钛的 冶炼？

【专家解说】：用钛精矿生产海绵钛 工艺可分为三大步骤：（1） 富钛料的制取，（2） TiCl4的制备（粗TiCl4的制备以及纯TiCl4的制备） （3） TiCl4的还原 工艺过程； 增大设备单位容积的产能。TiO2直接还原法无法实现大规模的工业生产。金属钙、镁、锂、锰和钡等，它们都可把TiCl4还原成金属钛。氯化物容易实现金属的分离、富集、提取和精炼，在稀有金属冶炼中有广泛应用。能满足△GoMeClx<△GoTiCl4的活性金属比较多，有钾、钠。 钛铁矿富集方法概述 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。生产工艺分类： 火法：还原熔炼法、选择氯化法，湿法：酸浸法、锈蚀法等。 按照最终产物分类 ：生产钛渣的方法：还原熔炼法， 生产人造金红石的方法：包括其余各种方法 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。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。酸浸法；方法概述：用酸浸出，以实现铁与钛的初步分离。由于氧化钛比较稳定，因此残留在固相。 优点：可有效的除去杂质铁和大部分氧化物杂质，获得含TiO290％～96％的高品位人造金红石。缺点：设备腐蚀严重，三废量大，副流程复杂。还原熔炼的实质 钛铁矿精矿中铁氧化物的还原并伴随钛氧化物还原为低价。初始还原在固态下进行，随着原料的渣化及温度的提高，还原过程在熔融炉料中进行。最终达到熔融生铁和高钛渣的分层分离。还原过程中产生复杂的物理化学变化和晶型转化。 粗四氯化钛的生产： 在900℃时，△Gө=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不可能自发的反应生成TiCl4。 3.4 氯化工艺 用氯气氯化钛原料生产四氯化钛的工业炉型有多种，可以根据不同类型的原料特征选用适当的方法:固定床竖炉氯化 ；连续式竖炉氯化；熔盐氯化；沸腾氯化； 沸腾氯化工艺 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 沸腾氯化工艺的原料： 钛渣:沸腾氯化过程中所用高钛渣的粒度为-80~+200目。 石油焦：经过1350 ℃ 煅烧处理的产品，也称为1# 焦：另一种为未经煅烧处理，或者叫做3# 焦。在氯化生产过程中，石油焦的粒度为 - 60~150目。 氯气：在常温、常压下，Cl2为黄绿色有毒气体。 熔盐氯化是在熔盐（可利用电解光卤石制取金属镁的废电解质）介质中氯化富钛料制取TiCl4的生产工艺。将具有一定粒度的富钛料和石油焦按照适当配比加入熔盐介质中，氯气流以一定的速度喷入熔盐浴中，使上述物料在熔体中上下翻腾，造成良好的传热、传质条件。富钛料中的钛和其它一些杂质组分被氯化，生成的TiCl4和其它气态物质从熔体中逸出进入收尘、淋洗、冷凝系统。整个操作过程连续进行。定期排放废盐，补加新盐。每次排放废盐量为炉内熔体体积的10%～15%。 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, 炉气组成；常压下, 沸点低于150℃的氯化物，包括TiCl4、SiCl4、CCl4、VOCl3等，冷凝后呈液态溶于粗TiCl4中。 常压下，沸点高于150℃的氯化物，包括CaCl2、MgCl2、MnCl2、FeCl2、AlCl3、FeCl3等，经冷凝，大多数成为固态进入泥浆，一部分可溶入粗TiCl4中。 不被冷凝的气体，其中包括CO、CO2、HCl、N2等。这些气体经冷凝系统后进入尾气处理系统。 固态夹杂物，其中包括颗粒较小的还原剂颗粒，富钛料颗粒以及二次反应产物等。 炉气的冷凝工艺 生产中采用淋洗，冷凝的办法收集TiCl4。在淋洗塔的顶部设有喷头，将低温的TiCl4液体喷成微滴，混有TiCl4的高温炉气在淋洗塔内与之发生热交换，将TiCl4等物质冷凝为液态，由于在常温下，TiCl4具有较高的蒸汽压，因此，为了减少TiCl4的损失量，一般还要采用冷凝操作。 镁还原工艺：还原剂镁：含镁大于99.92%，杂质总和小于0.08%，如果镁锭表面有油污或其它杂质，应预先洗涤将其清除。 TiCl4：TiCl4>99.9%;氩气：Ar含量大于99.99%。氧含量小于0.0015%，氮含量小于0.01%。 镁还原工艺： 首先将清洗过的镁锭或熔融镁加入反应罐内。一般还原剂过理论量50%。再安装好反应器的大盖并抽空检漏。将组装好的反应器吊入还原炉内，在300℃下恒温脱水1小时，然后，继续升温，当温度达到800℃时，开始加入TiCl4。加料速度在反应初期比较慢，在反应中期比较快，到了反应后期再降低加料速度。在反应过程中，每隔一定时间排放一次MgCl2。 更多内容请参阅：《稀有金属冶金学》，冶金工业出版社