陈晓风

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

钛白粉是一种重要的化工原料，氯化钛白粉是国家重点鼓励发展的产业产品。氯化钛白粉生产工艺对钛原料的要求非常高，因此，如何选择氯化钛白粉原料、完善原料生产工艺，满足氯化钛白粉对钛原料的要求，对氯化钛白粉项目的成败至关重要。

1 氯化钛白粉原料路线的选择

钛白粉是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上迄今无可替代、性能最优异、最重要的白色颜料，主要起装饰和防护等功能性作用，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷、油墨和橡胶等工业。钛白粉的生产和消费水平已经成为衡量一个国家化工发展水平和国民消费水平的重要标志。

钛白粉生产工艺分为硫酸法和氯化法2种，氯化法生产工艺与硫酸法相比，具有流程短、自动化程度高、产品质量好、三废排放少等优点，氯化法工艺替代硫酸法工艺已成为钛白粉发展的必然趋势。

优质富钛料是生产氯化法钛白粉的重要原料，包括天然金红石、人造金红石和高钛渣。

天然金红石是氯化法钛白粉的理想原料，二氧化钛含量高，杂质元素少，氯化反应氯气消耗低，废渣量少。我国虽有多处天然金红石矿床被发现，但至今未大规模开采，少量的天然金红石产量，基本上为航天和航空等工业部门生产金属钛服务。国外天然金红石大部分已被国际大公司长期预订，采购困难。

人造金红石是利用钛矿通过化学方法加工的富钛料，其品位接近天然金红石。人造金红石因为在制造过程可以去除钛矿原料中的钙、镁等杂质，在国外广泛用作氯化法钛白粉的钛原料；中国合成金红石的产量很小，要建设大规模工业化生产装置仍有大量工作要做。

高钛渣是通过电炉熔炼法将钛铁矿中的铁还原，使二氧化钛富集、经渣铁分离而得到的富钛料。具有冶炼生产工艺顺畅、设备大型化、烟气回收综合利用，产品生铁可直接用于炼钢等优点。电炉冶炼高钛渣占富钛料生产的70 %以上，在整个钛产业链中占有十分重要的地位。

我国传统的高钛渣生产存在生产厂家多、电炉容量小、装备水平低，劳动强度大、环境污染严重、无烟气处理及余热利用设备，能秏高等特点，难以满足氯化法钛白粉生产工艺的需要。国外加拿大、南非、挪威等国是高钛渣的主要生产国，掌握并垄断掌握具有世界先进水平的大型密闭电炉冶炼钛渣的技术，具有设备大型化、烟气回收利用、钛渣质量好等优点。

我国钛资源十分丰富，钛铁矿中TiO2保有量为3.57亿t，已探明储量占世界总储量的49 %，居世界首位。云南省钛资源十分丰富，钛铁矿中TiO2保有量为3 000万t，钛砂矿保有量居全国第4位。云南钛铁矿品位高、钛精矿含有害杂质少、品质好。为云南利用本地资源优势，发展氯化法钛白项目提供了可靠的原料基础和地域优势。

为了充分利用云南省丰富的钛铁矿资源，发挥云南钛精矿品位高、钙镁含量低的资源特点，云南某钛业公司引进国外先进技术和部分关键设备，建设氯化钛白粉项目，配套建设高钛渣项目，为氯化钛白粉项目提供优质钛原料是非常必要的，也是可行的。

2 云南某钛业公司氯化钛白粉项目概况

氯化法钛白粉项目包括高钛渣和钛白粉2个项目。高钛渣项目是为钛白粉项目提供钛原料的配套项目。

高钛渣项目引进具有当今世界先进水平的BATEMAN公司密闭式大型直流电炉熔炼高钛渣技术，建设规模为8万t/年高钛渣。2009年10月投产以来，具有工艺技术先进、工艺流程顺畅、设备运行可靠、生产技术指标优良、资源综合利用率高、能源利用合理、环保技术优良、生产效率高、安全性能强、自动化控制水平高等特点，是名列世界第三、亚洲第一的大型密闭式直流电炉熔炼高钛渣项目。

钛白粉项目引进德国氯化法钛白粉工艺技术，以高钛渣为原料，通过沸腾氯化、返浆喷淋、矿物油精制除钒、高温快速气相氧化及表面包覆处理等工艺生产高品质的氯化钛白粉。建设规模为6万t/年氯化法金红石型钛白粉。2012年建成投产以来，具有工艺技术先进，设备成熟可靠，自动化控制水平高、环境优良、产品质量好等特点，达到国际先进、国内一流水平先进。

