海綿鈦生產(chǎn)工藝

1、海綿鈦生產(chǎn)工藝介紹粗鎂海 綿 鈦鎂電解真空蒸餾生鐵高鈦渣鎂精鎂氬氣還原產(chǎn)物海綿鈦精四氯化鈦粗四氯化鈦石油焦銅絲氯化鎂破碎、包裝氯氣精煉還 原氯 化電爐熔煉精 制石油焦鈦鐵礦瀝青補充氯化鎂補充氯氣圖1 勞爾法海綿鈦生產(chǎn)工藝流程圖工藝流程簡述：電爐熔煉：即高鈦渣生產(chǎn)。其工藝流程如下見圖2 鈦渣生產(chǎn)流程圖。圖2 鈦渣生產(chǎn)流程圖電爐熔煉法生產(chǎn)高鈦渣是鈦鐵礦與固體還原劑無煙煤或石油焦等混合加入電爐中進(jìn)行還原熔煉，礦中的氧化物被選擇性地還原為金屬鐵，而鈦的氧化物被富集在爐渣中，經(jīng)渣鐵分離獲得高鈦渣和副產(chǎn)品金屬鐵，高鈦渣經(jīng)過冷卻、破碎、磁選、磨粉后送氯化車間。 在鈦渣生產(chǎn)流程中，主要用能為電。主要用能設(shè)備為

2、自制6300kV·A矮煙罩電弧爐。氯化：即粗四氯化鈦的生產(chǎn)。主要流程圖見圖3。圖3 氯化鈦生產(chǎn)流程圖破碎好的高鈦渣、石油焦按一定比例進(jìn)行稱量配料，經(jīng)過混合、干燥，用加料機由混合料斗從沸騰段上方加入氯化爐內(nèi)。氯氣從氯化爐底進(jìn)入爐內(nèi)，加入的混合料與氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦和其他雜質(zhì)的氯化物以及一氧化碳和二氧化碳等氣體。沸點低于氯化溫度的氯化物如：FeCl3、AlCl3 (升華氣體)等氣體就和TiCl4一起揮發(fā)逸出氯化爐，而沸點高于氯化溫度的氯化物如：CaCl2、MgCl2等，與未反應(yīng)的TiO2、C粉等一起留在爐內(nèi)成為爐渣。從氯化爐頂以氣體逸出的混合氣體，主要成分為TiCl4、AlCl3 、F

3、eCl3等，還有被氣流夾帶出來的固體顆粒，進(jìn)入收塵器，由于減速降溫的作用，使其中AlCl3 、FeCl3等高沸點氯化物以及被氣體帶出的固體顆粒大部分被冷凝沉積下來。通過收塵器出來的混合氣體進(jìn)入淋洗塔，被冷凍鹽水冷卻后的TiCl4、的液體相接觸，使TiCl4、等氣體和高沸點雜質(zhì)被淋洗下來，淋洗下來的TiCl4液體還含有較多的雜質(zhì)，經(jīng)過沉降、過濾以后，得到淡黃色或紅棕色的粗四氯化鈦液體。不能冷凝的氣體經(jīng)過尾氣凈化處理后達(dá)標(biāo)通過煙囪排空。在粗四氯化鈦生產(chǎn)過程中，主要用能為石油焦、壓縮空氣、電、循環(huán)水以及低溫鹽水。主要設(shè)備有1200氯化爐、2400氯化爐以及附屬的泵類設(shè)備。精制：精制工藝流程圖見圖4

4、。圖4 精餾塔除硅-銅絲塔除釩組合的精制工藝流程圖粗四氯化鈦中含雜質(zhì)眾多，根據(jù)雜質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)的不同，先通過蒸餾除去高沸點雜質(zhì)，再通過精餾除去低沸點雜質(zhì)，最后通過銅絲除釩，制取精四氯化鈦。工序工藝流程敘述如下：從氯化車間來的粗四氯化鈦進(jìn)入高位槽，經(jīng)過流量計由浮閥塔的中部加入塔內(nèi)，連同回流液與由蒸餾釜上升的蒸汽相遇時，進(jìn)行氣液交換。低沸點四氯化硅等氯化物由塔頂冷凝器冷凝進(jìn)入回流槽。其中一部分返回塔頂進(jìn)行回流，多余的溢流到四氯化硅儲罐。已經(jīng)除去低沸點雜質(zhì)的四氯化鈦被汽化由浮閥塔底部進(jìn)入銅絲蒸餾釜，與銅絲接觸除三氯氧釩、脫色后，進(jìn)入冷凝器，冷凝得到精制四氯化鈦液體，經(jīng)檢驗合格后送往儲罐，供給還原

