海绵钛生产工艺.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,钛 冶 金 学,东北大学冶金物理化学研究所,2008,年,12,月,钛的主要矿物,金红石,是一种黄色至红棕色的矿物，其主要成分是,TiO2,，还含有一定量的铁、铌和钽铁是由于它与钛铁矿共生的结果钛铁矿,理论分子式为,FeTiO3,，其中,TiO2,理论含量为,52.63,但钛铁矿的实际组成是与其成矿原因和经历的自然条件有关可以把自然界的钛铁矿看成是,FeO-TiO2,和其他杂质氧化物组成的固溶体世界钛资源,世界钛资源,(,不包括中国,),，以,TiO2,计，共,4.1,亿,t,其中钛铁矿,3.8,亿,t,，占,93,，金红石,0.28,亿,t,，占,7,中国的钛资源储量十分丰富，但主要是钛铁矿资源，金红石矿甚少在钛铁矿储量中，岩矿占大部分，小部分为砂矿从钛铁矿到海绵钛的工艺流程,钛铁矿,采矿,选矿,钛精矿,富集,富钛料,氯化,粗,TiCl,4,精制,纯,TiCl,4,镁还原,海绵钛,富集,:,还原熔炼,氯化,:,加碳氯化,精制,:,精馏,+,蒸馏,+,除钒,镁还原,:,镁还原,+,蒸馏除镁,熔 炼,氯 化,精 制,镁还原,真空蒸馏,Mg,熔 炼,氯 化,精 制,镁还原,真空蒸馏,1.,什么是还原熔炼方法,2.,还原熔炼法的优点和缺点,3.,还原熔炼过程的 三个温度区间,1.,氯化冶金的定义、分类和特点,2.,为什么采用加碳氯化,3.,沸腾氯化工艺,4.,熔盐氯化特点,1.,杂质分类,2.,除杂方法,3.,除钒方法,1.,镁还原过程,2.,排出,MgCl2,的目的,3.,产物化学组成,1.,采用真空蒸馏的原因,1.,钛渣,(85%),2.,铁水,CO,CO,2,TiCl,4,TiCl,3,和,Cl,2,TiCl,4,Ti,、,Mg,、,MgCl,2,Ti,电炉熔炼高钛渣设备圆形密闭电炉,圆形密闭电炉,返回,富钛料：,由,钛铁矿,等精矿（含二氧化钛,43,60%,）经,处理,后获得的,钛品位较高的,物料,（含二氧化钛,80,85%,），主要包括,人造金红石,和,高钛渣,。

富集含钛物的原因,减少其它原料消耗，降低生产成本；,减轻后续分离、净化和处理副产物工序的负担，简化工艺过程；,增大设备单位容积的产能钛铁矿富集方法概述,高钛渣生产办法,还原熔炼法,方法概述：,以无烟煤或石油焦为还原剂，在,1600,1800,高温下还原熔融的钛铁矿由于密度不同，渣相浮在上面，熔融铁水位于下面主要方程式,:FeTiO3+C(CO)=Fe+TiO2+CO(CO2),优点,：,工艺简单，副产品金属铁可以直接应用，不产生固体和液体废料，电炉煤气可以回收利用，三废少，工厂占地面积小，是一种高效的冶炼方法缺点,：,主要是分离除铁，除去非铁杂质能力差，耗电量大，限于电力充足地区使用,返回,电炉还原熔炼钛铁矿的最高温度约达,2000K,从热力学上这些反应均可进行；并随温度的升高，反应的倾向均增大1500k,：固相反应；主要是氧化铁被还原为铁，,TiO,2,还原很少,1500k,1800k,：液相还原反应，除氧化铁被还原为铁，部分,TiO,2,还原为低价氧化钛,1800k,：,TiO,2,还原为低价氧化钛的量增加，并生成,TiC,和,Ti-Fe,合金,在熔炼过程中，不同价的钛化合物是共存的，它们的数量的相互比例是随熔炼温度和还原度大小而变化。

三个温度区间,两段还原熔炼法,为提高电弧炉的生产效率和降低电耗，可采用两段还原熔炼法首先在回转炉或沸腾炉中让钛铁矿中大部分氧化铁在固相中被还原而后送入电炉进行造渣与熔化分离这可提高生产能力，降低电耗,20%,30%,定义,：氯化冶金是往物料中添加氯化剂使欲提取的金属成分转变为氯化物，为制取纯金属作准备的冶金方法分类：,氯化焙烧；氯化浸出,特点：,对原料的适应性强，甚至能处理成分复杂的贫矿；,作业温度较其他火法冶金温度低；,物料中有用组分分离率高，综合利用好；,易腐蚀设备、恶化劳动条件、污染环境3.2,氯化冶金,采用氯化冶金的原因,正因为,TiO2,直接还原法无法实现大规模的工业生产，所以，才迫使人们将氯化工艺引入钛提取冶金生产过程富钛料氯化反应,（,1,）,TiO2,加碳氯化产物为,CO,1/2 TiO2(Ti2O3,TiO,Ti3O5)+Cl2+C1/2TiCl4+CO,G,0,3,kJmol-10,（,2,）加碳氯化产物为,CO2,1/2 TiO2(Ti2O3,TiO,Ti3O5)+Cl2+1/2C 1/2TiCl4+1/2CO2,G,0,4,kJmol-10,氯化反应过程中加碳的原因,在,900,时，在没有还原剂存在的条件下，氯气和,TiO2,的反应的,G,=115kJ,。

