طرح توجیهی توليد تيتان یا دی اكسيد تيتانيوم

تيتانيم در كانيهای آناتاز ، بروسيت ، ايلمنيت ، پرووسكايت ، لئوكوكسن ، روتيل و اشفن وجود دارد از بين اين كانيها تنها ايلمنيت، روتيل و لئوككسن اهميت اقتصادی دارند ، عمده ترين مصرف تيتانيوم در صنايع به دو صورت فلزی و دی اكسيد تيتانيوم (Titanium dioxide) ميباشد. مصرف فلز آن به دليل مشكلات تهيه و خالص سازی آن مصرف چندانی ندارد، اما در عوض مصرف اكسيد آن بصورت TiO2 در صنعت كاربرد بسيار گسترده ای دارد.

بطوريكه 90 درصد از صنايع اوليه، مصرف كننده اكسيد تيتانيوم ميباشد حدوداً 95 ٪تيتانيم به شكل TiO2 مصرف ميشود كه رنگدانه مفيدی در نقاشی، كاغذ و پلاستيكها میباشد لازم به ذكر است كه مصرف اين محصول در رنگدانه ها با خلوص بالای 98 %امكان پذير است. لذا خالص سازی اين محصول مهمترين بخش روسه ميباشد كه متاسفانه در داخل كشور صورت نميگيرد.

امروزه فلز تيتانيوم بعنوان يک فلز استراتژيک در موتور و ساختمان داخلی هواپيما، تجهيزات حمل و نقل صنايع شيميايی، واحدهای مولد برق، صنايع آلياژی، ساخت زير دريايی ها، كارخانه های ساخت مواد شيميايی، دستگاه های خنک كننده نيروگاه های اتمی و حرارتی و دهها مورد ديگر كاربرد دارد.

مصرف عمده دی اكسيد تيتانيوم در صنايع رنگ سازی به عنوان رنگدانه ميباشد و همچنين اين ماده در صنايع سراميک، پلاستيک، كاغذ و الكترونيک كاربرد دارد. مصرف اين ماده در كشورهای پيشرفته تقريبا 10 برابر كشورهای در حال توسعه ميباشد.

نام و كد آيسيک محصول

شماره تعرفه گمركی

شرايط واردات

دی اكسيد تیتان جزو كالاهايی است كه واردات آن مجاز بوده و برای واردات اين محصول و تركيبات آن قانون و شرايط خاصی قرار داده نشده است.

بررسی و ارائه استاندارد (ملی يا بين المللی)

موارد مصرف و كاربرد

اكسيد تيتانيم در صنايع رنگ سازی، كاغذ سازی و پلاستيک به عنوان ماده رنگی، براق كردن سطح فلزات، لعاب، لاستيک سازی، شيشه،فايبرگلاس، سراميک، الكتروسراميک و… مصرف ميشود و كاربرد دارد.

تنها در حدود 5 % توليد سالانه جهانی تيتانيوم صرف توليد فلز تيتانيوم شده و 95 %باقيمانده در توليد ماده رنگ دی اكسيد تيتانيوم مورد استفاده قرار ميگيرد.

اين ماده دارای دو شكل آلوتروپی روتيل و آناتاز است كه به واسطه رنگ سفيد ، ضريب شكست بالا (2/49- 2/90) ، درخشندگی عالی، بی اثر (خنثی بودن) و مقاومت سايشی و حرارتی بالای آن، درجه ديرگدازی بالا و توان زياد در توزيع و انتشار يكنواخت در تركيبات ديگر به عنوان عمده ترين ماده اوليه رنگ سفيد در صنايع رنگ سازی، كاغذسازی، پلاستيک، لاستيک و … شناخته می شود.

