海绵钛生产技术进展.pdf

2010年2月
云冶金
第39卷第1期(总第220期)
YENNAN METALLURGY
Yol. 39. No. 1 (Sum220)
海绵钛生产技术进展
杨明,杨钢,唐仁杰,张玲
云南新立有色金属有限公司,云南昆明650100
摘?:海绵钛主要用于制备钛及其合金,因其具有熔点高、耐腐蚀、高此强度、高低温性能好、无磁性等
突出优点,而被广泛应用。文章论述∫海绵钛的形成过程、形成原理、生产工艺及镁还原蒸馏联合设备,着重对
海编钛生产中还原蒸馏工艺及其研究新进展进行了详细阐述,并对海绵铽质量的影响因素进行了综合分析
关键词:海绵钛;还原;蒸馏;生产工艺
中图分类号:T7823文献标识码
文章编号:1006-0308(2010)01-0045-05
Development of Titanium Sponge Production Process
YANG Ming, YANG Gang, TANG, Ren-jie, ZHANG
Yunnan Xinli Nonferrous Metals Co. Ltd Kunming, Yunnan 650100, China
ABSTRACT: Titanium sponge is mainly used for preparation of
and its alloys, whir.h are widely used for its excellent pro-
en ies, such as ig mein p d corosion resistanc h speific eg h, n magnetism an on. This paper cuses on
lion of magnesium reduclion-distillation press in titaniun sponge pmu tion and the latest developrnent. The proeess and mechanism of ti
tanum s og oma,,, t n a e nd um n of m um r u ti roces r al icu d
The influence factors on titarium sponge qualily are analyzed additionall
KEY WORDS: titanium sponge; reduction; distillation; production process
国内外在海绵钛生产领域取得了许多新成果,对进
步推动钛工业的发展具有重要意义。
钛在地壳中的含量约为0.6%,占第9位。在
已探明储量中我国占世界总储量的49%,居世界2海绵钛制取
首位。通过与不锈钢、铝合金等材料的对比,发现
海绵钛牛产工艺是以高钛渣、石油焦和氯气为
钛的比强度大约为不锈钢的3倍,为铝合金的1.3原料生产TiC4,再将TCl4还原生产海绵钛。制备
倍。钛及其合金是优秀的结构材料和功能材料,因海绵钛有很多方法。迄今为止,真正实现海绵钛生
具有高比蝨度和耐腐蚀性而被称作“太空金属”和产工业化的只有Krol法(镁热还原法)和 Hunter
“海洋金属”,在航空航天、海洋工程、电力、化工、法(钠热还原法),这两种方法的比较见表1。
治金、汽车以及日常生活中的应用将越来越广泛
着采用 Hunter法生产海绵钛的美国RMI(活性
海绵钛工业生产起源于1947年的美国杜邦公金属工业公司)以及英国狄赛德钛公司的关闭,
此后前苏联、日本、中国、英国等相继加人了现在 Hunter法已经被淘汰,Krol法占据主导地位。
海绵钛生产行业。目前,生产上仍沿用“钛矿物
全球目前仅有中国、日本、美国、俄罗斯、哈
→海绵钛一钛材/钛合金”的工∵艺流程。近年来,萨克斯坦和乌克兰6个国家生产海绵钛,且生产工
收高日期:2009-07-14
作者简介:杨明(1981-)》,男,辽宁沈阳人,助理下.程师。主要研究方向:海编生产技术。
基金项目:昆科技字《09G)020002号
2(10年2月
云南治金
Fel.2010
笫39卷弟↓期(总第220期
YUNNAN METALLURGY
lL.39.Na、1(Sum220)
艺全部采用Kml法。工业生产海绵钛的工艺流程图见图1。
表1镁还原法和钠还原法的比较
ab 1 Comparison of magnesium reduction process and sodium reduction process
}
项目
钠还原法
镁还原法
还原剂特.
钠熔点低,易于净制和输送
姩点低,浄制和输送较困难
2还原产物处理方法
NaCl不吸水,不潮解,可用水洗除浄
易吸水,易潮解,宣用空蒸馏賒去
投资情况
设备较简单,投资较低
设备复,投资大
4海绵钛特点
含铁氧少,耐含CI多;海绵块小,且含Cl少;海缩傲块大,且致密、粉末少,松装密度大
流松、粉宋多,松裟密度小(0.1g/cam2(1.2g/cm2~1.3g/em')
O&g/cm
5产品熔铸性能
鞍差,挥发分多
好、挥发分少
6还原作业情况
速度快,放热量大,操作简单;炉产能小速度稍慢,放热牡稍小,操作較复杂;炉产能大
工,-个国家或企业海绵钛生产技术主要体现在
金红石
钛铁矿
还原蒸馏τ艺上。
2.1还原
钛铁精矿
还原反应是一个复杂的多相反应,反应涉及到
富集
相变中的成核问题,成核的核心在反应过程中起重
富钛物料
石油焦
要作用。由于存在众多的核心同时成核和长大
粗TC
后来的钛品体的生长只能在原树枝状晶枝空隙中纵
AI粉或Cu
精制
横交错的生长,逐渐填满空隙,经过一段肘间树技
Ar精TiCl4
状结构消失而呈坨状,即钛坨。反应郊下
Ticl+2mg=Ti+2MGC +Q
Mg# Cl2
Igcl
电解
全流程海绵钛生产工艺,可实现金属镁、氯气
真空馏
的循环使用。由于还原反应副产品大部分是氯化
镁,为使反应顺剩进行和保证反应效率,在还原过
取出、破碎、分级、包
程中必需将氯化镁排除还原炉。将排化的氯化镁运
到电解车间电解,同时又将精烁过的液镁用真空抬
海绵钛
图1海绵钛工艺流程图
包从电解车间直接输人还原器,以供还原使用。镁
Pig. I Flow chart of titanium spenge production
电解车间产出的氯气直接输送到氯化车间以供循环
使用,减少海绵钛生产对生悆环境的污染,同时降
镁还原制取海缔钛的原理是:在800℃低生产能耗,节约能源。循环工艺如图2所示。
850℃的反应器中,氩气保护环境下,让精四氯化
氯气
钛和金属镁经还原反应得到海绵状的金属钛利氯化
镁,将氲化镁排除还原炉,用真空蒸馏的方法除去
粗TYCl
海绵钛孔隙中残留的氯化镁和镁,从而获得海绵
精TCl
钛。排出的氯化镁经电解回收镁和氯气,循环使
液体镁
用。蒸馏泠凝物经熔化后排出氯化镁,剩余镁可继
镁还原剂还原