探析钛材在氯碱工业中的应用及发展趋势

陈国超

摘要：本文简要分析了钛材的优点，介绍了氯碱工业中钛材的应用，阐述了氯碱工业生产中应用钛材设备时需要注意的相关问题，并展展望了氯碱工业中钛材的发展趋势，以供参考。

关键词：钛材;氯碱工业;应用

引言：伴随着国家综合国力的提升，我国的化工工业也得到了快速发展，氯碱工业技术水平逐渐得到提升。氯碱工业生产的各个环节，不管是节约能源，抑或是资金的投入，还是环境保护方面都取得了一定成果，产品质量大幅提升，而这都得益于氯碱工业生产中钛材的应用。

1 钛材的优点

氯碱工业具有较强的腐蚀性。氯碱生产过程中涉及到的烧碱、氯气、盐水等具有腐蚀性的物质都会给相应管道及装置带来不同程度的影响，导致装置短时期内报废情况的发生，产生经济损失。

为了有效处理氯碱工业生产中存在的腐蚀性问题，人们在材质尤其是金属合金化层面付出了很多努力。当前，我国使用的抗腐蚀合金主要包含铁镍基合以及钛、镍合金。钛材以及钛材合金具有多方面优势，如具有较高强度、较轻的质量以及较好的稳定性等。正是由于其这些优势，使其在氯碱工业生产中得到了普遍应用。氯碱工业生产中使用钛材重点有如下原因。

1.1 钛材以及钛材合金具有较好的抗腐蚀性

首先，氧化性条件下，康复性极为明显，在湿氯气以及硫化物环境中，具有完全耐蚀性;其次，在含有氯化物的氧化性条件下，其抗腐蚀性与钽相当，超过不锈钢以及镍基合金;再次，100%纯度的钛材在还原性酸的条件下腐蚀性较差，然而抗腐蚀钛材合金在含有氯的还原性条件下具有较好的抗腐蚀性能;最后，含有钯的钛合金不但加强了钛处于还原性介质条件下的抗腐蚀性，同时也维持了其在氧化性条件下的抗腐蚀性。

1.2钛材的高使用价值以及高经济效益

钛材价格较为昂贵，针对生产加工具有很高要求，制造的成本投入也相对较大，然而因为其密度相对较小，具有较高强度，生产出的装置质量相对较轻，尽管相较于其它材料而言，投入的成本相对较高，但设备使用时间却可以延长数十倍，同时有效提升了设备效率。

2 氯碱工业中钛材的应用

在我国的民用工业中，化工系统最早应用钛材，并且使用量最大。自从上海天原化工企业最早使用钛材开始，钛材的应用越发广泛。从最开始烧碱的生产，到今天尿素、无机盐、化肥等诸多生产中都得到极为广泛的应用。就目前状况而言，国产相关化工钛设备中，换热器是应用钛材数量最多的设备，钛阳极与容器次之。

在我国，氯碱工业属于原材料工业，生产的产品为一些基础性的化工原料，并普遍应用于农药、造纸、建材等众多行业中。针对于化工工业来讲，氯碱是较为主要的发展项目，同时亦是我国应用钛材最多的系统。氯碱工业是具有腐蚀性的行业，其具体生产中需要用到的工艺介质以及硫酸、盐酸、烧碱等相关产品都存在较强腐蚀性。基于此点，氯碱生产中针对相应装置组成材料的选取需要认真对待，这样才能够有效规避实际生产过程中发生跑、漏、滴等情况，给生产工作的有序开展以及产品质量带来不良影响。最近几年，伴随着国家氯碱工业的快速发展以及新型工艺、技术的逐渐涌现，氯碱工业生产中钛材的使用也变得越发广泛，在脱氯塔、离子膜电解槽等生产中都发挥着重要作用。在过去，这些装置的零部件通常都是使用非金属材料，然而这些材料存在力学性能较差、热稳定性不足等缺点，导致装置存在消耗能量大、使用时间短、质量较差等情况。

