但始终未找到一条经济可行的工艺流程并开发出相应的大型冶炼设备。为了加速攀枝花钛
，进一步对钛渣冶炼工艺进行深入探索，为工业化提供依据。1997年攀钢研究院、攀钢
分公司、北京有色研究总院和
在攀钢西昌分公司3200kVA电炉上进行了工业试验，目的是考察连续加料工艺在电炉放大后的冶炼规律，考察过去试验结果的重现性以及对现有3200kVA电炉设备的适应性，为下一步条件试验和连续稳定试验打下基础，为进一步改造设备提供依据。 本次试验共冶炼了7炉，加入钛精矿35.6吨，冶金焦3.36吨，产钛渣23.874吨，半钢8.836吨，电耗2277kWh/t渣，电极消耗23.87kg/t渣，TiO2收率96.81%。试验对攀枝花钛精矿冶炼钛渣有了进一步的认识。 2001年攀钢研究院和攀钢钛业公司用攀枝花钛精矿和云南钛精矿两种原料，在650kVA敞口电炉上进行了半工业试验，首先探索冶炼品位为TiO2（80&2）%的钛渣配矿比、配碳比以及供电制度对钛渣品质的影响等主要工艺参数，然后在云南
1800kVA敞口电炉上进行了①攀枝花矿配加50%云南矿、②云南矿和③攀枝花矿冶炼钛渣工业试验，共消耗钛矿772吨，其中攀枝花矿478吨，冶炼270炉，生产钛渣417.7吨。试验用钛精矿和还原剂化学成分见表7~8。
　　表7 钛精矿化学成分，%钛矿
产地
TiO2
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
TFe 
FeO
Fe2O3 
攀枝花矿
47.09
3.53
1.70
1.57
5.89
30.86
34.64
5.52
0.102
云南矿
48.22 
1.62
0.399
&0.1
1.08
35.75
26.89
21.19
&0.01
表8 还原剂化学成分，%还原剂
还原剂
FCad
Aad
Vad
71.14
0.127
0.020
24.61
2.68
无烟煤
72.29
1.041
0.013
17.91
　　钛渣出炉后采用喷水急冷措施，大大降低了产品中金红石相的含量，钛渣成品的金红石量仅为TiO2总量的4~6%，按钛渣品位TiO280%折算，钛渣中金红石的实际含量仅为3.2-4.8%,与加拿大钛渣金红石含量相当，可提高钛渣酸解率。 试验采用三种不同的钛矿原料，冶炼出了5种品位的钛渣，为探索不同钛渣酸解制取钛白工艺提供了原料，各种原料冶炼钛渣成分见表9~11。表9 混合矿（50%攀枝花矿+50%云南矿）冶炼钛渣化学成分，%钛渣 TiO2 SiO2 Al2O3 CaO MgO P V2O5 TFe FeO Ti2O3
　　79&2 79.99 4.45 2.19 1.60 5.37 &0.005 0.232 6.10 7.85 12.0
　　75&2 76.09 4.39 2.05 1.60 4.16 &0.005 0.413 10.25 13.19 9.03
　　表10 云南矿冶炼钛渣化学成分，%钛渣 TiO2 SiO2 Al2O3 CaO MgO S TFe FeO Ti2O3
　　82&2 83.09 3.14 1.41 0.64 1.77 0.030 10.50 9.30 7.00
　　78&2 80.88 3.47 1.46 0.75 2.23 0.031 10.70 10.00 6.64
　　表11 攀枝花矿冶炼钛渣化学成分，%钛渣 TiO2 Al2O3 CaO MgO S TFe FeO Ti2O3
　　74&2 76.03 2.40 1.72 7.39 0.061 7.15 6.15 5.07
