1、鈦在我國(guó)氯堿工業(yè)中的應(yīng)用

1.1　鈦材的優(yōu)點(diǎn)

氯堿工業(yè)是化工生產(chǎn)中腐蝕性最嚴(yán)重的行業(yè)之一，氯堿生產(chǎn)中的鹽水、氫氧化鈉堿液、熔融燒堿、氯氣、鹽酸等腐蝕性介質(zhì)對(duì)設(shè)備、管道都有著嚴(yán)重的危害，往往用不了多久就要報(bào)廢，經(jīng)濟(jì)損失和防腐蝕費(fèi)用很高。因而在氯堿生產(chǎn)中必須慎重選擇其裝置的結(jié)構(gòu)材料，否則在生產(chǎn)中將會(huì)出現(xiàn)跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行和產(chǎn)品的質(zhì)量。

為了解決氯堿工業(yè)中的腐蝕問題，人們?cè)诓馁|(zhì)特別是金屬合金化方面做了許多工作。目前，國(guó)內(nèi)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(zhì)量輕、強(qiáng)度高、綜合機(jī)械性能好、較強(qiáng)的鈍化性、可形成穩(wěn)定的鈍化膜等特點(diǎn)而被廣泛用于氯堿工業(yè)中。

氯堿工業(yè)中選擇鈦材主要因?yàn)椋?/p>

（1）鈦及鈦合金優(yōu)良的耐蝕性。①在氧化性環(huán)境中有優(yōu)良的耐蝕性，對(duì)硫化物、濕氯氣完全耐蝕；②在含氯化物氧化性環(huán)境中耐蝕性接近鉭，優(yōu)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(zhì)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(zhì)中的耐蝕性，又基本保持了在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性[1]。

（2）鈦材的使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。鈦材的價(jià)格較貴，加工制造有一定的要求，制造費(fèi)用較大，但由于其密度小、強(qiáng)度高，制造出的設(shè)備質(zhì)量輕，雖一次性投入的設(shè)備成本費(fèi)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(shè)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(chǎn)鈦設(shè)備，在氯堿生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)鈦設(shè)備具有正常運(yùn)行、提高使用壽命、節(jié)省檢修費(fèi)用并改善生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)綜合評(píng)估核算，鈦材設(shè)備確實(shí)經(jīng)濟(jì)實(shí)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(yùn)行的4臺(tái)鈦列管氯氣冷卻器計(jì)，當(dāng)時(shí)1臺(tái)造價(jià)約16萬元，而碳鋼的1臺(tái)約4萬元，二者相比，鈦設(shè)備為碳鋼的4倍，而在使用壽命上，鈦設(shè)備按20年計(jì)，碳鋼設(shè)備按1年計(jì)，需更換20臺(tái)，累積投資80萬元，因此用鈦設(shè)備可節(jié)省64萬元。這只是1臺(tái)鈦設(shè)備，4臺(tái)就是256萬元[2]。可見，鈦設(shè)備的應(yīng)用使該廠獲得了巨大的財(cái)富。

1.2　鈦在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展

主要介紹金屬陽極隔膜法和離子膜法制燒堿生產(chǎn)中用鈦的發(fā)展。

在隔膜法制燒堿生產(chǎn)中，以前大多使用石墨陽極，由于石墨陽極在使用中會(huì)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(jià)格又不太貴的金屬陽極。1965年荷蘭人H.B.Beer發(fā)現(xiàn)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(yè)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(fā)研制方面投入了很多精力，自行開發(fā)了“釕－銥－鈦”三元長(zhǎng)效涂層，涂層中加入貴金屬銥，使涂層的使用壽命一般達(dá)8年以上[3]。同傳統(tǒng)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(dǎo)體電壓降低、使用壽命長(zhǎng)、形狀穩(wěn)定、消除炭末堵塞隔膜而縮短隔膜使用壽命的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用鈦陽極電解槽每年可節(jié)約電近10億ｋＷ·ｈ，價(jià)值3億多元，使用壽命延長(zhǎng)40倍以上。金屬陽極電解槽替代石墨陽極電解槽實(shí)現(xiàn)了氯堿工業(yè)向節(jié)能型電解技術(shù)跨出的一大步。

隔膜法制堿中主要鈦設(shè)備有：DSA隔膜電解槽、鹽水預(yù)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(yè)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(chǎn)的產(chǎn)品純度高、電解出來的電解液濃度高、可以不經(jīng)蒸發(fā)濃縮就可直接作為產(chǎn)品出售、綜合能耗較隔膜法低30％、無石棉三廢污染等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為目前世界上最先進(jìn)、最經(jīng)濟(jì)的制堿工藝技術(shù)，也是今后電解技術(shù)發(fā)展的方向。