مصارف دارويی:

پودر دی اكسيد تيتان (روتيل) كه از آن پراكسيد تيتان، سالسيلات تيتان و تانات تيتان تهيه ميكنند، عملی همانند اكسيد روی بر روی پوست بدن ايجاد می كند دی اكسيد تيتان برای التيام سوزش های پوستی مورد استفاده قرار ميگيرد و منعكس كننده اشعه ماوراء بنفش خورشيد است و بدين جهت در ساختن كرم ها و لوسيون های ضد آفتاب (ضد سوختگی) استفاده می شود از پودر دی اكسيد تيتان در ساخت قاب كپسول های دارويی و پوشش قرص ها نيز استفاده میشود.

مصارف آرايشی :

دی اكسيد تيتانيوم در ساخت وسايل آرايشی به كار میرود تقريباً 95 % تيتان به فرم اكسيد تيتان TiO2 مصرف ميشود و يک رنگدانه دايمی و به شدت سفيد رنگ با قدرت پوششی خوب در رنگ ها ، كاغذ و پلاستيک است.

بررسی كالاهای جايگزين

(ليتوفون، اكسيد روی) قابل ذكر است كه هيچ كدام از جایگزین های نامبرده شده نمی توانند كاربرد بهينه مصرف اكسيد تيتانیم را داشته باشند و در واقع محصول نهايی دچار مشكل خواهد شد.

اهميت استراتژيكی اكسيد تيتانيوم در دنيای امروز

با توجه به اهميت بالا و مصرف فوق العاده كاغذ، پلاستيک و بالاخص رنگ در صنعت امروز جهان و افزايش چشمگير تقاضا، بومی بودن صنعت مذكور گامی مؤثر در صنعت كشور خواهد بود. افزايش قيمت اين محصول و همچنين افزايش تقاضای آن، اهميت اين ماده شكل تازه ای به خود گرفته است.

برخی مصرف كنندگان عمده محصولات تيتانیم در ايران

شرايط صادرات

به علت عدم توليد با خلوص زیاد اكسيد تيتانيوم در كشور ايران، صادرات آن به صورت محدود و به صورت مواد اولیه با درصد خلوص پايين و بالطبع با قيمت بسيار پايين تر صورت ميگيرد.

بررسی ظرفيت بهره برداری و روند توليد

برطبق اكتشافات انجام شده كه از سالهای 1350 آغاز گرديده است 2 معدن سنگی و 5 معدن آبرفتی شناسايی شده است اين معادن در 25 كيلومتری شهرستان كهنوج و 170 كيلومتری شهر بندری بندرعباس و 320 كيلومتری شهر تاريخی كرمان واقع شده است.

معادن تيتانيوم كهنوج بزرگترين معادن تيتانيوم در كشور جمهوری اسلامی ايران ميباشند كه ذخيره اثبات شده معادن آبرفتی و سنگی به بيش از 600 ميليون تن ميرسد.

مشخصات معادن آبرفتی و سنگی در ذيل آورده شده است:

1- معدن آبرفتی
2- معدن سنگی

وجود ذخاير قابل توجه تيتانيوم در منطقه كهنوج به عنوان ماده اوليه توليد پيگمنت Tio2 و نيز نياز كشور به اين ماده كه در حال حاضر كاملا” از طريق واردات تامين ميگردد، احداث كارخانه توليد پيگمنت Tio2 را در دستور كار بخش های اجرايی كشور قرار داده است.

با توجه به اهميت حياتی اين عنصر و تركيبات آن در صنايع مختلف، بهره برداری از اين منابع خدادادی علاوه بر تامين مواد اوليه صنايع و جلوگيری از واردات اين مواد از كشورهای ديگر، موجبات رونق اقتصادی منطقه محروم كهنوج و به طبع آن كشور را فراهم ميكند. معدن تيتانيوم كهنوج در 25 كيلومتری كهنوج حدود 170 كيلومتری بندرعباس و 335 كيلومتری كرمان(از طريق جيرفت) قرار دارد.

