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成果转换

低成本清洁钛提取新技术

时间:2012-08-27

一、项目背景,目的和意义

      金属钛具有优异的物理、化学性能,其密度比钢小43%,比强度高、熔点高、耐高温腐蚀且无毒害。目前,钛已经成为优异的轻型结构材料、新型功能材料和重要的生物医用材料,被广泛地应用于航空航天、军工及化工、船舶、汽车、体育器材、医疗器械、建筑等民用领域。被誉为“未来金属”、“第三金属”。然而,钛的价格大大了限制了钛的利用。由于钛的现行冶金生产工艺Kroll法的工业过程复杂繁琐、能耗大、成本高,使其价格无法降低。本项目采用碳热还原-电解沉积法来制备金属钛,既避免了传统制钛方法的污染环境的问题,又能保证生产过程连续化、操作简单、生产成本低等优点,一旦成功实施工业化生产后,可望将金属钛的生产成本降低到现有成本的1/3左右,因而具有巨大的经济效益和社会效益。由于成本的大幅度降低,将可望对钛金属冶炼、材料制备以及原材料等上下游产业链的拉动具有巨大的影响。

二、项目优势(技术创新性、关键点)

      北京科技大学朱鸿民教授的课题组里对钛离子在熔融盐体系中的沉积特性,以及碳氧钛化合物的溶解特性等进行了综合分析和理论计算后提出了以下新的思路:

      (1)以二氧化钛TiO2和碳C为原料,在较低温度下 ( < 1400℃)下制备得       到较低价态Ti-C-O固溶体,将氧/碳比控制在1/1以上,并保证具有足够的金属导电性,用作阳极原料;
      (2)将此类阳极在熔融盐中电解溶出,在适当的条件下使得其阳极产物为CO  或CO2,从而使阳极固溶体中的氧和碳完全以气体的形式排出,而钛则以离子形式(如+2)溶出,如:Ti-C-O = COX + 2 Ti2+ + 4e     
      (3)选择并控制电解条件使得电解液中钛离子保持在较低的价态,从而在阴  极以较高的电流效率沉积出金属钛。
      上述思路在理论上完全可行,而且在北京科技大学的课题组里用实验证实了其可行性。通过碳热还原­—熔盐电解相结合的方式可以高效率地提取金属钛,此方法在操作步骤、能源效率、生产成本等多方面具有优势,而且由于原料和产物分别为阳极和阴极,电解提取过程恰好类似于电解精炼,因此非常有利于获得高纯度的金属钛,而且对原料二氧化钛的纯度要求不会太苛刻,因为钙、镁等成分在阳极溶入电解液后只是以离子的形式留在熔融盐中不会在阴极上沉积,其他的成分也可通过控制电势达到提纯的目的。

三、项目合作进展情况

      目前项目进展顺利,已经完成了1000A-3000A电源安装调试工作,下一步准备进行电解槽的安装调试工作。

四、社会效益和经济效益

      目前,我国市场海绵钛锭产品,且售价较高,约为6.5万元/吨人民币,(9月平均价),其成本在6万左右,收益很低。而该技术产品除品质可达O级海绵钛以上外,成本仅为传统技术成本的一半,产品实现国外同类产品的功能。经测算,项目形成的产品综合成本为3万元/吨。2011年底项目达产后,按5000吨/年套计算,每吨售价6.5万元,销售额可达32500万元,利税合计可达4375万元,所得税按25%计算,净利润可达1.75亿元以上。预计到2015年产能可达15000吨/年,每吨售价若以6.5万吨计,销售额可达10亿元,利税合计5.25亿元;所得税按25%计算,净利润3.94亿元,上缴税金1.31亿元。
该技术的成功转化及产业化,必将带来钛产业的革命,使钛的应用领域更加广泛。北京作为研发及开发总部及技术发源地及产业化基地,将对国内钛产业的发展起到重要的作用。

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