因此，在标准状态下无还原剂时，以及在氯化作业温度范围内，,TiO2,与,Cl2,不可能自发反应生成,TiCl4,但是在加入还原剂,C,的情况下，反应,G,0,，反应在标准状态下可以自发进行沸腾氯化富钛料的工艺,沸腾氯化是将流态化技术应用于,TiCl4,的生产过程将具有一定粒度分布和适宜配比的富态料和石油焦连续加入沸腾床内，氯气以一定的流速通入氯化炉内，两种固态物料在氯气的作用下，呈流化状态，于是，强化了床层内的传热、传质过程与此同时发生氯化反应氯化温度为,800,900,，生成的,TiCl4,、,CO,、,CO2,等气体从炉顶逸出每隔一定时间从氯化炉底部排渣口排放废渣返回,熔盐氯化特点,适用于,CaO,MgO,含量高的富钛料产物杂质少,产物中,TiCl4,分压高,产生废盐，增加了“三废”处理的负担,返回,4.2,粗制四氯化钛中的,杂质分类及处理方法,气体杂质,可以采取加热的方法使之从,TiCl4,中挥发除去固体悬浮物,在蒸馏过程中，残留在蒸发釜内高沸点杂质,通过控制蒸发釜出口温度低于高沸点杂质的沸点或升华点，使之残留在蒸发釜内蒸馏法）,低沸点杂质,采用精馏法从精馏塔顶部挥发除去精馏法）,沸点相近的杂质,VOCl3,采用化学或者用有机物处理法除去,。

4.2.2,精馏法除低沸点杂质,来自塔釜的蒸气进入精馏塔后上升，并与来自塔顶的回流液相遇，发生传热、传质作用挥发性较小的,TiCl4,将逐渐被富集于液相，相反，挥发性较大的,SiCl4,则在上升气相中逐渐增浓只要塔板级数足够多，就可以实现,TiCl4,与低沸点杂质相分离的目的4.3,除钒原理,1,铜法除钒,2,铝粉除钒,3,H2S,除钒,4.,有机物除钒,以上述物质为还原剂，将,VOCl3,还原为,VOCl2,，由于,VOCl2,不溶于,TiCl4,中，而且，,VOCl2,的沸点高达,154,，所以，可以将杂质钒以固体残渣的形态与,TiCl4,相分离返回,5.4,镁还原法工艺及设备,5.3,镁还原,操作过程：,反应在密闭的钢制反应罐中进行，将纯金属,镁,放入反应器中，并充满,惰性气体,，加热使镁融化,(650),，在,800-900,下，以一定的流速放入,TiCl4,与熔融的镁反应，生成的,MgCl2,(714),呈液态，可以及时排出来反应可以自热进行反应：,(1/2)TiCl4+Mg=(1/2)Ti+MgCl2,排出,MgCl2,的目的：,1.,使海绵钛表面始终处于裸露状态；,2.,有效利用罐的容积,返回,6.1,还原产物的化学组成,按按体积计，镁还原,TiCl4,所得产物化学组成大致如下：,Ti,55%60%,，,Mg,25%30,%,，,MgCl,2,10%15%,。

此外，还含有少量钛的低价氯化物返回,6.3,真空蒸馏,在真空度高于,1.3Pa,的蒸馏罐内，将还原产物在,900-950,下长时间加热，镁、氯化镁都可以挥发除去，并冷凝在冷凝器上采用真空的原因：,降低沸点,提高挥发速度,防止生成,Ti,Fe,合金,返回,第七章 钛白生产,二氧化钛,俗称钛白，是一种重要的化工产品，是当今最佳的一种白色颜料应用：涂料、塑料、造纸、化纤和橡胶生产方法：,7.1,硫酸法：,TiOSO,4,+FeSO,4,+Ti(SO,4,),2,TiOSO,4,+Ti(SO,4,),2,TiO,2,(n-1)H,2,O,TiO,2,7.2,氯化法,:,TiO2,Cl2,TiCl4,含钛原料,TiCl4,氯化,提纯,氧化,TiO2,。