探析鈦材在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

陳國(guó)超

摘要：本文簡(jiǎn)要分析了鈦材的優(yōu)點(diǎn)，介紹了氯堿工業(yè)中鈦材的應(yīng)用，闡述了氯堿工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用鈦材設(shè)備時(shí)需要注意的相關(guān)問題，并展展望了氯堿工業(yè)中鈦材的發(fā)展趨勢(shì)，以供參考。

關(guān)鍵詞：鈦材;氯堿工業(yè);應(yīng)用

引言：伴隨著國(guó)家綜合國(guó)力的提升，我國(guó)的化工工業(yè)也得到了快速發(fā)展，氯堿工業(yè)技術(shù)水平逐漸得到提升。氯堿工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，不管是節(jié)約能源，抑或是資金的投入，還是環(huán)境保護(hù)方面都取得了一定成果，產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升，而這都得益于氯堿工業(yè)生產(chǎn)中鈦材的應(yīng)用。

1 鈦材的優(yōu)點(diǎn)

氯堿工業(yè)具有較強(qiáng)的腐蝕性。氯堿生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的燒堿、氯氣、鹽水等具有腐蝕性的物質(zhì)都會(huì)給相應(yīng)管道及裝置帶來(lái)不同程度的影響，導(dǎo)致裝置短時(shí)期內(nèi)報(bào)廢情況的發(fā)生，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。

為了有效處理氯堿工業(yè)生產(chǎn)中存在的腐蝕性問題，人們?cè)诓馁|(zhì)尤其是金屬合金化層面付出了很多努力。當(dāng)前，我國(guó)使用的抗腐蝕合金主要包含鐵鎳基合以及鈦、鎳合金。鈦材以及鈦材合金具有多方面優(yōu)勢(shì)，如具有較高強(qiáng)度、較輕的質(zhì)量以及較好的穩(wěn)定性等。正是由于其這些優(yōu)勢(shì)，使其在氯堿工業(yè)生產(chǎn)中得到了普遍應(yīng)用。氯堿工業(yè)生產(chǎn)中使用鈦材重點(diǎn)有如下原因。

1.1 鈦材以及鈦材合金具有較好的抗腐蝕性

首先，氧化性條件下，康復(fù)性極為明顯，在濕氯氣以及硫化物環(huán)境中，具有完全耐蝕性;其次，在含有氯化物的氧化性條件下，其抗腐蝕性與鉭相當(dāng)，超過(guò)不銹鋼以及鎳基合金;再次，100%純度的鈦材在還原性酸的條件下腐蝕性較差，然而抗腐蝕鈦材合金在含有氯的還原性條件下具有較好的抗腐蝕性能;最后，含有鈀的鈦合金不但加強(qiáng)了鈦處于還原性介質(zhì)條件下的抗腐蝕性，同時(shí)也維持了其在氧化性條件下的抗腐蝕性。

1.2鈦材的高使用價(jià)值以及高經(jīng)濟(jì)效益

鈦材價(jià)格較為昂貴，針對(duì)生產(chǎn)加工具有很高要求，制造的成本投入也相對(duì)較大，然而因?yàn)槠涿芏认鄬?duì)較小，具有較高強(qiáng)度，生產(chǎn)出的裝置質(zhì)量相對(duì)較輕，盡管相較于其它材料而言，投入的成本相對(duì)較高，但設(shè)備使用時(shí)間卻可以延長(zhǎng)數(shù)十倍，同時(shí)有效提升了設(shè)備效率。

2 氯堿工業(yè)中鈦材的應(yīng)用

在我國(guó)的民用工業(yè)中，化工系統(tǒng)最早應(yīng)用鈦材，并且使用量最大。自從上海天原化工企業(yè)最早使用鈦材開始，鈦材的應(yīng)用越發(fā)廣泛。從最開始燒堿的生產(chǎn)，到今天尿素、無(wú)機(jī)鹽、化肥等諸多生產(chǎn)中都得到極為廣泛的應(yīng)用。就目前狀況而言，國(guó)產(chǎn)相關(guān)化工鈦設(shè)備中，換熱器是應(yīng)用鈦材數(shù)量最多的設(shè)備，鈦陽(yáng)極與容器次之。

