海绵钛初步设计文件

1、1.总论1.1海绵钛行业概述钛作为战略金属，是在军事和航空航天工业高速需求的刺激下，迅速发展起来的。进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，对钛的需求量一直以20%30%的速度增加，随着科技的进步和社会的发展，对钛的需求量也将越来越大。换句话说，用钛量的多少,往往成为衡量一个国家发达程度的标志。目前，世界只有美国、日本、独联体和中国具有完整的钛工业体系。我国有丰富的钛矿资源，为发展钛工业提供了优越条件，也必将为我国钛的应用，提供坚实的基础。钛及其钛合金，具有良好的抗腐蚀，好的高低温性能，大的比强度，无磁性，超导特性等优良性质，使钛在航天、航海、海洋、建材、化工、医药等行业中，是一种不可

2、替代的金属。1.2市场分析与预测钛是一种贮量十分丰富的金属元素，它的发现和工业应用较晚，由于它具有许多优异性能，所以很快应用于航空航天、化工、军工和核电等多个领域。海绵钛是一种中间产品，可在市场上交易，工业上应用的钛是由海绵钛加工成的各种型材、合金和钛粉。由于钛的生产流程长，工艺过程复杂，控制条件要求较多，故制约了其发展，使它不如其他金属发展快。海绵钛的工业化生产始于1948年，它是因军事工业的需要而诞生的，伴随航空航天工业的发展而发展起来的新兴原材料工业。其发展虽因战争、冷战、经济危机等多次大起大落，但其发展速度仍然较快。进入2000年以后，这个具有“现代金属”之称的钛，今后将随着经济的发展

3、和科技的进步，在各个应用领域里发挥出它的巨大作用。1.2.1国外钛市场目前世界上生产海绵钛的国家有五个，总生产能力约为146kt。其中独联体的三个国家产能最大，约为80kt，中国的产能最小，仅有11kt。独联体是世界上最大的钛生产基地和钛出口国，其海绵钛产能和钛材加工产能均占世界的50%左右，在钛生产和应用的基础研究开发方面拥有丰富的经验。表1-1世界海绵钛厂2004年和2005年生产能力统计表（单位：t/a）序号国家生产厂或公司生产能力备注1日本大阪钛公司18000东邦钛公司120002美国钛金属公司12700奥勒冈冶金公司5400国际钛公司4500华昌公司13603独联体阿维斯玛25000

4、-30000属俄罗斯乌斯季卡缅诺戈尔斯克35000属哈萨克斯坦扎波罗什镁钛联合企业15000属乌克兰4中国遵义钛厂80002005年计划抚顺钛厂30002005年计划合计144960表1-2 近几年世界主要钛材生产地区状况（单位：t）国家独联体美国1）日本1）中国欧洲总计钛加工材1996年产量1000025900950020008900563001997年产量10000282001300020007000602001998年产量9000261001270020007000568001999年产量5000200001200020004000430002000年产量7000200001200020

5、005000460002001年产量7000236001440047205000547002002年产量7000162001450054805000481802003年产量15000150001380070802）5000558802004年产量20000210001740085133）500071900注1）：表中1996年1998年数据引自：“日本钛市场分析” ；1999年2000年数据引自：“钛行业研究报告（上）” ；2001年美国产量引自：“美国钛交货量大幅下降” ；2002产量引自：“钛发展战略” ；2003年、2004年日本产量引自：“日本协会关于金属钛的2004年生产实绩和200

6、5的需求预测” ；1997年2002年日本加工材产量引自：“日本协会关于金属钛的2004年生产实绩和2005的需求预测” ；注2）：引自“全国钛工业技术的进展”稀有金属快报2004年第9期。注3）：引自“2005年7月26日科技日报，中国钛工业正在崛起周廉” 。从表和表中可以看出，独联体、美国、日本的海绵钛和钛加工材产量远高于中国的规模，目前世界的钛加工材生产主要在美、日两国，其产量约占世界钛材加工总量的70%，其次是独联体。表13为世界各国钛的消费结构比较，从消费结构上看，美国、西欧和俄罗斯，钛材的60%70%用于航空航天领域，民用工业相对较少，日本和中国则不同，民用工业领域里钛消费量约占8

7、5%90%，航空航天领域占10%15%。表1-3世界各国钛的消费结构（%）领域美国俄罗斯西欧日本中国航空航天70806060101015工业应用203040409085901.2.2 钛材的需求预测1.2.2.1国际钛需求预测“9.11”事件后，航空领域用钛急剧下降。美国是世界海绵钛需求第一大国，2002年海绵钛的需用量下降了34%，加工材下降了30%。2003年受sars和对伊战争的影响，市场仍无起色。2004年西方国家百座以上的客机有10800架，预计到2020年将增加到30000架以上。军用飞机用钛量业将进一步增加。钛材在飞机用材中所占比例不断增加，预计到2006年生产的第一架空中客车a

8、380h的钛材将达到65t。在不出意外的情况下，钛材在商业航空领域中的需求将在未来5年内稳步增长。美国2004年的钛需求将达21kt，比2003年增加5100t，其中面向亚洲地区，特别是中国的电力，海水淡化等行业的需求增长很大。欧洲的钛市场急剧恢复，约占4成是面向中国的化工、电力部门。近10年来，日本钛生产量与使用量均增长约1倍。钛材使用量由1982年的3446t上升到2002年的7256t，这是日本钛协大力发展非航空用钛、推广钛应用技术、开发钛市场的结果。日本钛加工材料达17.2kt，需求增长显著的领域有化工、电力、制水及零售等。目前俄罗斯的钛材产量已恢复到15000t/a的水平，其中约70

