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.
Страны-производители титана
Месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Китая, Японии, Австралии, Индии, Цейлона, Бразилии, Южной Кореи, Казахстана. В странах СНГ ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимает РФ (58,5%) и Украина (40,2%).По данным «ХимТрейдинг Групп», сейчас почти половина мирового производства сконцентрирована в США и Китае. 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. По данным Института геологии НАНУ, Украина располагает колоссальными запасами, а именно 20% мировых запасов титановых руд в пересчете на чистый титан.
Таблица 1.Структура импорта титан двуокиси в России в (млн.т)
Таблица 2.Объём производства и мощности в китае (млн.т)
|
производство |
||||
|
мощности |
Свойства титана
Титан (Ti) (Titanium) - химический элемент с порядковым номером 22, атомный вес 47,88, легкий серебристо-белый металл. Плотность 4,51 г/см 3 , t пл. =1668+(-)5°С, t кип. =3260°С. Для технического титана марок ВТ1-00 и ВТ1-0 плотность приблизительно 4,32 г/см 3 . Титан и титановые сплавы сочетают легкость, прочность, высокую коррозийную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур.
Титан существует в двух состояниях: аморфный - темно-серый порошок, плотность 3,3923, - 395г/см 3 , и кристаллический, плотность 4,5 г/см 3 . Для кристаллического титана известны две модификации с точкой перехода при 885° (ниже 885° устойчивая гексагональная форма, выше -кубическая); t°пл. ок. 1680 °; t кип. выше 3000°. Титан активно поглощает газы (водород, кислород, азот), которые делают его очень хрупким. Технический металл поддаётся горячей обработке давлением. Совершенно чистый металл может быть прокатан на холоду. На воздухе при обыкновенной температуре титан не изменяется, при накаливании образует смесь окиси Ti 2 O 3 и нитрида TiN. В токе кислорода при красном калении окисляется до двуокиси TiO 2 . При высоких температурах реагирует с углеродом, кремнием, фосфором, серой и др. Устойчив к морской воде, азотной кислоте, влажному хлору, органическим кислотам и сильным щелочам. Растворяется в серной, соляной и плавиковой кислотах, лучше всего - в смеси HF и HNO 3 . Добавление к кислотам окислителя предохраняет металл от коррозии при комнатной температуре. В соединениях проявляет валентность 2, 3 и 4. Наиболее устойчивы и имеют наибольшее практическое значение соединения Ti(IV). Наименее устойчивы производные Ti(II). Соединения Ti(III) устойчивы в растворе и являются сильными восстановителями. С кислородом титан даёт амфотерную двуокись титана , закись Ti0 и окись Ti 2 O 3 , имеющие основной характер, а также некоторые промежуточные окислы и перекись TiO 3 . Галогениды четырёхвалентного титана, за исключением TiCl 4 - кристаллические тела, легкоплавкие и летучие в водном растворе гидрализованы, склонны к образованию комплексных соединений, из которых в технологии и аналитической практике имеет значение фтортитанат калия K 2 TiF 6.
Важное значение имеют карбид TiC и нитрид TiN - металлоподобные вещества, отличающиеся большой твёрдостью (карбид титан тверже карборунда), тугоплавкостью (TiC, t°пл. 3140°; TiN, t°пл. 3200°) и хорошей электропроводностью.
В периодической системе элементов Д.И. Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях он четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4°С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения титана почти в два раза больше, чем у железа. Известны две аллотропические модификации титана. Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 ° С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С до температуры плавления. По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом. Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но титан может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью. Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза - железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возростает.
Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. С повышением температуры до 350°С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости титана - существенный его недостаток, т.к. в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечения изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности. Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивление, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10 -8 до 80·10 -6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником. Титан - парамагнитный металл. У парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании обычно уменьшается. Титан составляет исключение из этого правила - его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.
Достоинства: 1) малая плотность (4500 кг/м 3) способствует уменьшению массы используемого материала; 2)высокая механическая прочность. Стоит отметить, что при повышенных температурах (250-500 °С) титановые сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния; 3) необычайно высокая коррозионная стойкость, обусловленная способностью титана образовывать на поверхности тонкие (5-15 мкм) сплошные пленки оксида ТiO 2 , прочно связанные с массой металла;4) удельная прочность (отношение прочности и плотности) лучших титановых сплавов достигает 30-35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей.
