Российский рынок диоксида титана: реалии и перспективы. Мировой рынок диоксида титана
Производство титана в России
Титану приказано выжить за счет западных инвестиций
Титановая промышленность России, которая после распада Союза и реализации конверсионных программ осталась и без сырья, и без потребителей, пытается решить свои проблемы. Иногда самостоятельно, иногда с помощью правительства. Недавно Виктор Черномырдин подписал распоряжение #892-р о комплексе неотложных мер по сохранению и развитию титанового производства в России в рамках целевой федеральной программы (1993-2002 годы). В этом документе акцент делается на привлечение иностранных инвестиций под государственные гарантии правительства России. Ъ анализирует ситуацию в титановой промышленности России.
История развития отрасли
В 1960-1990 годах в СССР была создана крупнейшая в мире титановая индустрия. К началу 90-х годов объем производства титана и его сплавов в Союзе превышал общий уровень производства США, Японии, Англии, Германии, Франции и Китая. Титановая промышленность бывшего СССР проектировалась в масштабах всего союзного народно-хозяйственного комплекса. Добыча и обогащение титансодержащих руд сосредоточены на Украине, производство лигатур осуществляется на Украине и в Таджикистане. 40% производства титановой губки приходится на Россию (Березняковский титано-магниевый комбинат, ныне АО "АВИСМА"), 40% — на Казахстан (Усть-Каменогорский титано-магниевый комбинат) и 20% — на Украину (Запорожский комбинат). Титановые слитки и полуфабрикаты производились в основном в России на Верхнесалдинском металлургическом производственном объединении (ВСМПО), Белокалитвинском, Ступинском и других предприятиях. На базовом предприятии отрасли — ВСМПО — в 1989 году было произведено 105 тыс. тонн продукции. Основным потребителем металла в СССР была оборонная промышленность — авиа- и ракетостроение, космическое машиностроение и судостроение. Еще в начале 90-х годов до 75-78% продукции ВСМПО приходилось на нужды оборонного и авиакосмического комплекса.
После распада СССР Россия — основной потребитель титана и его сплавов (на ее долю приходилось 72,5% потребления СССР) — осталась практически без собственных источников титанового сырья. Сегодня титановая промышленность России представлена двумя основными предприятиями — АО "АВИСМА" (производство титановой губки) и ВСМПО (слитки, сплавы и полуфабрикаты). Сложная ситуация усугубилась тем, что в странах СНГ (на Украине и в Таджикистане) приступили к разработке собственных программ по развитию титановой промышленности. Поэтому поставки титансодержащего сырья, концентратов и титановой губки в Россию неуклонно сокращались. Единственный же производитель титановой губки в России Березняковский комбинат, который получает сырье с Украины, в состоянии "закрыть" лишь около 40% перспективных потребностей. В 1994 году выпуск титановой губки в России составил немногим более 30% от уровня 1989 года.
С началом конверсии потребление титана и его сплавов значительно сократилось. В 1994 году спрос на металл основных гражданских отраслей-потребителей по сравнению с 1989 годом только в авиакосмическом комплексе снизился на 50%. Авиационный сектор, некогда занимавший 55% в структуре продаж ВСМПО, сократился до 10-15%. Как следствие к концу 1994 года объемы производства упали до 18-20% от уровня 1989-1990 годов. ВСМПО произвело всего 17 тыс. тонн титановой продукции. Руководство предприятия выражает серьезную обеспокоенность сокращением сырьевой базы. К тому же отношения двух российских предприятий титановой промышленности, завязанных в одну технологическую цепочку, довольно сложные. АО "АВИСМА" поставляет на ВСМПО титановую губку для дальнейшей переработки, однако сегодня эта схема дает сбой — АВИСМА хочет продавать свою продукцию за деньги (желательно по предоплате), а ВСМПО не всегда может выполнить эти условия.
В последние год-два около 40% своей продукции АО "АВИСМА" поставляет на экспорт. ВСМПО приходится использовать другие возможности получения сырья, например нереализованные остатки. Дело в том, что титановая продукция имела стратегическое значение и поэтому запасы ее накапливались в госрезерве. В последние годы эти резервы распродавались, в том числе и на ВСМПО. Правда, запасы госрезерва небезграничны.
В России продукция есть — рынка нет
Проблемы титановой промышленности России довольно типичны для многих отраслей: нет сырья и нет рынка сбыта. Следует отметить, что предприятия самостоятельно занимаются маркетингом своей продукции и вполне в этом преуспели. АО "АВИСМА" экспортирует почти половину своей продукции. Сокращение внутреннего рынка заставило и ВСМПО сосредоточить усилия на развитии экспортных программ. Структура российского экспорта титановой продукции значительно отличается от структуры экспорта развитых стран. В США и Японии около 80% внешних поставок приходится на готовую продукцию (товары глубокой переработки), а в России 80% составляют полуфабрикаты (слитки, слябы и биллетсы) и только 20% — трубы, листы, плиты, прутки. Тем не менее в 1994 году ВСМПО удалось отправить на экспорт 3800 тонн титановой продукции (в два раза больше, чем в 1993 году) и занять третье место после США и Японии. Список потребителей расширился до 33 фирм из США, Японии и Европы. В 1992 году доля экспорта в общем объеме продаж ВСМПО составляла 12% ($2 млн), в 1994 году — 35% ($58 млн), а в 1995 году она должна возрасти до 60-65% ($100 млн).
