【2017年整理】镁热还原法生产海绵钛蒸馏过程机理---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都.docVIP

PAGE \* Arabic 1 镁热还原法生产海绵钛蒸馏过程机理乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都 原创 邹建新 王能为 教授等 经排放MgCl2操作后的镁还原产物，含钛55%-60%、镁25%-30%、MgCl210%-15%，还有少量TiCl3和TiCl2。常用真空蒸馏法将海绵钛中的镁和MgCl2分离除去。 蒸馏法是利用蒸馏物各组分某些特性差异而进行的分离方法。真空蒸馏是基于在温度800~1000 ℃下镁与氯化镁有较大的蒸气压，而钛的蒸气压很小,让镁及氯化镁在真空下挥发后冷凝在冷凝器上,钛留在原来的还原罐内，从而使钛与其他组分分离。 蒸馏法是根据Mg和MgCl2 在温度700～1000℃蒸汽压较高，而Ti在同温度下蒸汽压很低，因而可利用它们在高温下蒸汽压相差很大，从而Mg和MgCl2化Mg对Ti的相对挥发度（分离系数）很大的原理进行分离。采用常压蒸馏时，由于MgCl2比Mg的沸点高，分离MgCl2比Mg困难，提高蒸馏温度将导致海绵钛与铁制容器壁生成Ti-Fe合金而污染产品，同时在常压高温下，Ti、Mg和MgCl2 与水蒸气以及Mg和Ti与空气中的氧、氮均易作用。而在真空条件下蒸馏时，Mg和MgCl2 的沸点将大大降低，挥发度比常压蒸馏时大很多倍，因此采用真空蒸馏可以降低蒸馏温度和提高Mg和MgCl2 的挥发速度，还可以减少产品钛被罐体铁壁和空气中的氧、氮污染。 镁还原产物中上述各种成分的沸点差异是比较大的，相应的挥发性也有很大差别。在标准状态下，镁的沸点为1 107℃，MgCl2为1 418℃，钛为3 262℃；在常压和900℃时，镁的平衡蒸汽压为1.3×104Pa，MgCl2为975Pa，钛为1×10-8Pa。采用真空蒸馏可以使各组分的沸点大幅度下降，Mg和MgCl2的挥发速度比常压蒸馏大很多倍，因此可以采用比较低的蒸馏温度。 蒸馏过程按时间顺序分为3个阶段，即初期、中期和后期。蒸馏初期主要脱除的挥发分为：MgCl2吸水后形成的MgCl2·nH2O中的结晶水，还原产物中TiCl2和TiCl3分解后产生的TiCl4气体，大部分裸露在海绵钛块外表的Mg和MgCl2。中后期即恒温阶段至终点，主要脱除钛坨中毛细孔深处残留约2%的MgCl2，此时蒸馏速度较慢。相关研究表明，在长时间的蒸馏高温及自重影响下，海绵钛内部结构不断地收缩挤压，而且蒸馏时间越长，收缩挤压越严重，海绵钛的结构变得更致密。 蒸馏过程中，MgCl2向外迁移和挥发的过程如下： (1) MgCl2通过海绵钛内部从毛细孔向钛坨外表面迁移，并到达钛坨外表层。 (2) 钛坨表面的MgCl2脱附并从表面挥发。 (3) MgCl2通过气体扩散，排出炉外。 (4) MgCl2气体在冷凝区冷凝收集。 其中，第二步骤为控制性环节。 以上各个步骤既相互联系又相互影响，相关研究表明，蒸馏过程的速度取决于最慢的步骤，这个最慢的步骤通常称为控制步骤。在一般情况下，Mg和MgCl2在海绵钛孔隙中的扩散速度和蒸发速度常成为控制步骤。随着温度的升高，Mg和MgCl2从还原物表面蒸发，待钛块表面的Mg和MgCl2蒸发完后，海绵钛毛细 孔中的Mg和MgCl2再开始蒸发。一般蒸馏温度为950-1 000℃，不要超过1 020℃，在蒸馏生产中采用比较缓慢的升温速度，以防止海绵钛过早烧结，闭塞其毛细孔。 蒸馏过程中，要保持一定的真空度，研究表明，在其他相同条件下，真空蒸发的速度比在常温下蒸发的速度要快得多，且真空度越高，Mg和MgCl2的蒸发速度越快，蒸馏周期越短，同时还可减少海绵钛被氧、氮等污染。还原产物海绵钛在真空蒸馏过程中经受长期高温烧结，逐渐致密化、毛细孔逐渐缩小，树枝状结构消失，最后呈一坨状整块，俗称钛坨。 蒸馏的温度通常选取1 000℃左右为宜，以防止高温下钛和铁罐反应生成钛铁合金，同时还可保证蒸馏罐的强度。炉内蒸馏压力一般选取0.07 Pa左右，既保证蒸馏速度，又能控制成本。 参考文献：《钒钛产品生产工艺与设备》，北京：化学工业出版社，作者：邹建新等，2014.01 《钒钛物理化学》，北京：化工出版社，作者：邹建新，2016 （钒钛资源综合利用四川省重点实验室【攀枝花学院】， HYPERLINK mailto:cnzoujx@ cnzoujx@） 四川省钒钛工程技术中心 全球最大的CFA(特许金融分析师)培训中心 PAGE \* MERGEFORMAT 2 PAGE \* MERGEFORMAT 2 电话：400-600-8011 网址： HYPERLINK / 微信公众号：gaoduncfa 金融毕业生学习CFA有什么好处？ 　　关于金融专业的学习，CFA的优势，以及考完后金融行业就业状况如何，本文将目前金融行业分为四大类，分