Недостатки: 1) высокая стоимость производства, титан значительно дороже железа, алюминия, меди, магния; активное взаимодействие при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами, составляющими атмосферу, в результате чего титан и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или в среде инертных газов; 2) трудности вовлечения в производство титановых отходов; 3) плохие антифрикционные свойства, обусловленные налипанием титана на многие материалы, титан в паре с титаном не может работать на трение; 4) высокая склонность титана и многих его сплавов к водородной хрупкости и солевой коррозии; 5) плохая обрабатываемость резанием, аналогичная обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса; 6) большая химическая активность, склонность к росту зерна при высокой температуре и фазовые превращения при сварочном цикле вызывают трудности при сварке титана.
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
ПРОИЗВОДСТВО ТИТАНА
Титан получают магниетермическим способом. Производство титана включает обогащение титановых руд, выплавку из них титанового шлака с последующим получением из него четыреххлористого титана и восстановление из последнего металлического титана магнием.
Основные этапы производства титана из ильменитовой руды приведены на упрощенной технологической схеме рис. 2.19.
Рис. 2.19. Схема магниетермического способа получения титана
Сырьем для получения титана являются титаномагнетитовые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий 40 ... 45 % ТЮ 2 , ∼30 % FeO, 20 % Fe 2 O 3 и 5 ... 7 % пустой породы. Название этот концентрат получил по наличию в нем минерала ильменита FeO · TiO 2 .
Ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углем, антрацитом, где оксиды железа и титана восстанавливаются. Образующееся железо науглероживается, и получается чугун, а низшие оксиды титана переходят в шлак. Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. Основной продукт этого процесса - титановый шлак - содержит 80 ... 90 % ТiO 2 , 2 ... 5 % FeO и примеси SiO 2 , A1 2 O 3 , СаО и др. Побочный продукт этого процесса - чугун - используют в металлургическом производстве.
Полученный титановый шлак подвергают хлорированию в специальных печах. В нижней части печи располагают угольную насадку, нагревающуюся при пропускании через нее электрического тока. В печь подают брикеты титанового шлака, а через фурмы внутрь печи - хлор. При температуре 800 ... 1250 °С в присутствии углерода образуется четыреххлористый титан, а также хлориды СаС1 2 , MgCl 2 и др.:
ТiO2 + 2С + 2С1 2 = TiCl 4 + 2CO.
Четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов благодаря различию температуры кипения этих хлоридов методом ректификации в специальных установках.
Титан из четыреххлористого титана восстанавливают в реакторах при температуре 950 ... 1000 °С. В реактор загружают чушковый магний; после откачки воздуха и заполнения полости реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористый титан. Между жидким магнием и четыреххлористым титаном происходит реакция
2Mg + TiCl 2 = Ti + 2MgCl 2 .
Твердые частицы титана спекаются в пористую массу - губку, а жидкий MgCl 2 выпускают через летку реактора. Титановая губка содержит 35 ... 40 % магния и хлористого магния. Для удаления из титановой губки этих примесей ее нагревают до температуры 900 ... 950 °С в вакууме.
Титановую губку плавят методом вакуумно-дугового переплава (см. с. 50). Вакуум в печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке его от примесей. Полученные слитки титана имеют дефекты, поэтому их вторично переплавляют, используя как расходуемые электроды. После этого чистота титана составляет 99,6 ... 99,7 %. После вторичного переплава слитки используют для обработки давлением.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Назовите исходные материалы для производства чугуна, стали, цветных металлов.
2. Назовите основные операции подготовки руд к плавке.
3. Назовите основные металлургические процессы доменного производства.
4. Возможно ли удаление серы и фосфора при выплавке чугуна в домнах?
5. Сформулируйте принципиальную сущность процессов при получении стали из чугуна.
6. Назовите этапы плавки стали и основные процессы в каждом из них.
7. На каком из этапов выплавки стали производят легирование?
8. Назовите этапы процессов плавки в основных мартеновских печах, в конвертерах, в электропечах.
9. Вспомните основные различия в качестве сталей, выплавленных в конвертерах, мартеновских печах, в электропечах - дуговых и индукционных.
10. Назовите способы разливки стали; определите их преимущества и недостатки.
11. Назовите основные отличия в кристаллизации и в строении слитков спокойной, кипящей и полуспокойной стали.
12. Назовите принципиальную сущность и назначение основных способов повышения качества выплавляемой стали.
13. Перечислите основные способы и исходные материалы, используемые при производстве меди, алюминия, магния, титана.