ВСМПО уделяет огромное внимание сертификации изделий. Как образно выразился директор по качеству и сертификации ВСМПО Анатолий Строшков, сертификат на продукцию — это ключ к двери в помещение, где находится рынок. Еще в 1991 году на предприятии стали создавать систему обеспечения качества, отвечающую требованиям международных стандартов. К настоящему времени ВСМПО сертифицировало некоторые виды продукции. Например, продукция для судостроения сертифицирована фирмой Lloyds Register Surveyor (Великобритания). Главное назначение титана — аэрокосмическая индустрия, поэтому основная работа по сертификации ведется именно в производстве изделий для этой области. Здесь система сертификации несколько отличается от других — она проводится потребителем. ВСМПО работает сразу с тремя ведущими производителями авиадвигателей в мире — Rolls Royce, General Electric и Pratt & Whitney. Rolls Royce после длительной процедуры сертификации продукции ВСМПО сделала предварительный заказ на поставку двух тонн титанового прутка диаметром 30 мм под штамповку лопаток компрессоров авиадвигателей. По мнению менеджеров компании General Electric Aircraft Engines, которая уже завершила сертификацию и тоже сделала заказ на поставку прутков под штамповку лопаток, ВСМПО "отвечает тем жестким требованиям, которые компания предъявляет к сотрудничающим с нами фирмам, и мы рады причислить его к кругу наших международных поставщиков". Имеет ВСМПО договоренность о проведении такой работы и с американской фирмой Pratt & Whitney, благодаря которой ВСМПО сможет стать поставщиком для 90% рынка газотурбинных авиационных двигателей в мире.
Верхнесалдинское объединение через иностранных субпоставщиков продает Boeing титановые слитки. Переговоры о начале прямых поставок идут. Правда, Boeing очень долго рассматривает вопросы, связанные со сменой поставщиков. Поэтому в ближайшее время вряд ли будут приняты какие-нибудь решения. Намерение Boeing использовать больше титана в конструкциях своих самолетов позволит ВСМПО увеличить объемы поставок титановых слитков, слябов и заготовок через субпоставщиков американской корпорации. Кроме того, ожидается, что в ближайшее время Boeing проведет сертификацию титановых полуфабрикатов, полученных непосредственно от ВСМПО. Работает объединение и с европейскими производителями самолетов, прежде всего с фирмой Airbus Industrie, выпускающей аэробусы серии А-300. Наличие сертификатов дало основание ВСМПО требовать от заказчиков платить за продукцию по мировым расценкам. В большинстве случаев западные покупатели с этим соглашаются.
Титановые предприятия ищут выход из кризиса
Титановая промышленность России встала перед необходимостью создания собственной сырьевой базы, вовлечения в эксплуатацию новых месторождений. Сырьевая проблема весьма серьезна, и решить ее предприятия самостоятельно просто не в силах. С 1992 года руководство ВСМПО самостоятельно и через областную администрацию обращалось в федеральные органы власти с просьбой о помощи промышленности, имеющей стратегическое значение для народно-хозяйственного комплекса России. В 1992 году федеральное правительство приняло комплексную программу развития производства титана в России. Она направлена на решение вопросов обеспечения титановой промышленности России собственным сырьем, повышения качества проката и заготовок до уровня мировых стандартов, создания условий для более экономного использования металла на всех переделах, обеспечения всех отраслей народного хозяйства полуфабрикатами и заготовками в полном объеме.
Объем инвестиций для реализации предусмотренных программой мероприятий в ценах 1991 года оценивается в 3,7209 млрд руб. Мероприятия по реконструкции и техническому перевооружению производства слитков, заготовок и полуфабрикатов из титановых сплавов должны были быть реализованы за счет кредита, погашаемого ежегодными отчислениями из собственных средств (до 73% чистой прибыли) предприятий, участвующих в реализации программы. Часть кредита в виде валютных средств в размере $161 млн (с учетом 15% импортной пошлины от контрактной стоимости) намечалось направить на приобретение импортного металлургического оборудования для обеспечения производства высококачественного проката из титановых сплавов на уровне требований мировых стандартов. Однако программа не выполняется. Во многом это объясняется тем, что львиную долю средств предполагалось получить из государственного бюджета (2,9524 млрд руб. — 79,35%). Остальную часть (0,7685 млрд руб. — 20,65%) — за счет кредитов государственного банка.
Попытки реализации федеральной программы наглядно продемонстрировали, что на государственное финансирование надеяться бессмысленно. Государство пытается внедрить в сознание промышленников, что инвестиции они могут привлечь, размещая свои акции на открытом рынке. Однако на ВСМПО, как, впрочем, и на многих других предприятиях, директорат боится потерять контроль над управлением предприятием и не верит в серьезность намерений стратегических инвесторов. Во время приватизации дирекция ВСМПО не позволила скупить акции сторонними инвесторам (самый крупный из них имеет не более 6%), ни один из них не прошел в совет директоров. Во избежание скупки акций у работников предприятия на объединении было создано АОЗТ "Союз "Верхняя Салда"", куда трудовой коллектив вошел почти в полном составе. Однако АО "АВИСМА" ведет себя по-другому — крупным пакетом его акций владеет банк "Менатеп". По имеющимся сведениям, "Менатеп" вместе с предприятием разработал инвестиционную программу. Однако на сегодняшний день она практически не реализуется. По некоторым сведениям, это происходит из-за того, что "Менатеп" стремится получить дополнительные гарантии возврата вложенных средств.
На ВСМПО же с редким упорством ждут государственной поддержки в рамках целевой программы. Для расширения сортамента, повышения качества титановой продукции и ее конкурентоспособности на мировом рынке требуются инвестиции — $65 млн на реконструкцию и $108 млн на модернизацию, внедрение новых технологий. Скажем, доля контрольно-испытательного оборудования в стоимости активной части основных фондов составляет всего 0,6%, хотя в соответствии с мировым стандартом требуется 5-6%.