在我國(guó)，氯堿工業(yè)屬于原材料工業(yè)，生產(chǎn)的產(chǎn)品為一些基礎(chǔ)性的化工原料，并普遍應(yīng)用于農(nóng)藥、造紙、建材等眾多行業(yè)中。針對(duì)于化工工業(yè)來(lái)講，氯堿是較為主要的發(fā)展項(xiàng)目，同時(shí)亦是我國(guó)應(yīng)用鈦材最多的系統(tǒng)。氯堿工業(yè)是具有腐蝕性的行業(yè)，其具體生產(chǎn)中需要用到的工藝介質(zhì)以及硫酸、鹽酸、燒堿等相關(guān)產(chǎn)品都存在較強(qiáng)腐蝕性?；诖它c(diǎn)，氯堿生產(chǎn)中針對(duì)相應(yīng)裝置組成材料的選取需要認(rèn)真對(duì)待，這樣才能夠有效規(guī)避實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生跑、漏、滴等情況，給生產(chǎn)工作的有序開展以及產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)不良影響。最近幾年，伴隨著國(guó)家氯堿工業(yè)的快速發(fā)展以及新型工藝、技術(shù)的逐漸涌現(xiàn)，氯堿工業(yè)生產(chǎn)中鈦材的使用也變得越發(fā)廣泛，在脫氯塔、離子膜電解槽等生產(chǎn)中都發(fā)揮著重要作用。在過(guò)去，這些裝置的零部件通常都是使用非金屬材料，然而這些材料存在力學(xué)性能較差、熱穩(wěn)定性不足等缺點(diǎn)，導(dǎo)致裝置存在消耗能量大、使用時(shí)間短、質(zhì)量較差等情況。

上個(gè)世紀(jì)六十年代，研制出金屬陽(yáng)極電解槽，其被多個(gè)國(guó)家爭(zhēng)相使用。而在國(guó)內(nèi)，從1973年以來(lái)，便逐漸使用離子膜電解槽與金屬陽(yáng)極電解槽取代過(guò)去一直使用的石墨電解槽。相應(yīng)的，石墨冷卻器也被鈦制濕氯冷卻器取而代之，并收獲了十分良好的應(yīng)用效果。關(guān)于金屬陽(yáng)極，鈦銅復(fù)合棒是其主要組成部分，具有抗腐蝕和導(dǎo)電等諸多作用。相較于石墨陽(yáng)極電解槽而言，隔膜金屬陽(yáng)極電解槽制造出1t燒堿便可以節(jié)約100-200千瓦﹒時(shí)的電能。而就生產(chǎn)產(chǎn)品的色澤與純度方面來(lái)講，質(zhì)量得到大幅提升，同時(shí)生產(chǎn)制造中具有較好的穩(wěn)定性，而且電解槽可以使用更長(zhǎng)時(shí)間。過(guò)去所采用的石墨陽(yáng)極最長(zhǎng)可以應(yīng)用三個(gè)季度，但金屬陽(yáng)極在實(shí)際生產(chǎn)中至少可以應(yīng)用十年之多。因此，金屬陽(yáng)極的應(yīng)用對(duì)氯堿工業(yè)而言，可以說(shuō)是一次重要的變革。

我國(guó)最開始從國(guó)外引入第一套離子膜燒堿生產(chǎn)設(shè)備，相隔不久，又陸續(xù)從多個(gè)國(guó)家引入多套設(shè)備。北京的一家化工機(jī)械廠開始從國(guó)外引入離子膜設(shè)備生產(chǎn)加工技術(shù)，時(shí)至今日已經(jīng)給國(guó)家制造出多套該種設(shè)備。國(guó)內(nèi)引入的這些設(shè)備中，除卻陽(yáng)極液態(tài)泵和主體電解槽需要從國(guó)外進(jìn)口之外，其它鈦材相關(guān)設(shè)備都可由我國(guó)自行生產(chǎn)。