3 密闭式直流电炉熔炼高钛渣技术的特点

3.1 工艺技术特点

1)电炉电极采用单根中空石墨电极，中心下料，炉内加热集中，熔池搅拌功能优异，物理熔化快、热效率可提高8 %～10 %；

2)电弧稳定，容易控制电弧长度、偏弧。对炉壁的烧损一致，减少了耐火材料的消耗，炉壁耐火材料使用寿命长；

3)电极消耗低，石墨电极消耗减少约50 %；

4)电炉容量大，电炉产能高，熔炼单位电耗低，钛渣冶炼电耗为2 580 kWh/t钛渣，大大低于国内钛渣冶炼的3 500 kWh/t钛渣；

5)加料熔炼在密闭的条件下进行，极大地减少了原料损失，资源利用率高，冶炼回收率高，TiO2回收率达96 %；可以处理粒度较细的粉料，而交流电弧炉则需要制粒；

6)电炉煤气经过煤气净化系统进行处理，净化后的煤气进入煤气输配系统，用于钛精矿、无烟煤、钛渣的干燥及渣包烘烤；收下的烟尘返回原料储配系统生产的钛铁矿粉，再进入电炉熔炼；

7)电流波动比交流炉低20 %～30 %，直流电弧炉对前级电网的冲击较小；

8)直流电弧的效率高；自然功率因数较高，在不加补偿情况下功率因数可达0.94～0.96；

9)采用DCS控制系统全程监控和调节配料、加料、炉温、炉压、冶炼周期等冶炼工艺，实现了自动化控制，提高了劳动生产率；

3.2 设备技术特点

3.2.1 泰森洗涤机的特点

洗涤机流程将烟气洗涤和烟气加压融合在一起，1台设备完成烟气的加压和洗涤2个功能，技术先进，运行稳定可靠，维护简单。缺点是污水处理量较大，但污水可循环使用。

3.2.2 LOESCHE磨机的特点

1)磨机进料速度调节范围大；

2)采用变频控制技术调节磨机的速度，调节磨机产能及粒度合格率；

3)在操作时能够大范围调节料床上辊子的碾磨压力以使产品的粒度分布达到最优化；

4)能够调节辊子和碾磨台之间的最小间隙。

3.2.3 喷射式气流筛的特点

1)可调节给料率；

2)分配喷嘴的速度可无级调整；

3)使用系统风机对风流量进行无级调整；

4)同心溢流堰高度可变，从而可改变切割粒度。

3.2.4 大功率整流设备的特点

直流炉整流设备引进ABB整流设备1套，电压800 V，电流80 kA，桥式整流，等效12相。整流设备应用水冷大功率整流器的最新技术，性能可靠、寿命周期长、维护成本低、易于维护等特点，整流设备的控制操作系统采用全数字控制系统进行设计，可提供全数字精确的稳流控制、高速的动态响应、整流器监测、系统监控，以及非常灵活可靠的操作。就地控制柜将安装有一次保护继电器，以确保整流器的安全可靠运行。每一整流机组的稳流精度可达的1 %(额定直流输出)。

3.2.5 自动化控制系统

控制系统采用DCS控制系统，采用电气与仪表一体化控制。控制系统具有生产设备的连锁控制、生产过程控制、过程数据采集与监控、过程与设备状况的监控与报警、过程趋势数据的采集与处理、报表打印、画面显示、并完成现场设备、计算机系统与中央控制室之间的数据交换、信息和指令数据的传输等控制功能，自动化控制系统水平居国内先进水平。

4 创新设计

项目通过消化、吸收国外先进技术的同时，坚持自主创新，不断优化工艺及设备方案，研发具有自主知识产权的专有技术。

4.1 设计了完善的电炉煤气输配系统

电炉煤气输配系统是高钛渣项目重要的节能减排配套工程，电炉煤气输配系统配置了一座10 000 m3的煤气柜，3台80 m3/min的煤气加压机和到煤气输配管网，解决了电炉煤气产量与用量的不平衡，满足了无烟煤、钛铁矿、钛渣干燥和渣包烘烤等煤气用户的供气要求。每年回收电炉煤气5 770万/m3，折合标准煤19 689 t/a，增加了企业的经济效益。