В результате регулярных командировок в столицу представители созданной в Верхней Салде ассоциации "Титан" добились от федерального правительства определенных решений. По распоряжению премьера Виктора Черномырдина правительство признало необходимым привлечь иностранный инвестиционный кредит в объеме $65 млн под свою гарантию для технического перевооружения Верхнесалдинского металлургического производственного объединения. Кроме того, Роскомметаллургии с участием Минфина РФ, Внешэкономбанка и ВСМПО поручено провести переговоры с иностранными кредиторами о привлечении в 1995-1996 годах кредита в объеме $100 млн. Он будет использован на условиях проектного финансирования для увеличения экспортных поставок титановой продукции более глубокой переработки. Одновременно Минэкономики РФ, Минфин РФ и Роскомметаллургии обязаны в 1995 году выделить ассигнования из федерального бюджета ВСМПО и АО "АВИСМА" на содержание мобилизационных мощностей. В 1995 году будут проведены переговоры с соответствующими организациями Казахстана и Украины о подготовке проектов долгосрочных межправительственных соглашений о сотрудничестве в области титановой промышленности, в том числе по созданию межгосударственных финансово-промышленных групп.
ВИКТОР Ъ-СМИРНОВ, ПЕТР Ъ-ИВАНОВ
Грядущая корпоратизация (и возможная приватизация) Крымского Титана у многих ставит вопрос – кому из ТНК она нужна. Изменения последних лет на мировом рынке позволяют сделать ряд предположений.
Сегодня и вчера мирового титанового рынка
По данным «ХимТрейдинг Групп», сейчас почти половина мирового производства сконцентрирована в США и Китае (рис. 1). Заметными игроками выступают крупнейшие экономики мира – Германия, Япония, Великобритания, а также такие крупные сырьевые поставщики, как Австралия и Мексика. Доля СНГ и Восточной Европы мала, и следует учесть, что львиная доля их производства находится именно в Украине.
Следует отметить кардинальные перемены на мировом рынке за последнюю пятилетку. Накануне кризиса основную массу производства титандвуокиси обеспечивали США и страны ЕС, а также Япония (рис. 1Б). Рынок контролировался десятком крупнейших корпораций западных стран. Доля ЕС и Японии, судя по статистике последних лет, упала в несколько раз, и теперь доля ведущих продуцентов (Германия и Британия) с Японией (в сумме порядка 17%) в 1,5 раза меньше, чем доля одних стран ЕС в 2007 г. (36%). Примерно на треть снизилась за пятилетку и доля США. Зато Китай, который вообще не присутствовал в мировых рейтингах до кризиса, сейчас почти догнал США. На диаграмме производителей появились новые регионы – Мексика, Сингапур, Тайвань.
Тем не менее, контроль над мировым рынком все еще находится в цепких руках крупнейших западных транскорпораций. Они давно потеряли национальность, но по традиции иногда все еще условно делятся на «американские», «британские» и т.д.
США являются крупнейшим экспортером в мире, обеспечивая высокое качество пигментной двуокиси. Но и Германия имеет прочные позиции на рынке. Учитывая, что Китай занят разработкой своих месторождений, можно предположить, что украинским «Крымским Титаном» заинтересовались корпорации США или Германии, а также Великобритании.
Украина: грядет передел?
По данным Института геологии НАНУ, Украина располагает колоссальными запасами, а именно 20% мировых запасов титановых руд в пересчете на чистый титан. Во времена СССР Украина обеспечивала поставки 90 % титаносодержащих руд для нужд титановой промышленности Союза. При СССР тут были построены «Запорожский Титаномагниевый Комбинат ЗТМК», «Крымский Титан», «Сумыхимпром». После распада СССР «ЗТМК» простоял пять лет, другие титановые предприятия сократили объемы производства в несколько раз. В итоге Россия, импортируя титановую руду из Украины, стала крупнейшим поставщиком титана на мировой рынок. Объединение двух российских титановых предприятий – «ВСМПО» и «Ависмы» – и масштабные инвестиции в технологии позволили наладить выпуск титановой губки и более дорогих продуктов (титанового проката, авиадеталей).
Нетрудно понять, почему транскорпорации интересуются мощностями украинских титановых предприятий. Контроль над украинским титаном – это контроль одновременно и над соответствующим российским рынком. Действительно, доля Украины в структуре импорта титандвуокиси в РФ (которая импортозависима по этому продукту) составляет на 40 и более процентов (табл. 1). Можно заметить, что в российском импорте-2011 резко (втрое) выросла доля Китая (единственная страна с избытком мощностей, табл. 2) и вдвое – доля Финляндии. Это произошло за счет снижения поставок не только из Украины, но и из США, Германии и Бельгии. То есть в 2011 г. доля традиционных поставщиков в РФ несколько упала, но не так сильно, чтоб сомневаться в сохранении колоссального влияния украинского экспорта в РФ.
Украинские предприятия титановой отрасли сегодня
Сейчас в Украине мощности по производству двуокиси титана имеют два мега-предприятия – «Крымский Титан» и «Сумыхимпром». Это – очень влиятельные в мире предприятия. Только «Крымский Титан» – крупнейший производитель диоксида титана в Восточной Европе, которому принадлежат 2% мирового рынка двуокиси титана пигментного. По данным табл. 1, это – немногим менее половины всей двуокиси, производимой в СНГ и Восточной Европе (5,5%, табл. 1). Его продукция пользуется неизменным спросом на рынках в 53 странах мира, среди которых лидируют: Россия, Китай, Южная Корея, Тайвань, Сингапур – азиатский регион; Турция, Италия, Германия, Иран, Бразилия, Канада и Мексика. Как подчеркивают в самой компании, для потенциальных кредиторов стабильное качество и конкурентоспособные являются существенным фактором для потребителей из Ближнего и Дальнего зарубежья. По данным RBN, доля «Крымского Титана» на российском рынке двуокиси титана – около 30%.