9、%的产量出口，是世界出口钛材最多的国家。独联体等国钛的需求都在增长，在世界经济强劲增长的大背景下，2004年国际民航钛需求开始复苏，石油、电力、海洋石油、舰船一级体育休闲等领域的钛需求业在不断增加，国际上新的钛需求增长点正在不断涌现。根据timet公司数据，2001年汽车用钛量为800t，到2006年将达到5000t；能源方面需求将从500t增至2300t；军用钛从400t增到1300t,再加上阿布扎比和北京方面的工程用钛2000 t，到2006年将形成一个10.6kt的新市场。据专家预测，2004年，为降低轿车if板中的氮的含量和提高钢材质量，国际轿车行业用if板和钢铁连铸工艺用海绵钛，就消

10、耗了10000t左右。预计到2005年，钢铁行业的海绵钛需求量还将继续增长。由于世界性经济增长和航空产业恢复，带动了钛需求的大幅增长，这种势头预计将会持续到2010年。1.2.2.2我国钛材需求预测我国钛资源非常丰富，储量居世界前列。国家非常重视钛的研究开发，早在1956年钛的研究就被国家列入科学技术12年发展规划，1958年实现了海绵钛工业化生产，1960年开始生产小批量的钛加工材，1965年开始规划，建设中国钛加工材科研、生产基地（902）工程宝鸡有色工程加工厂。起初，我国钛加工材也是主要应用于航空航天工业，由于订货严重不足，宝钛审时度势，根据国情，提出和推广民用钛材的战略决策，于1975

11、年成立钛材民用推广机构，在宝钛的大力推广宣传下，当初钛销售量就达到156t，比1974年增长了73%，但是由于受钛材价格高，机械加工和焊接难及人们对钛材认识不足的影响，钛材市场的发展仍较缓慢，1982年国家成立钛材推广应用小组，努力培育钛材应用市场，并由国家政策扶持，从而使我国钛材市场得到迅猛发展，1983年，我国钛材需求量仅为450t，到1986年钛材销售量达到1000t，近年来，钛在化工、冶金、电力、电镀、食品、医疗器械及医用行业、日常用品等民生领域的应用得到了稳步的发展。尤其是在高尔夫球头及眼镜架等方面的钛材用量迅猛增加，我国钛材产量已不能满足国内需求，2001年进口钛材约2000t，尤

12、其是我国目前不能生产带卷和薄壁焊管，使钛材在化工、电力、船舶等行业所用的换热管均需依赖进口。2002年全国钛材市场需求量超过6200t，平均年增张32%。2002年受“9.11”恐怖事件和美国经济持续低迷影响，世界钛市场一路下滑。2002年美国钛加工材产量比2001年下降了23%，而我国钛材市场仍然保持稳定的增长，2002年比2001年钛加工材产量增长13%以上，超过4600t，需求量增速更快，达到6200t。经过30多年钛材市场培育和发展，我国已经成为一个成熟的钛材消费国，随着国家经济实力的增强和钛材加工技术进步，成本降低，未来15年我国的钛材市场消费将高速发展。近年来，钛材在民用领域的应用

13、，已占全国总需求的80%以上，电力行业对钛管、板将有1000余吨的需求。以高尔夫球具为主的体育休闲业，每年对海绵钛有3000多吨的需求。宝钢开始生产if板，以此为契机，国内钢铁业对钛的需求将明显上升。以国家大剧院、杭州大剧院为代表，国内建筑用钛将显现上升趋势。在沿海，与电厂余热相结合的海水淡化用钛，将测绘功能上升趋势。今后几年，汽车用钛将在国内起步。我国钛的应用是随着航空工业的发展而兴起的，但目前钛需求主要是非航空领域，如果我国汽车行业能够推广钛制零件的应用，仅汽车领域对钛的需求将会呈几倍的增长。我国是近期世界钛工业发展最快的国家。2002年，海绵钛和钛材连创历史最好水平。海绵钛突破3000t

14、，钛材突破5000t，但仍供不应求，大量进口。2002年中国钛材进口2962t，增长32.2%；出口1155t，增长18.8%。2002年中国海绵钛消费能力已达8000t（实际产量3208t），钛材消费已超过7000t（实际产量5482t），中国钛材占世界钛材的比例已由2004年的4.2%上升到2002年的9.8%。2003年我国钛工业高速增长，据对我国13家钛材单位上报的数据，2003年钛加工材产量达到7080t，比上年增长29.2%。实际销售量为4829t。根据海关统计，2003年我国钛加工材净进口2697t，比2002年的2102t增加了27%，全年钛加工材的需求量为7508t。2002

15、年钛加工材的需求量为6237t，2003年比2002年需求量增加了20.4%。我国钛材需求情况见下表。表1-4 中国钛材需求量（1975年2003年）年份197519831986200120022003需求量（t）1564501000438062007508注：该数据摘自“中国的钛工业发展现状分析”稀有金属快报2004年第3期由以上历年我国钛材需求情况可以预测，随着我国国民经济的高速发展，各行业对钛加工材的需求在不断增强，钛材的消费量会不断增加，未来5年内钛材需求量至少以10%20%的速率增长。注：以上资料摘自：稀有金属快报2002年2005年和中国钛业网表1-5中国钛协会对2003年的产量和