5、工序。各蒸餾釜和高位槽富集的有高沸點氯化物的四氯化鈦，定期返回氯化車間濃密機，所有塔及設(shè)備的尾氣經(jīng)酸封罐排入大氣。該工序主要用能為電能。主要用能設(shè)備為蒸餾釜。蒸餾釜有1700mm×2690mm，1500mm×2380mm。還原-蒸餾：鎂熱還原法生產(chǎn)海綿鈦，是采用“克勞爾”法。即在高溫下用鎂將四氯化鈦還原成金屬鈦，該反應(yīng)過程涉及TiCl4-Mg-Ti- MgCl2- TiCl3 TiCl2 等多相體系，是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。鎂還原TiCl4的總反應(yīng)式：TiCl4Mg Ti2 MgCl2還原工序所得產(chǎn)物，其組成大約是55%60%Ti、25%30% Mg、10%15% MgC

6、l2 和少量鈦的低價氯化物TiCl2 、TiCl3 。為了獲得產(chǎn)品海綿鈦，必須分離出Mg和MgCl2 ，分離方法采用真空蒸餾法。工藝流程圖見圖5。圖5 還原-蒸餾工藝流程圖蒸餾法是利用蒸餾物各組分物理特性的差異而進(jìn)行的分離方法。是根據(jù)Mg和MgCl2 在溫度7001000蒸汽壓較高，而Ti在同溫度下蒸汽壓很低，因而可利用它們在高溫下蒸汽壓相差很大，從而Mg和MgCl2化Mg對Ti的相對揮發(fā)度（分離系數(shù)）很大的原理進(jìn)行分離。采用常壓蒸餾時，由于MgCl2比Mg的沸點高，分離MgCl2比Mg困難，提高蒸餾溫度將導(dǎo)致海綿鈦與鐵制容器壁生成Ti-Fe合金而污染產(chǎn)品，同時在常壓高溫下，Ti、Mg和MgC

7、l2 與水蒸氣以及Mg和Ti與空氣中的氧、氮均易作用。而在真空條件下蒸餾時，Mg和MgCl2 的沸點將大大降低，揮發(fā)度比常壓蒸餾時大很多倍，因此采用真空蒸餾可以降低蒸餾溫度和提高M(jìn)g和MgCl2 的揮發(fā)速度，還可以減少產(chǎn)品鈦被罐體鐵壁和空氣中的氧、氮污染。我國遵義鈦業(yè)采用倒“U”形聯(lián)合法生產(chǎn)工藝，它是將還原罐（蒸餾罐）和冷凝罐之間用帶閥門的管道連結(jié)而成，設(shè)有專門的加熱裝置，整個系統(tǒng)設(shè)備在還原前一次組裝好。倒“U”形聯(lián)合法生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格，就是還原結(jié)束后立即投入真空蒸餾作業(yè)。在還原-蒸餾工序的主要用能為電。主要設(shè)備為還蒸爐。鎂電解：金屬鎂的工業(yè)生產(chǎn)方法MgCl2的熔鹽電解法，用Mg還原TiCl4過程中排放的的MgCl2作原料，進(jìn)行熔鹽電解制鎂，反應(yīng)產(chǎn)物Mg和Cl2 分別用于還原TiCl4和氯化制取TiCl4，這樣就構(gòu)成氯、鎂閉路循環(huán)的工藝。氯化鎂電解生產(chǎn)工藝的實質(zhì)，是用直流電流通過熔融電解質(zhì)把Mg2+還原為金屬鎂的過程。當(dāng)直流電流通過熔融電解質(zhì)時，陰極上析出鎂，陽極上析出氯氣，反應(yīng)方程式如下：2Cl2eCl2 (Cl在陽極上失去電子)Mg2+2eMg (Mg2+在陽極上得到電子) 陰極產(chǎn)生的液態(tài)鎂因比電解質(zhì)的密度小而上浮于表面，陽極產(chǎn)生的氯氣則通過氯氣罩排出收集處理。該工序的主要用能為電力。主要用能設(shè)備