В последние годы оба титановых предприятия стали объектом повышенного внимания крупных финансовых структур. Например, в 2006 г. «оранжевое» правительство формировало ГАК «Титан Украины», в состав которого должны войти «Сумыхимпром», «Запорожский титано-магниевый комбинат» (ЗТМК), а также «Вольногорский» и «Иршанский ГОКи». Даже не скрывалось, что такая национализация делается для последующей передачи ГАК в пользу российской группы «Ренова». Позже ГК «Ренова» лоббировала приватизацию «Сумыхимпрома» вместе с «ЗТМК». Однако после выборов эта идея сошла на «нет», а сейчас титановыми мощностями вновь заинтересовалась компания OSTCHEM, входящая в Group DF /5/.
«Сумыхимпром», госпредприятие с 5000 работников, в кризис объявил дефолт, отказавшись оплачивать долги в сумме до 1,2 мрлд грн, из которых 0,5 млрд – кредиты сразу от 15-ти банков. Согласно данным «Экономической правды», до 2009-2010 гг вокруг завода работали частные трейдеры, вымывая его прибыль. В 2010 объемы реализации «Сумыхимпрома» росли, однако прибыли не было. Банки же выдавали кредиты именно государственному предприятию, а не трейдерам, в явном расчете на гарантии от госпредприятия (контролируемой Министерством промполитики).
Действительно, правительство разработало план деятельности ОАО «Сумыхимпром» с инвестпрограммой до 2015 г, но никакого погашения долгов перед коммерческими учреждениями не предусмотрено. Как, впрочем, и процедуры банкротства. Учитывая, что банки ситуацию комментировать отказались, похоже, что на этот раз банковские структуры остаются ни с чем. А «Сумыхимпром» продолжит эффективно работать и модернизироваться, что давно пора: износ превышает 80%.
Касательно «Крымского Титана», сейчас разрешена его корпоратизация, но прямой приватизации пока ход не дан. Верховная рада Украины разрешила корпоратизацию государственной акционерной компании «Титан», сохранив при этом запрет на приватизацию предприятия.
2010 год Крымский Титан закончил с убытком порядка 17 млн грн, но привлекает кредиты для модернизации. Объявлен тендер на привлечение трех кредитных линий общей суммой 480 млн грн.
Впрочем, сейчас раздаются голоса, предостерегающие от чисто сырьевой политики в сфере производства титанокиси. Так, завотделом полезных ископаемых Института геологических наук НАНУ (Л.Галецкий) в интервью компании RBN сказал, что Украина рискует потерять титановую промышленность в ближайшие десятилетия, если не будет вкладывать инвестиции в развитие новых месторождений титановых руд и производство продукции с более высокой добавленной стоимостью. В интервью агентству УНИАН он сказал, что Украина может экспортировать титановый прокат, который в 20 раз дороже руды и в 5 раз дороже титановой губки.
Представители инвесткомпаний считают корпоратизацию и дальнейшую приватизацию титановых госпредприятий крайне желательной. Так, директор аналитического департамента инвестиционной компании Dragon Capital (А.Беспятов) отметил, что государство не является эффективным собственником объектов, а в последние годы титановой отрасли не уделялось должного внимания. В случае корпоратизации, а потом успешной приватизации можно повысить эффективность, нарастить производство титановой руды и улучшить финансовые показатели.
Руководство «Крымского Титана» также вроде бы довольно грядущей корпортизацией. Председатель правления холдинга «Титан» Украины (управляет «Сумыхимпромом», ГАК «Титан» и «ЗТМК») Александр Нечаев заявил, что исключение четырех предприятий титановой отрасли из списка запрещенных к приватизации упростит процесс привлечения частного капитала. Планируются частные инвестиции в сумме $1,5 млрд в течение трех лет. Это позволит нарастить производство титановой губки на «ЗТМК» с нынешних 8 тыс. т до 30 тыс. т, а в перспективе до 40 тыс. т. «Сумыхимпром» сможет увеличить производство минудобрений более чем в два раза, до 1 млн т, а двуокиси титана – в три раза, до 160 тыс. т. Все предприятия «Титана Украины» должны быть обеспечены сырьем украинских ГОКов.
Дмитрий Старокадомский
Титан отличается высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью (Тпл = 1660 °С) и малой плотностью (4,51 г/см 3)
. Его применяют как конструкционный материал
в самолетостроении, а также при постройке сосудов, предназначенных для транспортирования концентрированной азотной и разбавленной серной кислот.
Применяют также диоксид TiO 2 для производства титановых белил и эмали. Наиболее распространенным сырьем для производства титана и диоксида Ti служит ильменитовый концентрат, выделяемый при обогащении титаномагнетитовых железных руд, в котором содержится, %: 40-60 TiO 2 , ~30 FeO, ~20 Fe 2 O 3 и 5-7 пустой породы (CaO, MgO, Al 2 O 3 , SiO 2), причем титан в виде минерала ильменита FeO TiO 2 .
Технологический процесс производства титана из ильменитового концентрата состоит из следующих основных стадий:
- получение титанового шлака восстановительной плавкой,
- получение тетрахлорида титана хлорированием титановых шлаков,
- производство титана (губки, порошка) восстановлением из тетрахлорида.