16、进口量的统计数据品种1998年1999年2000年2001年2002年产量进口量产量进口量产量进口量产量进口量产量进口量海绵钛224115301791712190519052467237733282136钛材1486-5881687342223322334012126846132102使用量8982029273652806715增长率（%）1263593271.2.2.3台湾地区钛需求情况中国台湾地区可生产少量的棒材，所需半成品和成品多数依赖进口。2003年的进口额达116.6亿日元，出口额仅为34.1亿日元（不含成本）。表1-6、表1-7、表1-8中列出了近年来台湾钛进口量、进出口额及消费量

17、。可以说明台湾地区对钛材的需求在逐年增加。表1-6中国台湾地区钛的进口量未锻轧钛其他钛制品钛残废料钛阳极钛粉合计1999年1149108996271723782000年14281288352471031252001年2033167888052646492002年25591473777451148652003年3032152172838245343表1-7中国台湾地区钛的进出口额进口额（亿日元）出口额（亿日元）2001年102.510.82002年112.724.42003年116.634.1表1-8中国台湾地区钛的消费量全世界年生产量（t）台湾消费量（t）消费份额（%）2000年4700031

18、256.72001年5200046478.92002年41000486611.9注：表中数据摘自“台湾的钛工业状况”稀有金属快报2005年第5期我国是一个钛资源十分丰富的国家，目前已探明的钛资源储量为8.7亿吨左右，占全世界已探明钛矿总量的48%，因此，从钛资源角度讲，我国有着发展钛工业良好的资源保证和先决条件。但是，国情不同，钛市场构成也不同。在我国，民用钛材占87%，航空及军工用钛仅占13%。我国航空制造业不发达，民用飞机大量进口，钛材以民用为主的趋势将长期持续下去。我国民用钛材第一大户是化学工业，化工用钛约占59%，电力能源用钛占18%，冶金行业用钛占5%，制盐工业用钛占2%，其他民用行

19、业用钛约占3%左右。从我国钛材市场应用的品种分析发现，以工业纯钛板、管材比重较大。资料统计表明，我国钛材品种构成如下：板材43.5%，管材27.5%，棒材20.4%，铸件4.6%，锻件3.3%，线丝材0.5%，箔材0.2%。如今我国已形成了从钛矿采选海绵钛制取钛的熔炼加工材制造的钛工业体系。目前海绵钛市场较好，国内许多企业都有建设海绵钛的计划和想法，遵义钛厂计划扩建到20kt/a，抚顺钛厂计划扩建到10kt/a，河南、河北、四川及云南等地均计划新建年产5kt10kt的海绵钛厂。总的来说，我国已经成为一个成熟的钛材消费国。随着国家经济实力的增强和钛材加工技术的进步及加工成本的降低，未来15年内，

20、我国的钛材市场消费将高速发展。钛材应用领域主要向汽车、海水淡化、建筑、能源、装饰和生活用品以及舰船、装甲板等方面发展，其中最具应用潜力的是汽车行业和建筑行业。建筑用钛的市场潜力非常大，深圳世界之窗球型舞台蒙皮和北京国际大剧院蒙皮及室内装饰都大量使用了钛材，它的示范效应正在向其他建筑设计辐射。总之，随着钛材新的应用领域的不断开发，我国的钛市场前景非常光明。1.2.3海绵钛全流程工艺流程1.3镁行业概述1.3.1世界氯化镁炼镁概况目前世界上炼镁有两种方法，电解法和硅热还原法。电解法是将含mgcl2的原料提纯成无水氯化镁或将含g原料转化成无水氯化镁，在熔融状态下电解出金属镁，按原料和制备方法可分为卤

21、水脱水电解法和光卤石脱水电解法、氧化镁成球氯化电解法、菱镁矿氯化电解法。硅热还原法是在高温下用硅铁还原煅白(白云石煅烧后产物aomg)制取金属镁，按还原炉型式可分为半连续法和皮江法。电解法是镁生产的主要方法，国外80的镁是电解法生产的，半连续法是镁的第二大生产方法，皮江法居第三位。世界上以氯化镁和光卤石为原料生产金属镁的国家有10个，共12家厂，其中80%以上是以海水或盐湖卤水为原料生产的，产镁量占世界总产能的65%。主要生产厂家位于北美和欧洲，主要有美国、加拿大、独联体。美国的2家镁厂规模均在3万吨以上，总产能15.5万吨，其中美国道屋(dow)化学公司自由港镁厂是世界上最大的镁厂，年产能1

22、1万吨，该厂已于1998年停产；加拿大的2家镁厂，规模均为1 万吨以上，总产能9.8万吨；独联体有5家镁厂，其中3家是镁钛联合企业，1家是化冶联合企业，总产能8.4万吨（不含为钛生产配套的镁产能）；以色列1家镁厂，年产能2.75万吨。电解法按原料和制取无水氯化镁的方法划分有卤水脱水电解炼镁，光卤石脱水电解炼镁，氧化镁成球氯化电解炼镁、菱镁矿氯化电解炼镁以及与克劳尔法生产海绵钛配套的电解还原蒸馏出来的无水氯化镁。 1.3.2中国镁工业现状中国金属镁生产厂家中，原电解法镁厂3家，由于技术及成本的原因已全部停产。其余均为皮江法镁厂，截止2006-2007年：【生产情况】2006年我国镁工业取得了长足

