海绵钛的生产流程.docx
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海绵钛的生产流程
1海绵钛的生产流程
发布时间：
2006年6月11日1时9分
海绵钛的生产有很多方法，例如Na还原法、Mg还原法等。
1.1Na还原法
又称亨特（Hunter）法和SL法，是最早研究用来制取金属钛的方法，其流程图如下所示：
该法的TiCl4生产过程与Mg还原法完全相同。
然后，在惰性气氛保护下，用Na还原TiCl4生产海绵钛，他的主要反应为：
TiCl4＋2Na＝TiCl2＋NaCl
TiCl2＋2Na＝Ti＋2NaCl
TiCl4＋4Na＝Ti＋4NaCl
将制得的还原产物，用水洗除盐操作，最后进行产品后处理即得产品海绵钛。
Mg还原和Na还原法的比较
Mg还原法和Na还原法各有优缺点，比较于下表：
序号
项目
Na还原法
Mg还原法
1
还原剂特点
Na的熔点低，容易净制和输送
Mg的熔点高，净制和输送都比较困难
2
还原产物处理方法
NaCl不吸水，不潮解，可用水洗除净
MgCl2易吸水，易潮解，宜用真空蒸馏除去
3
投资情况
设备简单，投资较低
设备复杂，投资大
4
海绵钛特点
含铁氧少，而含Cl－多；海绵钛块小，且疏松、粉末多，松装密度小（0.1~0.8g/cm3）
含Cl－低；海绵钛块大且致密，粉末少，松装密度大（1.2~1.3g/cm3）
5
产品熔铸性能
较差，挥发分多
好，挥发分少
6
还原作业情况
速度块、放热量大，操作简单；炉产能小
速度稍慢，放热量稍少，操作较复杂；炉产能大
海绵钛工业生产已有50年的历史，直至80年代中期，Mg还原－真空蒸馏法、Mg还原－酸浸法、Na还原法和Mg还原－氦气循环蒸馏法都用于工业生产。
但到了80年代后期，Na还原法和Mg还原－酸洗法都已被淘汰。
除美国俄勒冈冶金公司还采用Mg还原－氦气循环蒸馏法外，其余工厂全部Mg还原－真空蒸馏法，在海绵钛工业生产中，Mg还原－真空蒸馏法现已占据主导地位。
1.2精制的基本原理及生产流程
粗TiCl4中各种杂质总多，待分类后，为了便于分析，在每组杂质中找出一种有代表性的杂质，作为关键组分，来表示精制的主要分离界限。
实践表明，在粗TiCl4液中，当关键组分精制合格时，则可以认为该组全部杂质基本已经被分离除去。
所选择的关键组分不仅要含量大，特别要分离最困难。
找出高沸点杂质中的FeCl3、低沸点杂质中的SiCl4、沸点相近杂质中的VOCl3分别作为相应组的关键组分。
这样，一个多元体系的分离，便可以简单地看作TiCl4－SiCl4－VOCl3－FeCl3四元体系的分离。
针对在粗TiCl4中各种杂质具有的不同特性，应该使用不同的分离方法加以精制。
1.3物理法除高沸点和低沸点杂质
对于粗TiCl4液中的高沸点和低沸点杂质，根据他们和TiCl4沸点或相对挥发度相差大的特点，可以用物理法－蒸馏或精馏法分离。
但是，高沸点杂质和低沸点杂质的物理特性也有差异，这表现在他们分离的难易程度上也不完全相同。
因此，对于容易分离的高沸点杂质采用蒸馏方法加以分离；对于分离较困难的低沸点杂质则采用精馏方法加以分离。
1.4化学法除钒杂质
粗TiCl4中的钒杂质主要是VOCl3和少量VCl4，他们的存在使TiCl4呈黄色。
精制除钒的目的，不仅是为了脱色，而且是为了除氧。
这是精制作业极为重要的环节。
1.5铜除钒法
一般认为铜去除TiCl4中的VOCl3的机理是TiCl4与铜反应生成中间产物CuCl.TiCl3，后者还原VOCl3生成不溶性的VOCl3沉淀：
TiCl4＋Cu＝CuCl.TiCl3
CuCl.TiCl3＋VOCl3＝VOCl2↓＋CuCl2＋TiCl4
铜还可以与溶于TiCl4中的Cl2、AlCl3、FeCl3进行反应，当AlCl3在TiCl4中的浓度大于0.01％时，则会使铜表面钝化，阻碍除钒反应的进行。
所以，当粗TiCl4中的AlCl3浓度较高时，一般要在除钒之前进行除铝。
除铝的方法，一般是将水增湿的食盐或活性炭加入TiCl4中进行处理，AlCl3与水反应生成AlOCl沉淀：
AlCl3＋H2O＝AlOCl↓＋2HCl
加入的水也可以使TiCl4发生部分水解生成TiOCl2，在有AlCl3存在时，也可以将TiOCl2重新转化成TiCl4：
TiCl4＋H2O＝TiOCl2＋2HCl
TiOCl2＋AlCl3＝AlOCl↓＋TiCl4
由此可见，在进行脱铝时加入水量要适合，并应有足够的反应时间，以减少TiOCl2的生成量。
1.6氯化的生产流程及基本操作
发布时间：