Восстановительная плавка ильменитового концентрата имеет целью перевести TiO 2 в шлак и отделить оксиды железа путем их восстановления
. Плавку проводят в электро дуговых печах. Сначала загружают концентрат и восстановитель (кокс, антрацит), их нагревают до ~ 1650 °С. Основной реакцией является: FeO TiO 2 + С = Fe + TiO 2 + CO. Из восстановленного и науглероживающегося железа образуется чугун, а оксид титана переходит в шлак, который содержит 82-90% TiO 2 .
Получение тетрахлорида титана TiCl 4 осуществляют воздействием газообразного хлора на TiO 2 при температурах 700-900 °С, при этом протекает реакция:
TiO 2 + 2Cl 2 + 2С = TiCl 4 + 2СО.
Хлорирование осуществляют в шахтных хлораторах непрерывного действия или в солевых хлораторах. Шахтный хлоратор - это футерованный цилиндр диаметром до 2 и высотой до 10 м, в который сверху загружают брикеты из измельченного титанового шлака и снизу вдувают газ магниевых электролизеров, содержащий 65-70 % Cl 2 . Взаимодействие TiO 2 брикетов и хлора идет с выделением тепла, обеспечивающего необходимые для процесса температуры (~ 950 °С в зоне реагирования). Образующийся в хлораторе газообразный TiCl 4 отводят через верх, остаток шлака от хлорирования непрерывно выгружают снизу.
Солевой хлоратор представляет собой футерованную шамотом камеру, наполовину заполненную отработанным электролитом магниевых электролизеров, содержащим хлориды калия, натрия, магния и кальция. Сверху в расплав загружают измельченные титановый шлак и кокс, а снизу вдувают хлор. Температура 800-850 °С, необходимая для интенсивного протекания хлорирования титанового шлака в расплаве, обеспечивается за счет тепла протекающих экзотермических реакций хлорирования.
Газообразный TiCl 4 из верха хлоратора отводят на очистку от примесей, отработанный электролит периодически заменяют. Основное преимущество солевых хлораторов состоит в том, что не требуется дорогостоящее брикетирование шихты. Отводимый из хлораторов газообразный TiCl 4 содержит пыль и примеси газов - СО, СO 2 и различные хлориды, поэтому его подвергают сложной, проводимой в несколько стадий очистке.
Металлатермическое восстановление титана из тетрахлорида TiCl 4 проводят магнием или натрием. Для восстановления магнием служат аппараты, представляющие собой помещенную в печь герметичную реторту высотой 2-3 м из хромо-никелевых сталей. После ввода в разогретую до ~ 750 °С реторту магния в нее подают тетрахлорид титана
.
Восстановление титана магнием TiCl 4 + 2Mg = Ti + + 2MgCl 2 идет с выделением тепла, поэтому электронагрев печи отключают и реторту обдувают воздухом, поддерживая температуру в пределах 800-900 °С; ее регулируют также скоростью подачи тетрахлорида титана. За один цикл восстановления длительностью 30-50 ч получают 1-4 т титана в виде губки (твердые частицы титана спекаются в пористую массу - губку). Жидкий MgCl 2 из реторты периодически выпускают.
Титановая губка впитывает много MgCl 2 и магния, по-этому после окончания цикла восстановления проводят вакуумную отгонку примесей. Реторту после нагрева до ~ 1000 °С и создания в ней вакуума выдерживают в течение 35-50 ч; за это время примеси испаряются. Иногда отгонку примесей из губки проводят после ее извлечения из реторты.
Восстановление титана натрием проводят в аппаратах, схожих с применяемыми для магниетермического восстановления. В реторте после подачи TiCl 4 и жидкого натрия идет реакция восстановления титана: TiCl 4 + 4Na = Ti + 4NaCl. Температура в 800-880 °С поддерживается за счет выделяющегося при восстановлении тепла.
Полученную твердую массу, содержащую 17 % Ti и 83 % NaCl извлекают из реактора, измельчают и выщелачивают из нее NaCl водой, получая титановый порошок.
Рафинирование титана
.
Для получения титана высокой чистоты применяют так называемый иодидный способ, при котором используется реакция Ti + 2I 2 = TiI 4 . При температуре 100-200 °С реакция протекает в направлении образования Til 4 , а при температуре 1300-1400 °С - в обратном направлении.
Титановую губку (порошок) загружают в специальную реторту, помещаемую в термостат, где температура должна быть на уровне 100-200 °С, и внутри нее спеиальным приспособлением разбивают ампулу с иодом. Через несколько натянутых в реторте титановых проволок пропускают ток, в результате чего они накаливаются до 1300-1400 °С. Пары иода реагируют с титаном губки по реакции Ti + 2I2 - TiI 4 .
Полученный TiI 4 разлагается на раскаленной титановой проволоке, образуя кристаллы чистого Ti и освобождая иод. Пары иода вновь вступают во взаимодействие с рафинируемым титаном, а на проволоке постепенно наращивается слой кристаллизующегося чистого титана. Процесс заканчивают при толщине получаемого прутка титана 25-30 мм. Получаемый металл содержит 99,9-99,99 % Ti, в одном аппарате получают ~ 10 кг чистого титана в сутки.
Для получения ковкого Ti в виде слитков губку переплавляют в вакуумной дуговой печи. Расходуемый (плавящийся) электрод получают прессованием губки и титановых отходов. Жидкий титан затвердевает в печи в водоохлаждаемом кристаллизаторе.