　　钛渣品位与冶炼电耗对比表明，攀枝花钛精矿配加50%云南钛矿冶炼酸溶性钛渣的合理经济品位是TiO2（77&2）%，全云南矿冶炼酸溶性钛渣的合理经济品位是TiO2（80&2）%。 试验结果表明，采用传统生产氯化钛渣的敞口电炉，在二次电压不调整的条件下可冶炼酸溶性钛渣，试验期间炉况稳定顺行，采用试验确定的炉料配比和供电制度可以稳定得到试验要求的钛渣产品。（6） PUS渣研发 随着环保意识的不断提高，国外硫酸法钛白工业逐渐萎缩，氯化法钛白不断壮大，市场对氯化法钛白原料的需求持续增加。因此，钛渣的发展方向是冶炼高品位、低钙镁(MgO+CaO≤1.5%)氯化钛渣。加拿大
铁钛公司（QIT）控制了世界约30%的钛渣市场，钛渣冶炼技术独具特色，QIT在原来酸溶性钛渣生产线上，对钛渣进行了升级处理，进一步除去渣中钙、镁杂质，提高钛渣品位，开发出了UGS渣，可作为氯化钛白生产的原料。 目前，国内氯化钛渣需求很大，但国内钛原料主要是从
中回收的钛铁矿，这种原料只适合冶炼酸溶性钛渣，为此，开发适合氯化法钛白或海绵钛工业需要的钛原料就成了当务之急，攀枝花钛矿高MgO+CaO是制约冶炼氯化钛渣工艺的瓶颈，在此背景下攀钢进行了用攀枝花钛渣生产PUS渣（高品位钛渣）的研究与开发。 由于攀枝花钛精矿与QIT钛矿化学成分非常相似，因此QIT酸溶性钛渣升级工艺非常值得借鉴。为此，2002年攀钢进行了开发适合氯化法高品质钛原料的研究。该项目的技术特点是流态化氧化技术、流态化还原技术和流态化高温高压浸出除杂提纯技术。2003年完成了实验室流态化氧化、还原、浸出设备的设计与建设。经过一年多的实验室试验研究，得到了适合氯化法钛白生产的钛原料，产品成分符合表12要求。试验结果表明，PUS工艺可以使钛渣中的MgO+CaO降低到1.2%以下（要求1.5%），满足氯化钛白生产要求。表12 氯化法钛白原料质量要求，%ΣTiO2 FeO Al2O3 MgO+CaO 粒度
　　&92 ≤1.5 ≤0.5 ≤1.5 100~1000μm
　　2004年在实验室研究基础上，决定进行冶炼钛渣中试研究。通过与中科院过程所合作，完成了钛渣流态化试验模拟冷态试验和热态试验装置建设，试验装置规模为30t/a。在流态化热态设备上，利用电炉冶炼钛渣进行氧化-还原试验，并通过浸出、过滤、洗涤、煅烧，获得了品质最高达89%的高钛渣(PUS渣)。产品粒度符合要求，钙镁总量降到1.5%以下。4、国内钛渣生产现状 国内钛渣生产自50年代起，至今已有半个世纪，原主要生产厂家是遵义钛厂、阜新冶炼厂，
冶炼厂以及宣化冶炼厂等。近年来云南
以及攀枝花地区陆续建设了许多中小钛渣冶炼厂，其中多数钛渣厂的电炉由铁合金炉和电石炉改建而成。目前全国有钛渣冶炼厂20多家，生产能力约15万吨（不包括攀钢在建生产能力），产量约12万吨。占世界生产能力的5%。生产的钛渣主要用于海绵钛、钛白和电焊条生产。目前在建的大型厂家主要是攀钢钛渣厂。 我国钛渣整体生产技术落后，冶炼设备的特点是小型炉子多，大型炉子少，没有特大型炉子。炉型以敞口式圆形电弧炉为主,渣和铁从同一出口排出,生铁不经处理即出售。原料选用钛精矿直接入炉冶炼,使用石墨或自焙电极,人工捣炉,间断加料,间断出炉,煤气点火排空，变压器功率介于400-7000kVA之间,目前只生产氯化钛渣,不生产酸溶性钛渣。国内钛渣冶炼工艺水平决定了钛渣生产规模小、效率低、能耗高、环境差、冶炼操作不稳定。 国内钛渣生产以遵义钛厂为代表，它是我国最大的海绵钛生产厂家，海绵钛生产能力10000t/a,2005年产量为7396.7t。该厂原有一台功率为6300kVA的敞口电炉，年产氯化钛渣约5000t，是当时国内较为成熟的敞口圆形电炉，代表了国内钛渣的生产水平。目前大多数钛渣生产厂仍然采用这种敞口式一次加料冶炼工艺，存在着炉况不稳、翻渣结壳、经常塌料、电流波动大、劳动条件差、飞扬损失严重、收率低等缺点，与国外钛渣生产工艺相比，无论在规模、产量、质量方面都有很大差距。我国绝大多数厂没有综合利用半钢，原因是生产规模小，无法经济合理利用。 从2002年起，国内主要钛渣厂进行了大规模的技术改造，遵义钛厂5000吨海绵钛扩建工程恢复了钛渣生产工序，新建一台6300KVA自焙电极半密闭式电炉，电极装置采用较为先进的液压制动系统、烟气通过脉冲式布袋除尘处理，原料制备采用先进的自动配料控制系统，钛渣破碎采用先进的破碎生产工艺，于2004年5月建成投产，各项生产技术经济指标达国内领先水平。2005年，攀钢集团开始建设6万吨钛渣生产厂（18万吨钛渣项目一期工程），该生产线引进乌克兰钛渣生产技术，计划于2006年建成投产，这是我国第一家设备大型化、技术比较先进的钛渣生产厂，该厂建成后将使我国钛渣生产水平迈上一个新的台阶。