ارتفاع منطقه از سطح دريا بين 600 تا 650 متر است. حداكثر بارندگی در سال 150 ميليمتر بوده و پوشش گياهی در منطقه را درخت های خرما، گز شاهی و پوشش های بوته ای تشكيل می دهد. منطقه در ناحيه بسيار گرمسير قرار دارد حرارت آن در تابستان به 52 درجه سانتيگراد و در زمستان به 5 درجه سانتيگراد ميرسد.

طرح اصلی معادن تيتانيوم كهنوج

بعد از احداث واحد نيمه صنعتی و اخذ نتايج مثبت و توليد كنستانتره ايلمنيت، كار مطالعات فنی- اقتصادی طرح اصلی در دستور كار قرار گرفت و فعاليت اصلی اين طرح از سال 1382 طی رديف بودجه جديد شروع گشت.

اركان اصلی شامل بخشهای زير ميباشد :

1- معادن
2- كارخانه كنستانتره
3- كارخانه سرباره
4- كارخانه پيگمنت

شرح فرآيند

فرآيند توليد سرباره غنی اكسيد تيتانيوم شامل احياء و ذوب كنستانتره ايلمنيت به همراه آنتراسيت به عنوان ماده احياء كننده در كوره قوس الكتريک است. در طی فرآيند احياء و ذوب در دمای بالا، آهن موجود در كنستانتره توسط كربن احياء شده و توليد چدن می كند. با خروج آهن از تركيب كنستانتره ، تیتانیم به همراه ديگر تركيبات احياء نشده، وارد سرباره شده و سرباره غنی از تیتان توليد ميشود.

بدين ترتيب علاوه بر افزايش عيار تیتان درسرباره، آهن به عنوان يک محصول جانبی قابل مصرف در صنايع ريخته گری تبديل ميشود. بدين ترتيب كنستانتره ايلمنيت حاوی حدود 45 درصد تیتان به محصول سرباره غنی آن حاوی  75- 80 درصد اكسيد تيتان شده و تركيبات مضر آن در توليد پيگمنت نيز كاهش می يابد.

فرآيند توليد سرباره غنی اكسيد تيتانيوم شامل فرآوری مواد اوليه، احياء و ذوب، فرآوری سرباره و چدن و تصفيه گاز است. مواد اوليه شامل كنستانتره ايلمنيت و آنتراسيت با دانه بندی مناسب در انبار مواد اوليه ذخيره شده و به مرور مصرف ميشود. بخشی از مواد اوليه پس از آسياب كردن در واحد گندله سازی با افزودن چسب و آب به گندله تبديل شده و پس از خشک كردن در مخازن روزانه كوره ذخيره ميشود.

رطوبت آنتراسيت مصرفی در فرآيند گندله سازی، در خشک كن حذف ميشود. بخش ديگری از كنستانتره و آنتراسيت مستقيما” به مخازن روزانه انتقال می يابد. در مخازن روزانه كنستانتره، آنتراسيت و گندله كنستانتره- آنتراسيت با نسبت های معين وزن شده و مخلوط آنها به كوره منتقل شده و توسط لوله های باردهی وارد كوره ميگردد.

به علت دمای بالا در كوره و اختلاف چگالی، سرباره و چدن از هم جدا شده و به صورت متناوب به صورت مذاب از كوره تخليه می شوند. سرباره ژل از سرد كردن توسط پاشش آب، شكسته و خرد ميگردد. پس از حذف ذرات چدن باقيمانده توسط جدا كننده مغناطيسی، سرباره در انبار اكسيد تيتانيوم ذخيره شده و در واحد توليد پيگمنت مورد استفاده قرار ميگيرد.

چدن مذاب پس از حذف گوگرد و تنظيم تركيب به شكل شمش ريخته گری شده و به فروش ميرسد. گازهای گرم حاوی گرد و غبار توليد شده در كوره به بخش تصفيه گاز منتقل شده، پس از كاهش دمای ذرات گرد و غبار آن جدا ميشود. گرد و غبار جمع آوری شده مجددا” در بخش گندله سازی مصرف میشود.