Титан (лат. Titanium; обозначается символом Ti) - элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 22. Простое вещество титан - лёгкий металл серебристо-белого цвета.
Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57% по массе, в морской воде 0,001 мг/л. В ультраосновных породах 300 г/т, в основных - 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30% TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях.
Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiSiO5. Различают коренные руды титана - ильменит-титаномагнетитовые и россыпные - рутил-ильменит-цирконовые.
Месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Китая, Японии, Австралии, Индии, Цейлона, Бразилии, Южной Кореи, Казахстана.
Запасы на месторождениях титановой руды в 2012 году, *
| Китай | 200.0 |
| Австралия | 118.0 |
| Индия | 85.0 |
| ЮАР | 71.3 |
| Норвегия | 37.0 |
| Прочие страны | 180.7 |
| Всего запасы | 692.0 |
* данные US Geological Survey
Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а не восстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.
Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.
Производство диоксида титана в мире начиная с 2000 года непрерывно росло и в 2008 году составило 5,1 млн тонн, что почти на 30% больше, чем в 2000 году. В 2009 году в следствие мирового экономического объемы производства диоксида титана упали до 4,7 млн тонн, однако годом позже произошло восстановление до 5,0 млн тонн. Определяющим для роста мирового производства диоксида титана стало увеличение его производства в Китае. С 2000 по 2011 год производство диоксида титана в этой стране увеличилось в шесть раз и составило 1,8 млн тонн. Мировое производство диоксида титана в 2012 году немного снизилось по сравнению с предыдущим годом и составило 5,3 млн тонн.
В мировой промышленности титана, которая отвечает быстро растущему спросу со стороны производителей самолетов и изготовителей промышленного оборудования, продолжают создаваться новые мощности по производству титановой губки, особенно в Китае, но также и во всех основных производящих титан странах. Производство губки увеличилось с 74 тыс. тонн в 2003 году - 176 тыс. тонн в 2008 году. В конце 2008 года, глобальный экономический спад и задержки производства A380 и авиалайнеров B787 вызвали острое падение спроса на титан, в то время как новые проекты титановой губки приближались к завершению. В результате, в 2009 и 2010 годах, мощности по производству губки были излишними, в Китае были закрыты некоторые заводы, а мировое производство упало до 120 тыс. тонн. К середине 2010 года стало ясно, что спрос на титановую губку в Китае сильно вырос, и мировое производство, согласно оценкам, составило 150 тыс. тонн.
В 2012 году в США производитель титановой губки в Роули, штат Юта, закончил процесс квалификации стандартного сорта, необходимый для того, чтобы производить титан для космоса, индустриальных, и медицинских применений. Новый проект по производству порошка титана мощностью 1,800 тонн ежегодно близится к завершению в Оттаве, штат Иллинойс. Новый производственный объект по получению титана был открыт в Мартинзвилль, штат Вирджиния, и предназначен для производства титановых продуктов для коммерческой авиакосмической промышленности. Производительность, как ожидают, составит 6,300 тонн ежегодно.
Титановые продукты и компоненты производятся преимущественно в США, России, Японии и Китае, а их ежегодный объем производства составляет более 100 тысяч тонн.
* данные US Geological Survey
В чистом виде и в виде сплавов металл применяется в: химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводная арматура), военной промышленности (бронежилеты, броня и противопожарные перегородки в авиации, корпуса подводных лодок), промышленных процессах (опреснительных установках, процессах целлюлозы и бумаги), автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, украшениях для пирсинга, медицинской промышленности (протезы, остеопротезы), стоматологических и эндодонтических инструментах, зубных имплантатах, спортивных товарах, ювелирных изделиях (Александр Хомов), мобильных телефонах, лёгких сплавах и т.д. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
Титановое литье выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литье по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей, в художественном литье используется ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве.
Титан является легирующей добавкой во многих легированных сталях и большинстве спецсплавов. Нитинол (никель-титан) - сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике. Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов. Титан является одним из наиболее распространённых геттерных материалов, используемых в высоковакуумных насосах.
В виде соединений Белый диоксид титана (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.
Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.
Карбид титана, диборид титана, карбонитрид титана - важные компоненты сверхтвёрдых материалов для обработки металлов. Нитрид титана применяется для покрытия инструментов, куполов церквей и при производстве бижутерии, т.к. имеет цвет, похожий на золото. Титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3 и ряд других титанатов - сегнетоэлектрики.
Существует множество титановых сплавов с различными металлами. Легирующие элементы разделяют на три группы, в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения: на бета-стабилизаторы, альфа-стабилизаторы и нейтральные упрочнители. Первые понижают температуру превращения, вторые повышают, третьи не влияют на неё, но приводят к растворному упрочнению матрицы. Примеры альфа-стабилизаторов: алюминий, кислород, углерод, азот. Бета-стабилизаторы: молибден, ванадий, железо, хром, никель. Нейтральные упрочнители: цирконий, олово, кремний. Бета-стабилизаторы, в свою очередь, делятся на бета-изоморфные и бета-эвтектоидообразующие. Самым распространённым титановым сплавом является сплав Ti-6Al-4V (в российской классификации - ВТ6).
Вследствие возрастающих цен на сырье для промышленности, подавленных экономических условий в Европе и Китае и истощении существующих запасов, мировое потребление пигмента TiO2, согласно оценкам, снизилось в 2012 году.
Потребление и производство пигмента TiO2, во многом, определялись Китаем, и несколько производителей пигмента TiO2 в Китае приостановили производство с уменьшением рыночного спроса. Внутреннее производство пигмента TiO2 в 2012 году, согласно оценкам, осталось таким же как в 2011 году. Очевидное потребление пигмента TiO2 в США увеличилось на 19% вследствие 15%-ого уменьшения экспорта в 2012 году по сравнению с 2011 годом.