Диоксид титана (оксид титана, двуокись титана) – амфотерное неорганическое соединение четырехвалентного титана с кислородом, которое является основным продуктом при разработке титановых руд. Диоксид нерастворим в разведенных минеральных кислотах, кроме фторидной, что является одним из главных факторов использования его в промышленности.
В настоящее время крупнейшими компаниями, занимающимися производством диоксида титана, являются DuPont Titanium Technologies, National Titanium Dioxide Co., Ltd. (Cristal), Huntsman Pigments, Tronox, Inc., Kronos Worldwide, Inc., Sachtleben Chemie GmbH, Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.
По данным компании ARTIKOL, в конце 2008 г. мощности по производству диоксида титана компании DuPont составляли 1150 тыс. тонн в год, Cristal – 705 тыс. т в год, Hunstman – 659 тыс. т/год, Tronox – 642 тыс. т/год, Kronos – 532 тыс. т/год, Sachtleben – 240 тыс. т/го, Ishihara — 230 тыс. т/год.
По данным анализа TZMI, охватывающего более 60 предприятий в 27 странах (92% мирового производства диоксида титана в 2008 г.), самая низкая себестоимость производства была в 2008 г. на заводах Yanbu (Cristal Global) и Edge Moor (DuPont). Среди крупных компаний самая высокая прибыльность была в 2008 г. на всех заводах компании DuPont (США).
DuPont Titanium Technologies
Компания DuPont Titanium Technologies продолжает работу по реализации проекта строительства завода по производству диоксида титана по хлоридной технологии мощностью 200 тыс. тонн в год в Dongying (провинция Shandong, Китай). Представители компании DuPont Titanium Technologies сообщили, что строительство этого завода может быть завершено в течение 3-4 лет после получения разрешения от китайских властей. Основная проблема, связанная со строительством этого завода, решение вопросов утилизации отходов, так как компания DuPont на этом заводе предполагает использовать обогащенный ильменитовый концентрат (другие производители диоксида титана по хлоридной технологии используют рутиловый концентрат или синтетический рутил).
Отходы планируется хранить в глубоких колодцах, что вызывает у китайских разрешительных органов ряд вопросов, поэтому до сих пор компания не получила экологическое разрешение на строительство этого завода. Но компания очень заинтересована в строительстве завода в Китае, так как основная тенденция на мировом рынке – смещения центра потребления из Европы и Северной Америки в Азию, а транспортные расходы у компании DuPont при поставках в Азию в 2008 г. выросли до 20% от общей стоимости продукта. Гораздо выгоднее поставлять ильменитовый концентрат из Австралии в Китай и реализовывать готовый продукт на этом рынке, чем возить сырье из Австралии в США, а затем полученный пигмент в Китай.
Cristal Global
Cristal Global (Саудовская Аравия) так же, как и компания DuPont, использует прямое хлорирование ильменитовых концентратов. Завод этой компании в Саудовской Аравии использует дешевые энергетические ресурсы. Для компенсации потерь от приостановки убыточных предприятий во Франции и США компания Cristal Global расширила мощности по выпуску диоксида титана на предприятие в Yanbu (Саудовская Аравия) со 100 тыс. т в год до 150 тыс. т в год (хлоридная технология). Это предприятие, по заявлению представителей компании, может выпускать даже до 180 тыс. тонн диоксида титана в год. Завод в Yanbu не только имеет самую низкую себестоимость производства, но и получает хлор по самой низкой цене. Определенной проблемой для этого предприятия является увеличение выпуска в качестве побочного продукта гидроксида натрия (на 1 тонну хлора – 1,1 т гидроксида натрия). В Австралии предприятия по производству диоксида титана хлоридным способом поставляют образующийся в качестве побочного продукта гидроксид натрия производителям алюминия. Для компании Cristal Global с точки зрения обеспечения титансодержащим сырьем большое значение имело приобретение сырьевой австралийской компании Bemax Resources Ltd. При этом произошло пересечение интересов в области поставок сырья со своим основным конкурентом – компанией DuPont, заключившей ранее предварительные соглашения на поставку титансодержащего сырья от компании Bemax. Отмечается, что завод компании Cristal Global в Thann (Франция) стал крупнейшим предприятием в мире по объемам производства ультрадисперсных марок диоксида титана.
Kronos Worldwide Inc.
Компания Kronos Worldwide Inc. сообщила, что за 9 месяцев 2009 г. было реализовано 335 тыс. тонн диоксида титана, произведено – 280 тыс. тонн. На конец второго квартала 2009 г. складские запасы готовой продукции у компании были эквиваленты менее чем двум месяцам средних объемов продаж и были ниже, чем в конце первого квартала и в конце 2008 г.