　　（1）遵义钛厂生产工艺
　　遵义钛厂是我国最大的钛渣和海绵钛生产厂，年产海绵钛7000多t，生产能力约10000吨/年。该厂原有一台6300kVA敞口电炉，年生产钛渣约5000吨，采用钛铁矿、石油焦和沥青按一定比例混合入炉生产钛渣，工艺流程如图5所示。图5 遵义钛厂生产工艺流程钛铁砂矿：电炉熔炼的钛渣是作为沸腾氯化生产TiCl4的原料，钛渣中若含有过多的CaO和MgO，将给氯化工艺造成困难，例如氯气耗量高，氯化沸腾炉筛板堵塞等等。因此遵义钛厂使用的钛铁矿是含CaO、MgO较低的两广矿，CaO+MgO&2%。 石油焦和沥青：石油焦由于含有较高的化学活性以及较大的比电阻，所以采用石油
为还原剂，用煤沥青作粘结剂，成分见表13。配料：钛铁矿、石油焦和沥青经筛分和磁选，除去石块、铁块和杂物。沥青用
破碎至小于15mm的块度。大于150mm的石油焦，先由鄂式破碎机破碎，再经
中碎至粒度小于20mm，最后通过磨粉设备细磨后输入配料仓。配料比约为钛铁矿:石油焦:沥青=100:13:6。物料按比例通过配料仓漏在皮带上并输入料斗，再把料斗提升至炉顶的加料管。表13 石油焦沥青化学成分，% 固定碳挥发分灰分水分
　　煅烧焦 &95 &1 &1.5 &2
　　3号焦 &85 &12 &.1.0 &2
　　沥青 30-40 55-75 &0.5 &5
　　电炉采用间歇式操作，即“捣炉—加料—放下电极—送电熔炼—出炉”作业制度。电炉操作最重要的是选择合理的二次电压和二次电流。二次电流在熔炼周期的变动，可分为以下三个时期。 ①低电流稳定期：开始送电时，电极间的炉料有较大的电阻，炉子受电困难。同时也为了控制焙烧电极的电负荷，二次电流为额定值的0.3倍，这一时期电极电流稳定，尽量不调整电极下插深度，让其周围炉料“安静”地升温烧结，避免电流增大，否则会造成上抬电极、“坩蜗”(电极熔池)塌料、炉渣翻腾、再增大电流、再上抬电极的恶性循环。 ②电流波动期：低电流稳定末期，“坩埚”出现熔融，进入电流波动期工作。因炉料还原和熔化剧烈，并伴随塌料翻渣，电极经常处于短路工作状态，电流在零和额定值间频繁变动，甚至超载跳闸。人工配电时，这一时期的操作极为关键，要本着逐级稳定、升高的原则，迅速准确地调整电流，选用较高二次工作电压，相间熔通快，可缩短电流波动期时间。 ③高电流稳定期：电流波动末期，“坩埚”壁的炉料层温度升高并烧结牢固，塌料现象减少，电极电流波动幅度小，此时电负荷较大，“坩埚”化料速度快、化料深、区域宽、相间接近熔通。当三个“坩埚”最后熔通且熔炼进入高电流稳定期，电极电流平稳易调，可稳定在额定值附近直到熔炼终点。6300kVA自焙电极钛渣电炉电气操作制度见表14。表14 6300kVA自焙式电极钛渣电炉的电气操作制度熔炼时间二次电压，V 二次电流，A 一次电压，V 持续时间，h 操作原则
　　低电流稳定期 120 ~100 0.5 电流由大到小，平稳易测，尽量不抬动电极。
　　电流波动期 130
50~250 1.5 电流波动幅度大，调整困难，要逐步稳定和升高。
　　高电流稳定期120
280~360 1.5 电流平衡易测，但容易超载。