Потребление металла титана в коммерческой авиакосмической промышленности продолжало увеличиваться и в 2012 году достигло примерно 60 тыс. тонн. Япония и Казахстан были ведущими источниками импорта титановой губки в США в 2012 году. Увеличение импорта титановой губки наблюдалось также из Украины и Японии. В таблице ниже указаны данные по потреблению титановых продуктов в мире (без учета Китая и России). Данные за 2012 год носят оценочный характер (прогнозы Roskill и других аналитиков рынка).
Потребление титановых продуктов в мире, тыс.тонн*
| год | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Аэро-космическая промышленность | 46.9 | 29.8 | 41.2 | 47.0 | 60.0 |
| Оборонная промышленность | 6.4 | 5.8 | 6.7 | 6.0 | 6.0 |
| Прочая промышленность | 43.0 | 27.6 | 36.9 | 52.1 | 53.0 |
| Развивающиеся рынки | 5.3 | 1.7 | 2.4 | 3.0 | 3.0 |
| Всего | 101.6 | 64.9 | 87.1 | 108.1 | 122.0 |
* данные TIMET
Наметившийся в 2000-е годы рост цен на диоксид титана был прерван разразившимся экономическим кризисом. С сентября 2008 года по март 2009 года цены на диоксид титана как анатазной, так и рутильной модификаций сначала резко опустились, затем по мере улучшения положения в отрасли стали подниматься, а в конце этого периода повели себя различно в различных регионах и для различных видов продукта. Цены на диоксид титана анатазной модификации демонстрировали некоторую тенденцию к снижению во всех регионах, за исключением Китая, где цены вновь заметно упали. В стране очень велика доля производителей диоксида титана анатазной модификации, поэтому этот рынок в условиях низкого спроса, естественно, сыграл на понижение. Диоксид титана рутильной модификации также резко упал в цене в Китае, но в ряде других стран (Австралии, Саудовской Аравии, США, Тайване) цены на этот пигмент в марте 2009 года увеличились.
В мае-августе 2009 года китайская среднеэкспортная цена диоксида титана пигментных марок находилась в пределах 1592 - 1634 долл./т, а среднеимпортная - 2131 - 2192 долл./т. В этот же период средняя импортная цена США составляла 1,97 - 2,35 долл./кг, а средняя импортная цена материала, поставляемого в США из Китая, равнялась всего 1,36 - 1,47 долл./кг.
Во второй половине 2009 года цены на диоксид титана во всех регионах мира начали расти. В Европе они достигли почти докризис-ного значения (около 3200 долл./т). Осенью 2009 г. фактические цены на диоксид титана рутильной модификации были самыми низкими в Австралии, Индии и Китае - 2050 - 2215 долл./т, тогда как в Японии, Саудовской Аравии и США они находились в пределах 2350 - 2480 долл./т.
На внутреннем рынке Китая в первой половине июня 2012 года цены на диоксид титана рутиловой модификации составляли 2700 - 3100 долл./т, а на диоксид титана анатазной модификации 2300 - 2500 долл./т.
В январе-апреле 2012 года сразу на трех крупнейших рынках отметилось охлаждение спроса на двуокись титана. Это привело не к падению, а к стабилизации цен на пигмент в США, Европе, Азии. И лишь в мае 2012 года, с оживлением строительных работ, стал наблюдаться подъем.
Так, если среднестатистическая цена TiO2 в Европе еще в апреле 2012 года составляла на FD, Europe EUR2630 за тонну, то в начале мая котировки выросли до EUR3100-3400. В США май также спровоцировал рост цен на двуокись титана. Если в апреле ее стоимость на FD, N America составляла 3234 долл./т, то в мае она поднялась до отметки 4100-4674 долл./т. На 700-1000 долл./т вырос пигмент в Азии. Майские котировки продукта подтянулись до уровня 4000-4300 долл./т.
Цены на металлический титан в 2012 году после нескольких лет падения также выросли с составили примерно 11,75 долл./кг, что выше, чем 9,93 долл./кг годом ранее, однако существенно ниже пика 20,62 долл./кг в 2006 году.
Согласно прогнозам экспертов, мировой рынок диоксида титана к 2015 году вырастет до 7 млн. т. Однако с учетом того, что спрос на продукцию в 2012 году был вялый, существует вероятность второго витка кризиса в отрасли.
Мировой рынок титановых продуктов, как ожидается, будет расти ежегодно на 6% до 2015 года. Это приведет к росту производсва титановых продуктов до 140 тыс. тонн в год, что потребует ежегодно до 200 тыс. тонн титановой губки.
Согласно Обзору рынка титана до 2018 года, опубликованному Roskill, волатильность рынка связана с большей дифференцированностью промышленности. В Европе и Северной Америке, на долю авиационно-космической промышленности регулярно приходится более 60% спроса. Производство титановой губки и проката в этих регионах также в значительной степени ориентировано на аэрокосмический рынок. Стремительный рост производства губки и проката в Китае является следствием растущего внутреннего спроса в промышленном секторе страны, на долю которого пришлось более 80% потребления в 2012 году.
Аэрокосмический сектор является главным потребителем на рынке титана - около 60 тыс. тонн проката в 2012 году. В новом поколении больших пассажирских самолетов A380 и A350 от Airbus и Boeing B787 используется больше армированных полимеров из углеродного волокна (carbon fibre reinforced polymers, CFRP) на единицу продукции. CFRP совместимы с титаном, но не с алюминием, что добавляет уверенности в том, что применение титана в качестве ключевого материала в производстве самолетов продолжит расти. Российская корпорация ВСМПО-АВИСМА стала ведущим поставщиком проката для аэрокосмической промышленности с объем поставки более 20 тыс. тонн в 2012 году.