Компания Kronos производит свыше 40 марок диоксида титана, в том числе рутильной модификации (на предприятиях, использующих хлоридную технологию) для лакокрасочной промышленности, производства пластмасс и бумаги, и анатазной модификации (сульфатный способ производства). Компания в течение 10 лет увеличила свои производственные мощности на 30% за счет модернизации производства. В 2008 г. использование производственных мощностей на предприятиях компании доходило до 97%, использование мощностей в 2009 г. оценивается на уровне 70-80%.
Huntsman Corp.
Компания Huntsman Corp. владеет шестью заводами, действующими по сульфатной технологии, расположенными в Великобритании, Испании, Италии, Малайзии и ЮАР, и одним заводом с хлоридной технологией в г. Greatham, Великобритания. Отмечается, что себестоимость производства диоксида титана на заводе в г. Greatham самая низкая в Европе. Более 60% продаж диоксида титана компании Huntsman приходится на европейский рынок.
Huntsman договорилась в начале 2009 г. о получении компенсации за отказ от слияния от Herixon Speciality Chemicals Inc. Herixon в конце 2008 г. отказалась от сделки по слиянию с компанией Huntsman стоимостью 10,6 млрд. долл., ссылаясь на мировой финансовый кризис и утверждая, что новое подразделение будет неплатежеспособным. Huntsman потребовала возмещения от банков, финансировавших сделку — Credit Suisse и Deutsche Bank, которые поддерживали Herixon в конфликте. Компании удалось выиграть процесс и получить возмещение от банков в сумме $620 млн.
Tronox Inc.
Компания Tronox Inc. (США) в 2008 г. произвела 535 тыс. тонн диоксида титана. Компания производит 14 марок диоксида титана по хлоридной технологии и 17 марок – по сульфатной технологии. Компания Tronox при выделении из группы Kerr-McGee Corp. в 2006 году, согласилась выплатить $100 млн. за работы, связанные с ликвидацией последствий загрязнения окружающей среды закрытым предприятием по производству диоксида титана сульфатным способом в США.
Однако, как оказалось, для разрешения взятых экологических обязательств требуется гораздо большая сумма. В начале 2009 г., не сумев справиться с финансовыми трудностями, Tronox запустила процедуру банкротства. Tronox Incorporated и ее дочерние компании подали добровольную петицию о реорганизации согласно главе 11 Кодекса США о банкротстве 12 января 2009 г. Tronox также обращалась к своему бывшему владельцу Kerr-McGee и ее нынешнему собственнику — Anadarko Petroleum Corp. — с просьбой о помощи, так как считала, что при разделе материнская компания оставила ее без наличных средств. Публичную поддержку компании выразило американское правительство, которое обвинило Kerr-McGee в попытке уйти от ответственности за нанесенный экологический ущерб.
ЗАО «Крымский Титан»
ЗАО «Крымский Титан» (АР Крым) — крупнейший в производитель двуокиси титана на крымском полуострове.
1 сентября 2008 г. было создано совместное предприятие Sachtleben (61% Rockwood Holdings, Inc. и 39% Kemira Oyi) на базе заводов по производству диоксида титана компании Sachtleben Chemie GmbH (Duisburg, Германия) и Kemira Pigment Oy (Pori, Финляндия). Sachtleben Chemie GmbH на предприятие в Duisburg (Германия) выпускает 50% диоксида титана анатазной модификации, 35% — рутильной модификации, 15% — специальные марки и попутная продукция. На заводе в Pori (Финляндия) 80% выпуска – диоксид титана рутильной модификации, 10% — анатазной модификации, 10% — специальные марки и попутная продукция.
Компания специализируется на поставках специальных марок диоксида титана для матирования синтетических волокон, для производства печатных красок, стеклопластика, катализаторов, фармацевтики, в качестве добавок для косметических препаратов и пищевых продуктов, для производства медицинских контрастных веществ. На обоих заводах выпускаются также ультрадисперсные марки диоксида титана, нанодиоксид титана и другие продукты на основе титана (метатитановая кислота, титанилсульфат, титанаты). Рынки сбыта: 60% в Европе, по 20% — в странах Америки и странах АТР. Rockwood Holdings, Inc. после создания совместного предприятия Sachtleben и Kemira по производству диоксида титана увеличила в 1 полугодие 2009 г. выручку от продаж этого пигмента до $303.3 млн.