2006年6月11日1时0分
目前，国内外所用的流态化氯化工艺流程大体上是一致的，其原则流程如下图所示，但采用的设备差别较大。
氯化设备由三部分组成，第一部分是原料准备设备，第二部分为流态化氯化炉，第三部分为后处理部分。
其中原料准备和部分后处理设备为标准设备，在此省略赘述。
2氯化炉的正常操作
2.1混合物料的加料速度
控制混合物料的适宜加料速度，就可以保持合适的炉内料层堆积高度（即固定层高度）。
合适的料层高度，就可以加长氯气在料层中的停留时间，提高氯气的利用率。
但料层太高，易出现不正常流化状态。
料层太矮，氯气在料层中的停留时间太短，会降低氯气的利用率，增加尾气中的含氯量。
因此，控制混合物料的合适加入速度是正常氯化操作的重要工艺条件之一。
2.2氯气流量的确定
氯气流量既要满足流态化层内流体力学的条件，又要满足反应动力学的要求，它与采用的物料颗粒特征、炉子的结构尺寸和反应温度等有关。
实践表明，适宜的氯气流量控制范围也比较宽。
在一般情况下，为了提高生产率，在满足流体力学的条件下，常控制较大的氯气流量。
最佳的氯气流量可以通过实验和计算确定。
目前，我国一些炉子氯气操作速度控制在0.10～0.15m/s（冷态）范围内。
2.3反应温度
提高反应温度可使氯化速度加快，故反应温度一般高于800度，但是太高的反应温度，容易腐蚀炉体。
因此，目前，认为控制反应较宜温度为800~1000度。
2.4排渣量
为了保持沸腾层良好的流化，及时排出炉内积集的过剩碳和其他杂质，是很必要的。
特别是当物料含有较多的钙镁盐时，在流态化氯化过程中，因流态化层钙镁盐的富集容易破坏流态化，必须及时排除，此时应增加排渣次数和排渣量。
因此，必须根据原料的成分等具体情况，确定定期排渣量和次数。
炉渣中含TiO2要低，一般<7%。
2.5炉气氯量
炉气含Cl2<1%才属正常流化。
炉气中含氯高，说明流化不正常，需要找出原因，加以解决。
3钛生产中的“两个循环”
在Kroll法生产海绵钛流程中有两个重要的循环。
这两个循环可以降低生产成本（最高效地利用还原剂镁和氯化剂氯气）并减轻环境污染。
（1）镁循环，镁循环有内循环和外循环之别。
内循环是指不经融盐电解工序直接将真空蒸馏所得镁返回还原工序。
这可以借助于内坩蜗或带有盲板的反应罐来实现。
外循环是指将真空蒸馏出的镁和氯化镁经融盐电解再生镁，再将这部分镁返回还原工序。
（2）氯循环。
融盐电解氯化镁在阳极上得到Cl2，将这部分Cl2返回氯化工序，实现闭路流程，这在钛冶金工业中称为氯循环。
4钛生产的“三大步骤”
（1）富钛料的制取。
若用金红石为原料，这一步可以省去。
这一步骤的主要目的在于尽可能除去钛铁矿中的组分铁，提高原料中钛的品位；
（2）TiCl4的生产。
这一步是将钛由氧化物形态转变为氯化物形态，包括氯化过程和粗iCl4的精制过程。
（3）iCl4的还原。
这一步是将钛由化合物还原为金属钛的过程。
在Hunter法和Kroll法中，所用还原剂为金属Na和Mg。
在融盐电解法中，这一步是钛离子在阴极上实现的电化学反应。
5海绵钛工程项目设计子项内容
序号
海绵钛工程子项目
1
钛渣系统
（1）原料库及配料
（2）电炉熔炼及破碎
2
氯化系统
（1）原料准备及配料
（2）氯化生产及尾气处理
（3）石灰乳制备
3
精制系统
四氯化钛精制
4
还原－蒸馏系统
（1）准备工段
（2）还原－蒸馏工段
（3）成品破碎及包装
（4）成品库
5
镁回收系统
（1）镁电解车间（含整流所）
（2）镁精炼
（3）氯压机系统
（4）尾气净化系统
6
液氯供应系统
（1）液氯贮库
（2）液氯蒸发
（3）废气处理及事故净化室
（4）压缩空气干燥
7
三废处理系统
（1）电炉烟气净化
（2）氯化废渣处理
（3）氯化废水处理
（4）钒渣处理
8
化验监测系统
（1）中心化验室
（2）环保监测站
（3）车间控制分析检查室
9
电力系统
（1）总压降变电所
（2）整流所
（3）电修车间
（4）电讯系统
10
给排水及处理系统
（1）全厂循环水处理
（2）污水处理站
（3）水源及加压站
11
热力系统
（1）空压站
（2）锅炉房
（3）冷冻站
12
计控系统
计控室
13
维修系统
（1）机修车间
（2）车间维修站
（3）炉修及耐火材料库
（4）防腐工段
（5）备品备件仓库
14
总图运输系统
（1）全厂总平面
（2）全厂综合管网
（3）汽车库
（4）综合仓库
（5）渣场
（6）厂大门
15
管理及生活设施
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