上个世纪六十年代，研制出金属阳极电解槽，其被多个国家争相使用。而在国内，从1973年以来，便逐渐使用离子膜电解槽与金属阳极电解槽取代过去一直使用的石墨电解槽。相应的，石墨冷却器也被钛制湿氯冷却器取而代之，并收获了十分良好的应用效果。关于金属阳极，钛铜复合棒是其主要组成部分，具有抗腐蚀和导电等诸多作用。相较于石墨阳极电解槽而言，隔膜金属阳极电解槽制造出1t烧碱便可以节约100-200千瓦﹒时的电能。而就生产产品的色泽与纯度方面来讲，质量得到大幅提升，同时生产制造中具有较好的稳定性，而且电解槽可以使用更长时间。过去所采用的石墨阳极最长可以应用三个季度，但金属阳极在实际生产中至少可以应用十年之多。因此，金属阳极的应用对氯碱工业而言，可以说是一次重要的变革。

我国最开始从国外引入第一套离子膜烧碱生产设备，相隔不久，又陆续从多个国家引入多套设备。北京的一家化工机械厂开始从国外引入离子膜设备生产加工技术，时至今日已经给国家制造出多套该种设备。国内引入的这些设备中，除却阳极液态泵和主体电解槽需要从国外进口之外，其它钛材相关设备都可由我国自行生产。

3 氯碱工业生产中应用钛材设备时需要注意的相关问题

首先，钛材具有多个不同种类，它们在抗腐蚀性与加工性能等诸多方面存在一定差异。相关设计人员需要结合设备的实际运用条件、零件处于的具体位置以及需要加工的程度等各种情况采用牌号不同的钛材或是钛合金。通常状况下，钛材不会产生晶间、应力腐蚀的现象，然而钛材较为容易出现缝隙腐蚀的情况，特别是宽度约为0.5毫米的缝隙更加容易出现腐蚀。针对那些容易出现腐蚀的零件，采用钛钯合金或是采用镀钯的方式对钛进行处理是最佳选择。其次，尽管钛属于抗腐蚀性金属，然而其不是在所有的化工腐蚀介质都适合。即便是相同介质，其抗腐蚀性性能也与介质浓度及温度存在着密不可分的关联性。在干氯气中，钛材无法使用。这是因为干氯气环境下，即便温度低于零度，也会出现较为剧烈的化学反应，产生巨大热量，有发生火灾的危险。为了保证钛材在氯气中具有良好的稳定性能，氯气的含水量不可以超过0.5%。再次，应该防止钛材相关装置受到铁的影响。由于在受到铁的污染之后，其抗腐蚀性能会变低，且在氢化作用下会发生脆变的情况，所以生产、保养以及维护钛材相关装置的过程中，需要尽量不采用钢质工具。最后，钛材价格较高，设计过程中需要结合介质温度、压力，装置尺寸等多方面因素，对钛材加以科学选用。针对不会和腐蚀介质相接触的零部件，尽可能不采用钛制零件。

4 氯碱工业中钛材的发展趋势

就钛资源总量来讲，我国占据世界首位。当前，国际上对钛材的认识逐渐加深，钛资源的开发力度也渐渐加大，尤其是钛材机械制造能力的提升，更加给钛材未来在氯碱工业中的应用提供了有利条件。首先，金属阳极代替石墨阳极会加大钛材的应用量;其次，由于钛材装置生产加工过程的渐渐完善，相應装置的价格也会有所下降，这样企业也会更加愿意在钛材装置上投入大量资金;最后，未来烧碱产量必将大幅增加，加之离子膜技术引进以及企业生产加工技术的完善，氯碱工业钛材的应用势必会大大增加，钛材的作用会越发凸显，具有十分良好的发展前景。

结束语：

钛材在氯碱工业生产中的应用越来越广泛，随着钛合金技术的进步，针对钛材在使用中的相关问题的大力研究和突破，钛材在氯碱中将发挥更大的作用，推动氯碱技术装备升级发展。

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