علاوه بر واحدهای ذكر شده كارخانه دارای واحدهای توزيع برق فشار قوی و ضعيف برای تأمين برق كوره و واحدهای جنبی و تأمين آب برای خنک كردن تجهيزات كوره و ترانس است.

به دنبال نتايج مثبت حاصله از واحد نيمه صنعتی، دال بر امكان كنستانتره پذيری خاک معدن و ارزيابی ذخيره معادن كهنوج كه امكان تأمين خوراک را جهت واحد اصلی در حداقل 30 سال آينده تأمين مينمايد ، طرح توجیهی اكسيد تيتانيوم تصميم به احداث واحد اصلی با هدف توليد 50 هزار تن پيگمنت به عنوان محصول نهايی نموده است.

اين واحد از بخشهای مختلف زير تشكيل گرديده است :

1- واحد توليد كنستانتره
2- واحد توليد سرباره
3- واحد توليد روتيل مصنوعی ( اسيدشوئی) (پيگمنت)

واحد توليد كنستانتره

با ظرفيت خوراک ورودی 3/3 ميليون تن در سال و عيار متوسط  6/3 درصد TiO2 توليدكننده 130 هزارتن كنستانتره ايلمنيت با عيار 45 درصد TiO2 خواهد بود ، روش توليد در اين واحد پس از طی مرحله خردايش و مراحل ثقلی، مغناطيسی و الكتريكی ميباشد.

واحد توليد سرباره

اين مرحله ماحصل خوراک ورودی 130 هزارتن كنستانتره توليدی است اين كنستانتره با استفاده از مواد كمک ذوب، روانساز و احياء كننده در كوره ذوب شده و دارای 2 محصول سرباره و چدن می باشد ، عيار سرباره حاصله %75 ميباشد.

واحد اسيدشوری (پيگمنت)

حاصل 70 هزار تن سرباره ايجاد شده در مرحله ذوب وارد اين بخش شده، پس از طی مراحل اسيد شوری با استفاده از اسيد سولفوريک 99 %واكنش داده ، نهايتأ 50 هزار تن پيگمنت برنامه ريزی شده توليد خواهد شد.

مشخصات يک واحد نيمه صنعتی اكسيد تيتانيوم

مطالعات مقدماتی یا طرح توجیهی جهت احداث واحد نيمه صنعتی توسط شركتهای روسی طی سالهای دهه 70 صورت گرفته است، هدف از انجام اين مطالعات بشرح زير بوده است:

1- امكان كنستانتره پذيری از خاک معدن
2- تثبيت فلوشيت و ماشين آلات خط توليد

واحد نيمه صنعتی با ظرفيت اسمی 13 تن در ساعت خوراک ورودی طراحی و ماشين آلات مربوطه از كشورهای انگلستان، استراليا، آفريقای جنوبی، روسيه و ايران تامين و خريداری گرديده است. روش توليد در اين واحد صرفا” فيزيكی بوده و محصول پس از طی مراحل خردايش و رسيدن به درجه آزادی مناسب، پس از جدايش ثقلی و مغناطيسی و الكتريكی، بصورت كنستانتره نهایی توليد ميگردد.

ظرفيت اسمی توليد كنستانتره، 5000 تن كنستانتره ايلمنيت با عيار47 درصد TiO2 و 4000 تن كنستانتره تيتان و منمنيتيت با عيار 12 درصد TiO2 می باشد. عيار خوراک ورودی به اين واحد بر مبنای 6/3 : TiO2 طراحی گرديده است. در ادامه توليد كنستانتره اكسيد تيتانيوم طرح تبديل كنستانتره به سرباره و محصولات با ارزش افزوده مورد توجه قرار گرفت و در اين زمينه مطالعات وسيعی به عمل آمد.