23、的发展，据中国有色金属工业协会镁业分会数据，2006年我国原镁产能达到85.85万吨；原镁产量达到51.54万吨；镁合金21万吨；镁粉镁粒为8.4万吨。 由于价格因素，原镁企业并没有开足产能，原镁产量减缓。但从镁业分会的数据表明，我国排名前10家的企业合计产量达到30万吨左右，占总产量的60%。增长幅度很大，可以看出，我国的原镁生产的产业集中度增高，通过产业升级，技术进步，形成了数个自主创新、科技创新、管理创新、注重环保的新型原镁企业。 2006年，镁合金越来越被人们所认识，镁合金已被广泛应用在笔记本电脑、手机、移动硬盘、摄像机等电子产品中。2007年以来煤炭行业面临的不确定性因素增加，一方面

24、煤炭产能、产量扩张的动力犹存；另一方面政策的调整又将在一定程度上制约煤炭的供应能力。这一年是煤炭行业整合的一年。需求将成为煤炭价格的稳定支撑，成本推动成为整合周期中的阶段性主导因素。2007年煤炭价格整体大幅度提高， 受此影响，镁锭生产成本将会相应提高，价格波动底线将会上移。2006年，金属镁工业在产业和产品结构调整、节能降耗等都取得了阶段性效果。面对越来越严峻的资源、能源和环境制约因素和日益激烈的市场竞争，限制产能盲目扩大、优化产业机构、实现节能降耗将会是2007年后镁冶炼行业发展的主要任务。2007年产量已近70万吨。目前的皮江法冶炼金属镁技术存在着一些影响可持续发展的深层次瓶颈问题。如浪

25、费资源、能源的利用效率低、污染环境、机械化程度低等，生产自动化控制程度度低，大部分企业的产品质量还相当不稳定，特别是si、al、mn等元素的含量波动大，这些问题防碍了我国金属镁产业的发展。中国在2006年以来，随着海绵钛工业在国内快速发展，目前，国内在建海绵钛总规模突破80000吨，07年的产量达到30000t。除遵义钛厂具有10000吨电解镁与钛配套外，现已投产的钛厂大部分只做海绵钛的还原蒸馏工序，致使还蒸副产品无水氯化镁大大过剩，因无水氯化镁处理较困难，使其市场价格已降600rmb/t，总量超过120000t（而采用传统工艺生产无水氯化镁，其成本大于2500rmb/t）。至2007年，按国

26、内新增海绵钛生产能力8万吨计，由此将有近32万吨高品质的无水氯化镁成为工业垃圾；国内仅有少数海绵钛工厂拥有全流程工艺，消耗的无水氯化镁不超过总量的40%；采用传统的电解镁工艺副产的氯气浓度仅有70%左右，无法满足钛工业的生产所需，反而可能造成严重的环境污染。同时，传统的电解镁工艺能耗较高，在能源（尤其是电力资源）匮乏的省份是无法实现的。本项目提供新型电解镁技术具有能耗低（较传统工艺降低40%）、副产氯气浓度高（96%以上，可液化）等优势。钛工业需要大量的品质稳定的电解镁作为还原剂，而皮江法镁由于si、al、mn等杂质超标难以满足海绵钛生产需要。海绵钛市场对电解镁的需求异常强劲，所有的海绵钛生产

27、厂家均经历了符合海绵钛生产需要的金属镁采购难的问题（2007年3月以来金属镁价格暴涨，与海绵钛工业的需求有直接的关系）以及副产无水氯化镁的处理问题。因此全流程的海绵钛的生产是海绵钛工业健康发展的必由之路。电解法之所以无法与皮江法抗争的原因是成本上的差异，随着国家对环保的更为严厉的措施及原煤价格的大幅上扬，以及电解新技术的采用，成本差异将会边的越来越小。1.4设计依据1.4.1 技术服务合同 项目名称：中信锦州铁合金股份有限公司年产10000吨电解镁项目委托方：中信锦州铁合金股份有限公司开发方：青海柏斯特金属科技有限公司（设计资质由项目方解决）签订日期：2008年07月23日 本项目为全流程海绵

28、钛配套的电解镁冶金工程项目，对此，在设计中采用的电解槽技术是为克劳尔（kroll）工艺生产海绵钛（镁法还原海绵钛）而设计的，是目前以氯化镁为原料生产金属镁的最佳工艺技术。该技术是目前全世界与海绵钛制造配套的最先进电解镁制造工艺技术（对此日本学术界有专门的报道）；目前仅在日本住友钛业（sumitomo）、东邦钛业(toho)及国内洛阳项目在使用。1.4.2 技术服务内容甲方计划在施工现场建设10kt/a电解镁生产线，使用乙方提供的国际先进镁电解槽生产工艺。乙方提供还蒸海绵钛生产需要的国际先进镁电解槽工艺，完成该生产工序界区内的设计并提供技术协助。产品产量：金属镁 ：10000吨/年 氯 气 ：2