　　在熔炼终点，要赶在可能出现大塌料之前出炉，用圆扒把渣口堵渣扒出，再用氧气烧穿，熔体盛于渣包，放完熔体后可用钛渣堵住渣口。熔炼终点的判断，主要依据是连续熔炼3h以上，用电量超过8000kWh，熔炼进入高电流稳定期约1h，三相电流在额定值附近稳定运行，并趋于平衡，炉内含有94%一96%TiO2熔体。 渣包内的熔体由于渣铁比重不同进行分层。生铁的比重大，位于下部，钛渣位于上部，经自然冷却凝结，用吊具吊出渣包，砣子运住渣场冷却砸碎，分离大块生铁后，再经磁选、球磨得到符合要求的钛渣。 主要技术经济指标主要原料及能耗指标如下：钛铁矿：kg/t；石油焦：140~150kg/t；沥青；125~135kg/t；电：kWh/t。 钛渣生产存在的问题 ①环保方面采用敞口电炉一次加料工艺，造成污染严重、热辐射高、操作环境恶劣：废气及粉尘污染——电炉炉气从电极周边溢出，没经过任何除尘净化措施，直接排入空气，造成炉前粉尘大，空气污染严重，工人操作环境恶劣。热辐射高——因采用敞口电炉，操作现场温度高，电炉热损失大。噪声污染——电极在反应熔炼时产生很大的噪声，严重影响工人身体健康。 ②工艺技术 敞口圆形电炉的炉膛内径4360mm，炉膛深度2000mm，由于炉内容量小，每次排渣量为2—3t，而铁水不足1t，造成渣铁不能分排，而渣铁同时排出具有许多缺点： 每次的排渣量不易控制．排渣时间长，影响电炉产量，同时必须进行渣铁分离； 渣铁是靠自然冷却，因此铁中含有大量的杂质，给铁的综合利用带来很多不便； 由于每次排渣量大，炉内的温度下降快，当下一炉的生料加入后，需要焙烧一段时间以提高炉温，因此增大了耗电量。 ③电炉设备 敞口圆形电炉与密闭矩形电炉相比较、有以下不足之处： 敞口圆形电炉电耗一般为kWh/t、而密闭矩形电炉电耗般为2400 kWh/t，敞口圆形电炉电耗高； 大型密闭电炉可实现连续加料，而且渣铁分开排出，易于对渣铁进行分别处理，而敞口圆形电炉由于容量小，不能实现渣铁分排，无法综合处理铁水；敞口圆形电炉三相电极呈三角形分布，极心圆和炉体直径决定于电极尺寸，由于受电极直径的限制，圆形电炉容量不可能很大；而矩形电炉的电极呈直线排列，只需增加电极数，延长炉体，同时矩形电炉的电功率参数、热强度和炉体尺寸呈线性排列，因此矩形电炉能够实现大型化；敞口圆形电炉的电极频繁提升，炉内反应激烈，而密闭矩形电炉反应相对平稳，易于自动控制； 敞口圆形电炉冶炼时排放大量炉气，无法综合利用，造成环境污染。而密闭电炉可以综合回收炉气，提高TiO2回收率，减少环境污染。 由于敞口圆形电炉存在上述问题，2004年遵义钛厂对钛渣生产设备进行了大规模的技术改造，新建了一台6300KVA自焙电极半密闭式电炉，电极装置采用较为先进的液压制动系统、烟气通过脉冲式布袋除尘处理，原料制备采用先进的自动配料控制系统，钛渣破碎采用先进的破碎生产工艺，年产氯化钛渣6000t，作为镁还原法生产海绵钛的初级原料，目前该电炉各项生产技术经济指标达国内领先水平。但与国外先进的密闭电炉相比，仍然存在较大差距 。
千誉钛业有限公司
　　凤城市千誉钛业有限公司是我国
唯一生产“高钛渣”、“人造金红石”的专业厂。该厂技术力量比较雄厚，工艺流程先进。
有大型电炉7座、球磨机、回转窑等设备近百台，年总设计生产能力20000吨。该厂位于凤城市
，地理位置优越，距离
）15公里，
3公里，交通便利。该厂高钛渣用作生产四氯化钛-钛白粉-海绵钛的原料，人造金红石则用于生产电焊条，均为优质产品。 凤城市千誉钛业有限公司钛渣生产工艺与国内其它钛渣厂生产工艺相同，原料是钛精矿，采用敞口圆形电炉熔炼工艺，高钛渣产品二氧化钛含量较高。产品“千誉牌高钛渣”呈黑灰色粉状是生产四氯化钛--海绵钛的优质原料。
　　5、结论