3 氯堿工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用鈦材設(shè)備時(shí)需要注意的相關(guān)問題

首先，鈦材具有多個(gè)不同種類，它們?cè)诳垢g性與加工性能等諸多方面存在一定差異。相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合設(shè)備的實(shí)際運(yùn)用條件、零件處于的具體位置以及需要加工的程度等各種情況采用牌號(hào)不同的鈦材或是鈦合金。通常狀況下，鈦材不會(huì)產(chǎn)生晶間、應(yīng)力腐蝕的現(xiàn)象，然而鈦材較為容易出現(xiàn)縫隙腐蝕的情況，特別是寬度約為0.5毫米的縫隙更加容易出現(xiàn)腐蝕。針對(duì)那些容易出現(xiàn)腐蝕的零件，采用鈦鈀合金或是采用鍍鈀的方式對(duì)鈦進(jìn)行處理是最佳選擇。其次，盡管鈦屬于抗腐蝕性金屬，然而其不是在所有的化工腐蝕介質(zhì)都適合。即便是相同介質(zhì)，其抗腐蝕性性能也與介質(zhì)濃度及溫度存在著密不可分的關(guān)聯(lián)性。在干氯氣中，鈦材無(wú)法使用。這是因?yàn)楦陕葰猸h(huán)境下，即便溫度低于零度，也會(huì)出現(xiàn)較為劇烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生巨大熱量，有發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。為了保證鈦材在氯氣中具有良好的穩(wěn)定性能，氯氣的含水量不可以超過(guò)0.5%。再次，應(yīng)該防止鈦材相關(guān)裝置受到鐵的影響。由于在受到鐵的污染之后，其抗腐蝕性能會(huì)變低，且在氫化作用下會(huì)發(fā)生脆變的情況，所以生產(chǎn)、保養(yǎng)以及維護(hù)鈦材相關(guān)裝置的過(guò)程中，需要盡量不采用鋼質(zhì)工具。最后，鈦材價(jià)格較高，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要結(jié)合介質(zhì)溫度、壓力，裝置尺寸等多方面因素，對(duì)鈦材加以科學(xué)選用。針對(duì)不會(huì)和腐蝕介質(zhì)相接觸的零部件，盡可能不采用鈦制零件。

4 氯堿工業(yè)中鈦材的發(fā)展趨勢(shì)

就鈦資源總量來(lái)講，我國(guó)占據(jù)世界首位。當(dāng)前，國(guó)際上對(duì)鈦材的認(rèn)識(shí)逐漸加深，鈦資源的開發(fā)力度也漸漸加大，尤其是鈦材機(jī)械制造能力的提升，更加給鈦材未來(lái)在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用提供了有利條件。首先，金屬陽(yáng)極代替石墨陽(yáng)極會(huì)加大鈦材的應(yīng)用量;其次，由于鈦材裝置生產(chǎn)加工過(guò)程的漸漸完善，相應(yīng)裝置的價(jià)格也會(huì)有所下降，這樣企業(yè)也會(huì)更加愿意在鈦材裝置上投入大量資金;最后，未來(lái)燒堿產(chǎn)量必將大幅增加，加之離子膜技術(shù)引進(jìn)以及企業(yè)生產(chǎn)加工技術(shù)的完善，氯堿工業(yè)鈦材的應(yīng)用勢(shì)必會(huì)大大增加，鈦材的作用會(huì)越發(fā)凸顯，具有十分良好的發(fā)展前景。

結(jié)束語(yǔ)：

鈦材在氯堿工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，隨著鈦合金技術(shù)的進(jìn)步，針對(duì)鈦材在使用中的相關(guān)問題的大力研究和突破，鈦材在氯堿中將發(fā)揮更大的作用，推動(dòng)氯堿技術(shù)裝備升級(jí)發(fā)展。

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