29、9000吨/年1.4.3 镁电解工艺设计金属镁是海绵钛生产的还原剂，钛还原后产生的氯化镁送到镁电解槽电解出金属镁，同时电解出的氯气被送往氯化工段氯化高钛渣生产四氯化钛，如此反复循环，故镁生产系统是与钛生产系统配套设计的。本项目（10kt/a海绵钛）采用国际先进镁电解槽，镁生产部分是一套完整的电解镁系统，包括镁电解、液镁中转（缓冲）、氯化镁中转（缓冲）、氯压机室、真空泵房、氯气应急处理等部分组成。1.4.4工艺描述乙方提供的与镁法还原生产海绵钛配套的国际先进镁电解槽及技术工艺具有如下特点：（1）低能耗（平均直流电耗10,00011,200kwh/吨镁）、电能效率高。（2）电解槽运行便捷、稳定。

30、（3）电解槽寿命长：使用特种阳极并采用专门冷却工艺，阳极使用寿命大幅度延长，正常情况下可达24个月以上；（4）高弹性的作业率，可以根据上下游的生产状况与用电峰值灵活调整作业量，电解槽的电流强度调节幅度大（区间为90165ka），为获得最佳生产作业量，提供了基础； （5）产品质量高，可大幅度缩短整个海绵钛生产线的工艺流程：金属镁使用氩气保护，不氧化，其纯度可达99.95%；电解氯气纯度高（大于95%），可直接以气体形式用于四氯化钛生产工艺或用于液化。电解槽结构示意图（见附图一），电解槽规格与材料如下： 电解槽外壳规格（毫米）： 长：6000 宽：4500 高：3830 建造材料（公吨）： 碳钢：

31、 44.0 不锈钢：1.0 石墨: 60件 （三种不同规格） 耐火砖：44.0 其它耐火砖：24.0 总计：125.0 电解液构成组分： magcl2：1619% cacl2：22 28% caf2：1.5 2.0% nacl：剩余平衡量 单槽电解质总量：63.0 吨 其主要技术操作指标见表1-9：表1-9 110ka国际先进镁电解槽主要技术经济指标序号 项 目单 位指 标年 量1 镁产能 吨/槽/日均2.80 10000 2 氯气(100%cl2计) 吨/吨镁2.90 290003 电解槽运行数量开/备台 10-11/2 10/365天4 电流效率 % 80 5直流电耗 kw.h/吨镁10,

32、00011,200 7 综合电耗kw.h/吨镁11,80012,3008 槽寿命 月24 9 液镁纯度 wt % 99.9510 回收的氯气浓度 v% 9511 渣生成量 公斤/吨镁8mgo：1020% 12 电解升华物 公斤/吨镁3 13 氯化镁消耗 吨/吨镁3.95 14 氯化钠 公斤/吨镁 3 15 氟化钙 公斤/吨镁 1 16 氯化钙 公斤/吨镁3 17 石墨电极* 公斤/吨镁3.78 18 硫酸 吨/吨镁0.06 19补充新鲜水 吨/吨镁0.8 1.5 存在问题本项目设计的主要工艺流程及生产工艺参数，是国内各钛厂经过多年的生产实践，证明是成熟可行的，应该说主要生产环节和相关技术是可靠

33、的。同时，生产实践也证明，镁缓冲装置生产环节可能存在的环保问题，仍需提高和改进。1.6 厂址选择厂方提供的第一厂址，位于中信锦州铁合金股份有限公司厂区内。1.6.1 建厂条件和厂址方案1.6.1.1 建厂条件厂址的地理位置 本技改项目拟选厂址位于锦州铁合金股份有限公司厂区内，公司地处辽宁省锦州市，该市位于辽宁省西南部，东经1204312236，北纬40084208是辽西沿海城市群的中心城市。公司坐落在锦州市区西南方向15公里处的汤河子工业区。公司北靠华山，南临女儿河。该区属温带半湿润季风区，四季分明。在交通、原料、电力、供水诸方面，工厂有良好的资源和区位优势。地形地貌概况公司地处辽西走廊的平原

34、地带，地势平坦，平均海拔高度36.5米。周边10km范围内多为平原与河谷，北面多分布有杂草和林木覆盖的丘陵，公司南临女儿河河谷，河谷宽为300m左右，多为砂石和荒地。工程地质公司所在地的土壤类型，表层土为第四纪粘性土、粗砂、卵石，下层为白纪安山岩。地震烈度根据全国地震分布图划分，该地区地震基本烈度为6度，设计时按7度抗震设防。水文概况小凌河是本地区的主要河流，女儿河是其支流之一，小坝沟是小凌河的支流。小坝沟的功能主要是承担汤河子工业区企业的排污。地下水为第四系沙跞石孔隙水，属气候型。地下水位的升降与大气降水的多少有关。总的特点是春季无雨或少雨，地下水位缓慢下降，4月份达最低点。多雨的7、8月份

35、水位急剧上升到最高值，增长幅度一般大于2m。本地区的地下水位一般在地下4.25m，含水层厚大于4m。冬季地下水温为69，夏季地下水温为1114，变化幅度在57。地下水流向与女儿河一致，自西向东。地下水有腐蚀性。气象条件气温：年平均气温9.4绝对最高气温37.7绝对最低气温-24.7夏季室外湿球计算温度25.4采暖天数：142天（小于5）冻土层厚度：1.1 m湿度：年平均湿度:57%最大湿度：80%（8月）降水：年平均降水量：534.5mm年最大降水量：713.1 mm日最大降水量：108.5 mm雪：全年降雪日79天，积雪厚度一般小于50 mm，最大积雪厚度为230 mm。风：年平均风速：3.