　　我国钛资源比较丰富，除少量钛铁砂矿外，主要以钛铁岩矿为主。国内钛铁岩矿的缺点是品位低，杂质含量高，不能直接满足氯化法钛白对原料的要求，仅适宜作硫酸法钛白的原料。由于硫酸法钛白生产过程中产生大量难以治理、污染环境的“三废”，近年来全球硫酸法钛白产能急剧萎缩。但国内钛白工业除攀钢锦州钛业公司使用氯化渣生产钛白粉外，大都以钛精矿为原料，硫酸法工艺生产钛白粉，因此，钛渣生产发展速度缓慢。随着我国氯化法钛白以及海锦钛工业的快速发展，近年对高品位富钛料的需求日益增加。因此，寻求经济合理的钛原料处理方法，将我国丰富的钛铁矿加工成富钛料是我国钛白和钛材产业发展的必由之路，此外，随着我国对环保力度的加强，使用钛渣为原料生产钛白将大势所趋。 国内从上世纪50年代就开始对电炉冶炼钛渣的生产工艺进行研究，经过近50年的发展，目前全国钛渣生产能力仍很小，约15万吨/年，仅占世界年生产能力的5%。如果加上攀钢正在建设的年产6万吨钛渣厂和承德年产3.3万吨的高钛渣厂，全国总生产能力也仅占世界的8.1%，与我国丰富的钛资源和全球第二大钛白生产国的地位不相称。因此，必须加快我国钛渣产业的发展，为钛白和钛材业提供更多的优质原料，从而减轻钛白行业环保压力，促进我国钛白和钛材工业整体水平的全面提高。 我国高钛渣生产水平很低，技术比较落后，与国外差距较大。2004年遵义钛厂对钛渣生产设备进行了大规模的技术改造，新建了一台6300KVA自焙电极半密闭式电炉，电极装置采用较为先进的液压制动系统、烟气通过脉冲式布袋除尘处理，原料制备采用先进的自动配料控制系统，钛渣破碎采用先进的破碎生产工艺，目前该电炉各项生产技术经济指标达国内领先水平，但与国外先进的密闭电炉相比，仍然存在较大差距。
六、高钛渣市场前景分析
　　随着全球钛白粉和海绵钛消费量的不断增长，高钛渣的需求量呈直线上升趋势。近几年，全球每年高钛渣交易额都在10亿美元以上。
　　高钛渣是经过物理生产过程而形成的钛矿富集物俗称，通过电炉加热熔化钛矿，使钛矿中二氧化钛和铁熔化分离后得到的二氧化钛高含量的富集物。高钛渣既不是废渣，也不是副产物，而是生产四氯化钛、钛白粉和海绵钛产品的优质原料。
　　近年来我国钛白粉和海绵钛行业发展迅速，由于高钛渣钛含量高，“三废”产生(处理)量少，资源和能源的利用率高，且能有助产品品质提高，我国高钛渣的需求量迅速增长。虽然国内高钛渣的产量在不断扩大，但仍满足不了国内强大的需求，我国每年也需要进口大量的高钛渣作缺口补充。目前我国高钛渣行业仍然呈现出供给不足的局面，在今后几年我国高钛渣仍需要大量进口。
　　我国钛渣生产技术水平在世界上处于末位，高钛渣生产企业总体规模较小，竞争能力不强。2005年，我国生产加工高钛渣的企业仅仅十余家左右，到2006年，国内企业的数量有所增多，但整体素质并不强，除了
这一家大型企业，其余企业生产高钛渣的产量都是万吨以下。2007年我国生产高钛渣的企业迅速增多，发展到60多家企业，企业的实力正在发展壮大中。
　　2008年底
出台了《2009年关税实施方案》，根据方案，2009年高钛渣(二氧化钛质量分数大于70%的)(税则号)进口由原来的最惠国税率6.5%继续下调为0，硫酸(税则号)由原来的最惠国税率5.5%下调为0，与此同时，钛矿砂及其精矿(税则号)出口2009年的暂定关税上调为10%。按照以上税率调整的方向，国家保护资源型原料的倾向比较明显，新的关税方案实施后，国内钛精矿出口将受到限制，而硫酸、高钛渣进口应有所增长。
　　我国现有钛白粉生产企业70家左右，除锦州一家为氯化法工艺外，其他均为硫酸法工艺且所用原料以钛精矿为主。近年来，钛白粉生产企业已认识到高钛渣的优势，逐步转向以高钛渣生产钛白粉。
　　在今后相当长一段时间内，以高钛渣为原料的钛白粉、金属海绵钛产品仍属国家
中鼓励发展的重点项目。高钛渣作为短缺的初级矿产品，市场前景十分广阔。
　　国内一些比较有实力的企业，如凤城市千誉钛业有限公司，已开始自主研发高品质的高钛渣，一些领头企业投入了巨大的资本金引进国外生产高钛渣的先进技术和大型设备。加大研发力度，利用其技术优势生产高品质、高产量的产品与同行竞争、抢占市场，将成为高钛渣行业发展中最大的竞争趋势。
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