در واحد نيمه صنعتی تنها كنستانتره ايلمنيت، تيتان، منيتيت به عنوان محصول جانبی توليد خواهد شد ، ولی در كارخانه اصلی محصول هر واحد با عنوان خوراک ورودی مرحله بعد مورد استفاده قرار ميگيرد. با توجه به نياز بازار اين طرح بعد از احداث واحد اصلی قابليت عرضه محصولاتی به شرح زير به بازار را خواهد داشت :

1- كنستانتره ايلمنيت (45درصد)
2- كنستانتره تيتان، مينيت (12درصد)
3- سرباره حاصل از ذوب كنستانتره ايلمنيت(75 درصد TiO2 )
4- چدن مناسب جهت عمليات ريخته گری
5- رونيل مصنوعی
6- پيگمنت به عنوان محصول نهایی

گذشته از موارد فوق طرح تيتان با بررسی بازار امكان توليد محصولاتی با ارزش افزوده بيشتر از كنستانتره موجود را در برنامه خود مورد رسيدگی و آزمايش قرار داده است كه شامل:

1- توليد فرو تيتان
2- فلز اسفنجی تيتانيوم

تعيين نقاط قوت و ضعف

مقايسه فرآيندهای احياء با سديم و منيزيم :

هر دو روش استفاده صنعتی داشته و تيتانيم اسفنجی با خلوص بالا تهيه ميكنند.

مزايا و معايب آنها به شرح زير است:

سديم نقطه ذوب كمتری نسبت به منيزيم دارد ، از اين رو ميتواند در حالت مذاب منتقل شود با روش احياء با سديم، تيتانيم اسفنجی آسانتر از راكتور جدا ميشود. چون NaCl بر روی جداره های راكتور جمع ميگردد در حاليكه در فرآيند Kroll تيتانيم اسفنجی بر روی ديواره های راكتور build up ميشود. كلريد سديم در آب قابل حل بوده و از اين رو به آسانی از اكسيد تيتانيوم اسفنجی جدا ميشود.

دانسيته تيتانيم اسفنجی احياء شده با منیزیم 1/2_1 گرم بر سانتی مترمکعب و تيتانيم اسفنجی احياء شده با سديم 7/9 – 0/0 گرم بر سانتی مترمکعب است. تيتانيم حاصل از فرآيند Kroll مقدار معادل اكسيژن كمتری داشته و اجزاء درشت تری نسبت به تيتانيم اسفنجی احياء شده با سديم دارد، فرآيند احياء با سديم مقدار معادل آهن پایین تری دارد. بالاترين خلوص حاصل از فرآيند كرول 99/999 درصد می باشد.

ماشين آلات و تجهيزات خط توليد اكسيد تيتانيوم

تجزيه و تحليل و ارائه جمع بندی و پيشنهاد نهايي در مورد احداث واحدهای جديد

بطور كلی موارد قابل ذكر در طرح احداث كارخانه توليد محصولات دی اكسيد تیتان به شرح ذيل ميباشد:

• مطالعات انجام گرفته نشان دهنده آن است كه با گسترش صنايع كشور ميزان مصرف اين ماده در حال افزايش است. همچنين مطالعات نشان دهنده سود دهی خوب اين واحدها هستند.

• مواد اوليه معدنی و كانسنگ ورودی به كارخانه ازطريق معادن داخلی تأمين ميگردد، بنابراين این طرح جزء طرحهای كوچک مقياس و زود بازده بوده و بدين جهت از حمايتهای خاص دولتی و تسهيلات مناسب برخوردار است.

• محصولات طرح از نيازهای كشور است و توليد آن، مشكلات تامين آن از خارج و واردات را كاهش ميدهد.

• به جهت مشكلات اشتغال در كشور اين طرح می تواند بصورت مستقيم و غير مستقيم بخشی از مشكلات موجود را تعديل كند.

• با توجه به محاسبات فنی و اقتصادی برای انجام اين طرح مدت زمان برگشت سرمايه در حدود يک سال و نيم ميباشد كه با توجه به سرمايه موردنظر و نياز كشور به اين ماده، احداث كارخانه توليد دی اكسيد تيتانيوم در كشور را نه تنها منطقی بلكه به فوريتي لازم تبديل می نماید.