36、9m/s历年最大风速：28 m/s夏季主导风向：南、西南全年主导风向：北气压：冬季大气压力：101.72kpa夏季大气压力：99.72 kpa地震烈度：6度海拔高度：3254 m无霜期为：142220天2 镁工艺2.1镁生产系统产品与规模镁钛联合工艺生产过程中生产10000t/a海绵钛，需要金属镁10915.6 t/a，还蒸车间年返给镁生产系统氯化镁42691.14t。镁电解槽升华物带走mgc12，氯化镁中转炉（缓冲炉）渣、液镁中转炉（缓冲炉）渣带走mgc12和液镁缓冲炉所需静置剂需要mgc12，总共年损失mgc12 250.82 吨。还蒸工序升华及机械损失80吨。全年用于电解的mgc12量：

37、42691.14 250.82 8042440.32 t/a2.2 镁电解工艺原理、流程简介和电解槽技术说明 本项目提供的国际先进镁电解槽及工艺技术是与镁法还原工艺制造海绵钛生产线配套的最佳的镁电解工艺。在镁法海绵钛制造工艺中，镁是钛生产主要原料之一。熔融镁作为还原剂与四氯化钛反应生成海绵钛，同时还原反应产出熔融态氯化镁。氯化镁需要经电解工艺产出镁和氯气，镁以液镁形态返回到海绵钛还原工序作为还原剂，氯气返回氯化工序作为原料制备四氯化钛。因此电解是镁法海绵钛生产工艺中原料循环使用的重要工艺环节。镁电解车间是镁法海绵钛生产的重要组成部分。 镁电解的基本原理是通过直流电解氯化镁，属于熔体电化学范畴，

38、其电化学的反应式如下： mgcl2 mg + cl2上述电化学反应发生在镁电解槽的阴阳极之间。电解槽是由耐火材料砌筑的反应容器，主要部件包括槽壳体（钢壳内衬耐火材料）、阳极（特碳石墨材料）、阴极（碳钢材料）、槽盖（碳钢内衬耐火材料）、双电极组成，与导电母线联结。 电解槽的制造和安装要求高度密闭性，以防止空气进入导致镁氧化和氯气稀释。工厂交流电源通过专门设计的整流变压设备转变成直流电解电源，通过导电母线在电解车间形成回路系统。直流变压系统要求电流稳定并可以连续调节。电解槽通过母线以串联方式接入此回路系统。直流电源一方面提供分解电压所需电能，同时电流在阴阳极之间的电阻发热提供保持电解质熔融状态所需

39、的热能。 电解质由氯化镁、氯化钠、氯化钙及氟化钙组成。在阴、阳极间电势能的作用下，氯化镁被电解为镁离子和氯离子，分别聚积在阴极区和阳极区。镁离子在阴极获得2个电子变为金属镁。由于其质量比电解液质量轻而上浮到电解液顶部进入到电解槽内的集镁室，定期通过真空被抽吸到电解槽外的镁抬包或缓冲罐装置，供进一步使用。电解产生的氯离子在阳极区失去电子，与另一个氯离子结合生成氯气，顺着阳极上升到电解液表面通过管道被氯气压缩机所提供的负压抽吸到氯气总管。经过除尘和脱水装置去除其中的氯尘和水份，氯气被氯压机压缩后直接送往下游氯气应用工序，或被送往液化系统进行液化处理，进入液氯储罐系统。 本项目技术服务方提供的工艺流

40、程简要描述如下：厂区电源经过整流后变为直流接入电解回路系统；电解回路母线为铝质材料制作。电流强度在90k a与165ka之间，可通过自动控制系统对根据整个电解生产线综合各个电解槽的运行状况确定每个运行阶段的具体电流强度，以取得最优化的电解效率。每个电解槽的电压约在912.65v之间。电解质由氯化钠、氯化钙、氟化钙按照一定的比例与氯化镁共同构成；电解过程会消耗少量的电解质组分需要每天进行补充，方法是把需要补充的组分加入到氯化镁抬包中与氯化镁一并加入。电解过程要求保持电解质液位稳定，通过自动控制系统和特殊的液位调节工艺装置不断地对液位进行调整，尤其是在因抽取液镁和加料等液位有较大液位时，使得电解液

41、始终保持在不超过30mm的浮动区间。电解过程需要电解质保持适中且稳定的温度；同时要避免过高温度，以减少镁氧化和增加电耗；通过电解槽内部的加热装置和冷却装置，由自动系统精确控制电解质温度保持在6552。海绵钛还蒸车间排出的氯化镁通过抬包容器，抬包运送车或天车被送至氯化镁中转炉或电解槽，经过设置在电解槽槽盖上部的加料口加入到电解槽中，每日加入46次；氯化镁电解后生成镁和氯气。镁上升到电解液上面，聚积在电解槽中的集镁室，定期使用真空抬包将其从电解槽中抽取出来，用电动运送车或天车运送并加入到液镁保温缓冲炉或还蒸工序。电解后产生的氯气在氯压机（0.3mpa压力）的抽吸作用下，从各个电解槽被汇集到氯气总管