我國(guó)自20世紀(jì)80年代就從日本等國(guó)家引進(jìn)了離子膜法燒堿技術(shù)、裝置。并進(jìn)行引進(jìn)技術(shù)、消化吸收工作，自行制造離子膜裝置，使我國(guó)離子膜法得到迅速發(fā)展。離子膜裝置的制造和運(yùn)行不僅提高了我國(guó)氯堿生產(chǎn)技術(shù)水平，而且還大大推動(dòng)了我國(guó)鈦材在氯堿行業(yè)的應(yīng)用。離子膜電解槽由于其使用工況條件的特定要求，設(shè)計(jì)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)型復(fù)極式離子膜電槽為例，每萬噸離子膜燒堿生產(chǎn)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(shè)備有：①陽極液系統(tǒng)的陽極液槽和氯氣洗滌塔；②淡鹽水系統(tǒng)的脫氯塔、淡鹽水分配器、儀表和冷卻器；③次氯酸鈉系統(tǒng)的冷卻器、吸收塔和分離器；④氯氣系統(tǒng)的濕氯冷卻器；⑤鹽水系統(tǒng)的液面計(jì)；⑥除害系統(tǒng)的換熱器、除害風(fēng)機(jī)。其設(shè)備用鈦情況見表1[4]。國(guó)內(nèi)引進(jìn)的離子膜裝置中除主體電解槽、陽極液鈦泵進(jìn)口外，其余的鈦制設(shè)備都要求國(guó)內(nèi)生產(chǎn)配套供應(yīng)。一套萬噸級(jí)裝置用鈦量約8t，這就給鈦設(shè)備生產(chǎn)廠家創(chuàng)造了很大的應(yīng)用出路。

1.3　我國(guó)氯堿工業(yè)中鈦制設(shè)備情況

化學(xué)工業(yè)是我國(guó)鈦市場(chǎng)中最大的用戶，1986～1990年，鈦應(yīng)用量占66％；1991～1995年占59％。近幾年，我國(guó)主要行業(yè)用鈦情況見表2[5]。在化學(xué)工業(yè)中，氯堿工業(yè)又是我國(guó)目前鈦制設(shè)備用得最多的部門（見圖1）[6]。所用設(shè)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(shè)備通常以3種結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)：全鈦、鈦襯里和鈦復(fù)合鋼板制設(shè)備。

1.4　氯堿工業(yè)中采用鈦設(shè)備時(shí)的注意事項(xiàng)

（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(jī)械加工性能等都有所區(qū)別。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)設(shè)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(hào)的鈦或鈦合金。一般情況下，鈦不會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕、晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕，但鈦較容易發(fā)生縫隙腐蝕，尤其是寬度為0.5ｍｍ左右的縫隙更易發(fā)生腐蝕[7]。對(duì)容易發(fā)生縫隙腐蝕的零件最好選用鈦鈀合金或經(jīng)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(zhì)。即使是同一介質(zhì)，其耐腐蝕程度隨介質(zhì)的溫度和濃度不同也有區(qū)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(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，生成四氯化鈦，放出大量的熱，有著火的危險(xiǎn)。要使鈦在氯氣中保持可靠的穩(wěn)定性，氯氣中含水量不得低于0.5％。

（3）鈦制設(shè)備要避免受鐵的污染，因?yàn)槲廴竞髸?huì)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(hù)鈦設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡最大可能不使用鋼質(zhì)工具。

（4）鈦材價(jià)格比較昂貴，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的壓力、溫度、設(shè)備的外形及幾何尺寸等，合理地選用鈦材和設(shè)計(jì)鈦設(shè)備，在不與腐蝕介質(zhì)接觸的部件應(yīng)盡量不用鈦制零件。

2、鈦在我國(guó)氯堿工業(yè)中的應(yīng)用前景

從1998年第1季度起，我國(guó)氯堿行業(yè)90％以上的企業(yè)出現(xiàn)虧損，主要原因是亞洲金融危機(jī)的嚴(yán)重影響、化工原料進(jìn)口和走私的猛烈沖擊、國(guó)內(nèi)企業(yè)間價(jià)格大戰(zhàn)所引起的產(chǎn)品售價(jià)大幅度下跌等，作為基礎(chǔ)化工原料燒堿產(chǎn)品的下游產(chǎn)品—造紙、皮革、染料等行業(yè)的發(fā)展速度跟不上而使燒堿產(chǎn)量供大于求。這樣的氯堿行業(yè)對(duì)鈦企業(yè)造成了很大的沖擊，導(dǎo)致鈦材用量大幅度降低。但是，占化工領(lǐng)域很大比例的氯堿行業(yè)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(guó)氯堿工業(yè)中的廣泛應(yīng)用和離子膜制堿裝置國(guó)產(chǎn)化的加快，氯堿工業(yè)用鈦量還會(huì)有所增長(zhǎng)，還會(huì)開發(fā)出新的鈦材應(yīng)用，鈦在我國(guó)氯堿工業(yè)中具有不可估量的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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[6]王文治.化工鈦設(shè)備開發(fā)趨勢(shì)[Ｍ].第6屆全國(guó)鈦及鈦合金學(xué)術(shù)交流會(huì)文集：338.

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