4.2 煤气输配系统安全监控系统

煤气输配系统设计了完善的电炉煤气氧含量和CO监控系统，一旦氧含量和CO超标，立即声光报警器，连锁处理，确保电炉煤气输配系统的安全性。

4.3 采用流化床技术干燥钛精矿和无烟煤

钛精矿和无烟煤采用硫化床技术干燥、冷却，干燥后含水量<1 %，流化床干燥使用的燃料，试车时采用柴油；正常生产时使用回收利用的电炉煤气。

4.4 采用失重秤技术提高配料精度

采用失重秤技术对钛精矿和无烟煤进行高精度连续定量给料并自动称重，减少了散物料的浪费，提高了混合物料的一致性，配料精度高。

4.5 增设泥炮开口机

为了快速准确开启堵严铁口渣口，确保操作安全，设计采用了泥炮开口机，具有推力大、开启快速可靠、操作维修方便等特点。

4.6 增设铁水排放事故槽

为了有效解决事故状态下铁水的排放问题，设计增设铁水排放事故槽，增强了安全性。

4.7 优化完善了控制程序，有效控制泡沫渣喷炉事故

密闭电炉熔炼高钛渣会产生泡沫渣，造成炉压增加，当炉压过高，会发生泡沫渣喷炉事故。为了避免喷炉事故的发生，优化完善了密闭电炉的控制程序，有效控制炉内压力，有效解决了控制泡沫渣、减少喷炉事故的世界难题。

5 试生产存在的问题及解决方案

5.1 钛铁矿钙镁含量偏高，积极寻找低钙镁的钛铁矿

氯化法钛白生产对高钛渣的钙、镁含量有严格的限定要求，中国虽然是钛资源大国，但可以用于生产氯化法钛白粉的优质钛矿却很少，因此寻找低钙镁的钛铁矿，对氯化钛白粉的质量至关重要。云南某钛业公司在国内外积极寻找低钙镁的钛铁矿，在莫桑比克购买钛资源的工作已取得实质性进展，莫桑比克钛锆矿区矿产资源超1亿t，探明可开采的钛铁矿金属量为7 200万t、锆石260万t、金红石40万t、磁铁矿5 000万t。钛精矿矿样分析较为理想，非铁杂质在4 %以内，且CaO、MgO含量较低，是较优质的钛精矿。经电炉冶炼能生产90 %左右品位的高钛渣，是优良的沸腾氯化原料。

云南某钛业公司与大理矿业公司确定购销协议，大理矿业公司拥有300～500万t钛矿资源，钙镁含量低。可用与氯化钛白粉生产。

5.2 完善选矿工艺流程，降低钙镁含量

云南某钛业公司加强选矿流程的研究，改进选矿工艺及设备，降低钙镁含量，提高品位，满足氯化钛白粉的要求。

5.3 高钛渣粒度不符合氯化钛白要求，改造高钛渣粒度分级工艺

原设计高钛渣粒度参数：用于生产氯化法钛白粉的氯化渣粒度为0.106～0.85 mm>90 %，用于生产硫酸法钛白粉的酸溶性渣粒度位<0.106 mm，而氯化钛白粉工艺对高渣钛粒度的要求调整为0.1～0.6 mm>90 %。粒度要求相对偏细，造成原设备处理困难，氯化渣的产量及产率都较低。

为了满足氯化钛白粉的工艺要求，进行了工艺研磨分级实验，确定在不改变原主体工艺的前提下，对分级流程进行局部改造，增加相应设备和装置，钛渣研磨分级系统进行工艺设备技术改造：

1)增加3台精细筛，将精细筛的处理能力由5～6 t/h提高到10～12 t/h，把筛上物粒度<0.6 mm控制在5 %内，筛下物粒度<0.1 mm的物料控制在25 %内，减少细料量，减轻后续设备处理负担，提高粗粒级钛渣的产能和产率。

2)将精细筛原工艺的三通分料器优化为定量给料皮带，即通过增装定量给料皮带从而实现各台精细筛的实际负荷一致。消除原工艺中的三通分料器分料不均匀的缺点。

3)增加1台分级机作为备用，可作为现有分级机故障时进行更换使用，改善分级质量，保证生产的连续性。

4)技改后，在生产0.1～0.6 mm粒度的氯渣产品时，将氯化渣和酸溶渣的产率比由原来的60：40提升到70：30。

2014年7月24日，首次使用改造后生产的高钛渣用于氯化钛白粉生产，沸腾氯化炉炉况良好，运行稳定，控制系统联动正常，钛白粉产品质量良好，自主研发的“沸腾氯化专用高钛渣”生产氯化钛白粉获得成功。

6 结 语

云南某钛业公司利用云南省丰富的钛铁矿资源，选择高钛渣为氯化钛白粉生产的钛原料，引进国外大功率密闭直流电炉熔炼高钛渣技术，积极寻找低钙镁钛精矿，不断优化高钛渣生产工艺，改造钛渣研磨分级系统，自主研发成功了“沸腾氯化专用高钛渣”，荣获云南省重点新产品称号，实现了采用自产高钛渣生产氯化钛白技术的突破，荣获“2013年云南十大科技进展”称号，这对于充分利用云南省丰富的钛铁矿资源，真正实现变资源优势为经济优势，促进云南地方经济发展，提升中国高钛渣工业的整体水平，加快钛产业化技术进步具有重大意义。