42、，通过袋滤器除尘后，再经过硫酸洗涤塔除尘和脱水；然后经过氯压机压缩后送往四氯化钛车间的氯化工序；余量部分或氯化工序停工时则可送往氯气液化系统，在螺杆压缩机进一步压缩后，经过氟利昂或氨冷系统冷却为液态，进入液氯储罐系统。液氯可经过气化系统变为气态氯为四氯化钛氯化系统提供补充氯气，必要时也可以通过包装系统对外销售；电解产生的电解升华物会有部分随着氯气被带入氯气总管，需要定期倒换氯气总管以进行机械清理；氯压机使用的98浓度的硫酸会逐步降低浓度，在达到93浓度之前需要更换；更换下的硫酸可添加到硫酸除尘洗涤塔继续使用，硫酸除尘洗涤塔中被更换出来后的硫酸经过沉降后，澄清部分与新硫酸混合后继续返回硫酸除尘洗

43、涤塔使用，除渣部分的废硫酸则作为制作农业肥料的副产品销售；从氯气总管清理出的氯化升华物和袋滤器滤出的氯化升华物被石灰中和处理变成无害物后送入废渣场。电解槽在达到约24个月的运行周期后，由于阳极消耗和除渣积累的缘故， 导致电解能力和效率下降，需要退出运行进行整体维修。停槽时对电解质和沉积在电解槽底的废渣进行分离处理，回收大部分电解质继续使用；对日常沉积在电解槽内的废渣一次性清理。废渣的主要成分为氧化镁和电解质的混合物，经过石灰混合中和处理后，送入废渣场。 在上述电解镁工艺过程中，国际先进镁电解槽是核心设备。镁电解技术的水平主要取决于镁电解槽的技术装备水平。体现电解槽技术水平的主要技术指标是单位产

44、品能耗低、单槽产能大、产品回收率高、产品质量好及环保指标好。国际上镁电解槽的设计是朝着大型槽、大电流方向发展，并且在槽型结构上不断优化改进。电解槽按照结构可分为有隔板与无隔板的。有隔板电解槽由于密闭性差、氯气回收率低、和氯气浓度低已在国际上被淘汰。目前国际上有代表性的镁电解槽按照阴阳极的结构分为单极槽（有隔板槽与无隔板槽）与多极槽。多极槽是指在阳极与阴极之间还增加数个双电极，以增加电解面积和提高电能效率。与单极槽相比，国际先进的镁多极电解槽具有更高的电效率、单槽（同等大小）产出率、设备利用率和产品质量等优点。2.3 国际先进镁电解槽与其他槽型的比较2.3.1 结构比较无隔板电解槽的产量是通过增

45、加阴阳极的数目来实现的；国际先进的多极镁电解槽的产量是在阴阳极之间通过增加双电极来实现的；无隔板电解槽的阴极无导镁系统，电解出的液态镁仅仅依靠电解质的循环进入集镁室，液态镁在电解室停留时间较长，镁的二次反应加大；国际先进镁电解槽的阴极有非常科学的导镁系统，电解出的液态镁能快速进入集镁室，最大程度的降低了镁的二次反应；隔板电解槽电解室与集镁室之间的隔板为尺寸较薄的耐火砖拼装而成，悬在电解槽的隔墙上，电解质的剧烈循环使隔板破损严重，一般隔板的周期10个月之内，就会出现局部破损，造成氯气泄露，镁与氯的分离难度增大，镁的二次反应急剧增加，生产环境恶劣；国际先进镁电解槽电解室与集镁室之间为一结构合理的使

46、用特殊耐火材料的隔墙，加之科学的阴极导镁系统，最大可能的降低了电解质对隔墙的冲刷，保证了电解室与集镁室之间的合理分隔；无隔板电解槽的阴极室只有简单的密封盖（铁盖铸镁），在实际运行中无法实现与空气的隔离，液态镁的氧化反应剧烈（抚顺铝厂、民和镁厂、遵义钛厂、包头202厂情况都是如此）。在系统配置中不得已采用阴极排气，为此需配置相应的环保设施（有120米烟囱）；多极镁电解槽的阴极大盖是一完整的合理的耐火材料制品，对集镁室是完全密封的，除留有加料口、检测孔、其他设备的安装孔外，其余全部密封，在电解槽运行期间集镁室采用氩气对液镁进行有效的保护，最大程度的降低了镁的氧化损失，无阴极废气排出，无需配置相应的

47、环保设施（无烟囱）。无隔板电解槽内部除有阴阳极外，没有任何可以控制电解槽的装置；多极电解槽除阴阳极、双电极外，安装了有效控制电解槽的一系列装置（电解槽运行期间良好的自身热平衡调节装置、电解质液位调整装置）。2.3.2 电解槽内部控制系统比较无隔板电解槽本身没有任何控制电解槽的装置，电解槽的温度控制的唯一手段是系列电流强度，对于单槽出现故障无控制的手段与装置；多极电解槽自身有完整的交流加热系统、热交换系统、电解质液位的控制系统，对于单槽出现故障均可实现有效控制。占地面积比较,建设数量不同，以产能为年产10000吨电解镁为例。110ka无隔板电解槽需要建设38台电解槽；多极电解槽仅需建设11台电解