Однако применение титана для промышленных нужд является более чувствительным к цене, чем в случае с аэрокосмической отраслью, а также присутствует жесткая конкуренция со стороны производителей других металлов и сплавов. Эта чувствительность к цене более очевидна в Европе и Северной Америке, чем в Китае, на который в настоящее время приходится половина всего промышленного спроса в мире. Похоже, что использование титана предпочтительнее (дешевле) по сравнению с другими материалами для использования на китайских промышленных предприятиях.
После падения до 124 тыс. тонн в 2009 году, глобальные поставки титановой губки росли в среднем на 26,5% в год с 2010 по 2012 году и достигли примерно 241 тыс. тонн; 20 тыс. тонн излишек по отношению к спросу. Однако, большая часть этого роста пришлась на Китай, а дополнительные объемы были использованы в промышленности страны. Губка для космических технологий в основном производится в Японии, России, США и Казахстане. В соответствии с данными Roskill, ее более чем достаточно, чтобы удовлетворить текущий и прогнозный спрос, поскольку еще имеются некоторые неиспользуемые мощности на рынке. Импорт в США составляет более половины мировой торговли титановой губкой и американские предприятия сильно зависят от импорта из Японии и Казахстана, хотя поставки из Казахстана падают по мере увеличения доли продукции, которая перерабатывается на месте.
Титан и его сплавы являются ценными конструкционными сплавами. По сочетанию свойств они превосходят многие легированные стали и сплавы металлов. Получение металлического титана затрудняется его очень высокой химической активностью при повышенных температурах. Титан образует химические соединения и твердые растворы со многими элементами. Поэтому при производстве титана требуются особые условия, обеспечивающие достаточную чистоту производимого металла.
Для получения титана применяют магниетермический способ, который включает операции:
- получение титановых концентратов;
- производство титанового шлака;
- производство четыреххлористого титана;
- восстановление четыреххлористого титана магнием;
- вакуумная сепарация реакционной массы;
- плавка титановой губки в вакуумных печах.
Получение титановых концентратов
Титановые руды подвергают обогащению, в результате которого получают концентраты с повышенным содержанием TiO 2 . Наиболее распространенным сырьем для получения титана является титано-магнетитановые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий 40 – 45% TiO 2 , 30% FeO, 20% Fe 2 O 3 и 5 – 7% пустой породы.
Производство титанового шлака
Основное назначение этого процесса – отделение оксидов железа от оксида титана. Для этого ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углём и антрацитом в электропечах, где оксиды железа и часть титана восстанавливаются по реакции:
3(FeO·TiO 2) + 4C = 3Fe + Ti 3 O 5 + 4CO
Восстановленное железо науглероживается, образуя чугун, который собирается на дне ванны печи, отделяясь от остальной массы шлака вследствие различия их удельных весов. Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. Полученный титановый шлак содержит 80 – 90% TiO 2 .
Производство четырёххлористого титана
Для получения металлического титана используют хлорид титана, полученный путём хлорирования титанового шлака. Для этого титановый шлак измельчают, смешивают с углем и каменноугольным пеком, так как процесс хлорирования может проходить успешно только в присутствии восстановителя, и брикетируют при нагреве до 800 °С без доступа воздуха. Полученные брикеты подвергают хлорированию в специальных печах. В нижней части печи располагается угольная насадка, нагревающаяся при пропускании через неё электрического тока. В печь подают брикеты титанового шлака, а через фурмы – хлор.
При температуре 800 – 1250 °С в присутствии углерода образуются четыреххлористый титан по реакции:
TiO 2 + 2C + 2Cl 2 = TiCl 4 + 2CO
В качестве побочных продуктов получаются также хлориды других металлов (FeCl 2 , MnCl 2 , CrCl 3 CaCl 2 и др.).
Благодаря различию температур кипения образующихся хлоридов, четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов методом ректификации в специальных установках.
Восстановление четыреххлористого титана магнием
Восстановление осуществляется в специальных реакторах при температуре 950 – 1000 °С. В реактор загружают чушковый магний и после откачки воздуха и заполнения полоти реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористый титан. Процесс восстановления титана идёт по реакции:
TiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2
Металлический титан оседает на стенках, образуя губчатую массу, а хлористый магний в виде расплава выпускают через лётку реактора. В результате восстановления образуется реакционная масса, представляющая собой губку титана, пропитанную магнием и хлористым магнием, содержание которых достигает 35 – 40%.
Вакуумная сепарация реакционной массы
Сепарацию проводят с целью отделения титановой губки от магния и хлористого магния. Процесс отделения состоит в том, что реакционную массу нагревают до 900 – 950 °С в герметичном устройстве электронагревательной печи, в котором создаётся вакуум. При этом часть хлористого магния удаляется в жидком виде, а остальная часть хлористого магния и магний испаряются. Титановая губка после очистки направляется на плавку.
Плавка титановой губки в вакуумнодуговых печах. Плавка губки методом вакуумно-дугового переплава является основным способом переработки её в слитки. Вакуум печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке его от примесей. Полученные слитки титана переплавляют вторично для удаления дефектов, используя как расходуемые электроды. После этого чистота титана составляет 99,6 – 99,7%. После вторичного переплава слитки используют для обработки давлением (ковка, штамповка, прокатка).