海绵钛：Kroll 工艺与全球供应链
从矿石到海绵钛：Kroll 工艺链
海绵钛生产是一个四阶段上游链条，各阶段往往由不同国家的不同企业承担。
第一阶段 — 选矿 钛铁矿（FeTiO₃，TiO₂ 含量通常为 45–60%）从海滨砂矿或硬岩矿床开采。金红石（TiO₂ 含量 90–96%）因后续精制工序少，原料溢价高于钛铁矿。
第二阶段 — 制备 TiO₂ 渣 钛铁矿在 1600–1700 °C 电弧炉中冶炼，铁被选择性还原后以生铁形式放出，渣中 TiO₂ 富集至 75–85%，即"高钛渣"。高钛渣是矿石产区（澳大利亚、南非、莫桑比克）向氯化法海绵钛厂出口的关键中间体。
第三阶段 — 氯化制备 TiCl₄ 高钛渣或金红石与石油焦及氯气在流化床氯化炉中反应，温度 800–1000 °C：
TiO₂ + 2 Cl₂ + C → TiCl₄ + CO₂
粗 TiCl₄ 蒸气经冷凝后精馏提纯，去除氯化铁、四氯化硅及氯氧化钒等杂质，纯度达 ≥99.9%。
第四阶段 — 镁还原与真空蒸馏（Kroll 工艺） 精制 TiCl₄ 通入装有液态镁的密封钢罐，温度维持在 800–850 °C：
TiCl₄ + 2 Mg → Ti + 2 MgCl₂
反应使金属钛以多孔海绵状沉积。残余镁和 MgCl₂ 经 900–1000 °C 真空蒸馏脱除。回收的镁和氯气循环利用，赋予工艺半闭路经济性。海绵钛随后破碎、混匀、按牌号分级出售。
全球产能分布
自 2000 年代中期以来，在国内航空航天和国防需求驱动下，中国海绵钛产能持续扩张，2024–2025 年仍保持增长态势。
| 国家 / 生产商 | 主要企业 | 产能（MT/年，约数） | 备注 |
|---|---|---|---|
| 中国 | 攀钢钒钛、遵义钛业、宝钛集团、云南国钛 | 200,000+ | 约占全球产量 60%；0/1/2 级供国内航空及出口 |
| 日本 | 东邦钛（Toho Titanium）、大阪钛技术（OSAKA Titanium） | ~50,000 | 高端航空级海绵钛；供应波音/空客产业链 |
| 美国 | Timet（Howmet Aerospace）、ATI | ~30,000 | 一体化海绵钛至成品材；服务美国国防（DFARS 合规） |
| 哈萨克斯坦 | UKTMP（乌斯季卡缅诺戈尔斯克钛镁厂） | ~25,000 | 欧盟和印度主要进口来源；与西方 OEM 合资 |
| 俄罗斯 | VSMPO-AVISMA | ~40,000 | 全球最大单厂；2022 年后供应链风险上升 |
| 印度 | KMML（喀拉拉矿产金属公司） | ~3,000 | 国有企业；主要供本国国防 |
截至 2025 年，全球海绵钛产能约为 350,000–400,000 MT/年，受需求周期影响，实际产量通常在 250,000–300,000 MT 之间波动。
价格区间与市场动态
2020–2025 年，1 级海绵钛（FOB 中国，现货）价格区间约为 4,500–9,000 美元/吨，2022–2023 年因新冠后航空需求复苏叠加俄罗斯制裁导致的 VSMPO-AVISMA 供应链冲击，价格触及高位。
主要价格驱动因素：
- 航空制造节奏 — 波音、空客产线提速或放缓是全球最大需求信号。
- MgCl₂ 副产品价值 — 镁回收经济性影响海绵钛成本；建有一体化镁循环的中国企业具有结构性成本优势。
- 能源价格 — TiO₂ 渣冶炼电弧炉及镁电解均属高耗电工序；煤电和水电成本决定区域竞争力。
- TiCl₄ 物流 — TiCl₄ 为危险液体，须 ISO 罐运输；运费及操作费约增加 100–300 美元/吨到岸成本。
- 废料替代 — 海绵钛价格高企时，合金生产商倾向于提高钛废料（回炉料）配比，边际上压低海绵钛需求。