48、槽。(以上均不考虑备用槽)。多极电解技术工艺具有如下特点：（1）低能耗（平均直流电耗10,00011,200kwh/吨镁）、电能效率高。（2）电解槽运行便捷、稳定。为了降低能耗，提高电效，电解槽温度采用了低温精确控制工艺，通过特殊的温控装置保持电解液温度在电解槽升降温度自如控制，可始终保持恒定6552低温稳定运行。采用先进的加料+出镁联合工艺，在出镁期间只需将槽温精确提高10，即可顺利完成岀镁并保证液镁在运输过程中有足够热量储备。温度波动小，可保证电解槽在加料、岀镁操作完成后10分钟内将槽温降低至正常槽温（电解温度制度将在操作手册中提供）；电解槽在正常运行期间无需除渣，充分保证电解槽连续运行；

49、熔盐挥发量小，氯气管路不易堵塞、负压稳定；精确控制反应室液面高度，导镁系统结构科学，可保证液体镁随电解质 循环完全进入集镁室，最大限度降低二次反应程度，从而保证电解槽运行期间良好的自身热平衡调节能力；设备（标准设备、非标设备）可靠性高，备品备件消耗少，绝大部分设备只需在电解槽大修时视情况统一更换或继续使用；电解槽有专门加热系统，在下游工序（如氯化工段）出现故障时电解槽可无限期停直流电且对再次快速投入运行无任何影响；电解质成分波动小且易于调整；良好的运行、作业环境/条件：电解槽完全密封，电解车间无氯气泄露，无废气排放，热辐射小，电解车间干燥洁净；熔盐挥发量小，氯气管路系统只需定期用干燥压缩空气集

50、中清灰；操作劳动强度小，电解槽运行期间主要只是利用真空抬包定时加料、岀镁；单槽产能大（根据不同运行电流，当电解槽处于最佳运行期间日产镁量在2.853.28吨之间，是乌克兰电解槽及国内槽型产能的3倍以上）。 建设成本低，10台电解槽即可与10kt/a海绵钛生产线配套（备用槽由最终使用方确认），可比乌克兰电解技术或国内技术在同等容量情况下，节省14-15 台电解槽，建设成本至少可降低3540%； 电解槽寿命长：使用特种阳极并采用专门冷却工艺，阳极使用寿命大幅度延长，正常情况下可达24个月以上；高性能的作业率，可以根据上下游的生产状况与用电峰值灵活调整作业量； 质量高，可大幅度缩短整个海绵钛生产线的

51、工艺流程：金属镁使用氩气保护，不氧化，其纯度可达99.95%；电解氯气纯度高（大于95%），可直接以气体形式用于四氯化钛生产工艺或用于液化。（3）电解槽寿命长：使用特种阳极并采用专门冷却工艺，阳极使用寿命大幅度延长，正常情况下可达24个月以上；（4）高弹性的作业率，可以根据上下游的生产状况与用电峰值灵活调整作业量，电解槽的电流强度调节幅度大（区间为90165ka），为获得最佳生产作业量，提供了基础； （5）产品质量高，可大幅度缩短整个海绵钛生产线的工艺流程：金属镁使用氩气保护，不氧化，其纯度可达99.95%；电解氯气纯度高（大于95%），可直接以气体形式用于四氯化钛生产工艺或用于液化。表2-1

52、是国际上有代表性的镁电解工艺技术主要性能指标比较：表2-1 传统单极槽与多极槽槽指标比较 槽型项目 使用 厂家传统电解槽（单极电解槽）多极电解槽住友钛业住友钛业东邦钛业住友钛业东邦钛业电解槽容量与槽型40ka80ka100ka110ka120ka槽电流（ka）4080951001103 1203槽电压（v）7.35.74.75.210.51011电流密度（a/cm3）1.20.80.55电解温度（）675685660670680700652665670电流效率（%）9093809075807580电能效率（%）3241405055595658单位用电量（kwh/kg）17.513.9149.8

53、911生产量（t/yearcell）14029035010001000表2-2其它相关槽型与多极槽的比较电解槽型前苏联国家无隔板单极电解槽国内现有极电解槽型*1挪威海德鲁单极电解槽型日本多极槽型老槽型新槽型电流强度(ka)105170105250-30090165直流电耗 (kwh/t.mg)140001350015000128001400010000单槽产能 (t.mg/d)1.11.51.0-2.94.3氯气回收率 (t/t.mg)2.82.82.60-2.9回收氯气浓度(%)8089709095电解镁纯度（wt%）99.999.999.9-99.95电解槽寿命(月)2020-2412-2

54、4*1：从表2-1、2-2中可以看出传统的单极槽与现代的多极槽的区别电解槽：电解来自钛还原蒸馏车间的氯化镁。国际先进的镁电解槽有电解室和集镁室两部分组成。钢阴极、石墨阳极、交流加热电极、双电极位于电解室，mgcl2在电解室电解成mg 和cl2。氯气（cl2）汇集到电解室上部空间由氯气支管排出，经氯压机送至四氯化钛生产车间。镁（mg）在阴极汇集通过阴极导镁槽迅速离开电解室汇集到集镁室，受到氩气保护。定时用真空抬包抽取出来，天车吊运至镁中转炉或经抬包运输车辆直接运至钛还原蒸馏工序。交流加热电极、液下罐、热交换器等安装于集镁室中。在电解槽生产过程中，由于采用国际先进镁电解槽，避免了电解质的水解反应以及液态镁的氧化反应，同时使液态镁的二次反应达到最小化，因此在整个电解槽的使用周期中，无须出渣。