有色冶金第十四章 钛 冶 金.ppt

当温度为950～1000℃和 2 x 10-3～3 x 10-3 mmHg的真空条件下，连续加热还原产物时，镁和氯化镁蒸馏出来并凝结在冷凝器上。 真空蒸馏有两种方式，一种是不必从还原罐中取出还原产物，直接进行真空蒸馏。例如，用另一空的还原罐扣在一起作冷凝器。蒸馏之后，凝结有镁和氯化镁的还原罐返回作还原使用。 * 此法可以大为减少还原产物暴露于空气中的时间和作业工时。因为氯化镁吸湿性很强，易水解产生难以挥发的Mg(OH)Cl，影响产品质量。 另一种方式是从还原罐中取出还原产物，放入专门的真空蒸馏设备中进行蒸馏。此法可以提高蒸馏设备的生产率和缩短蒸馏时间。 * 蒸馏设备的结构型式也有两种类型，即上冷式和下冷式。 其区别虽然仅是蒸馏釜和冷凝器的相互位置的颠倒，但下冷式可以使熔融的MgCl2流下来而不单靠蒸发。因此可以缩短蒸馏周期和节省能量。但加热炉必须设在上部。 * 图14－9是由还原罐组合的上冷式真空蒸馏设备。 * 为了防止大气压力作用使罐壳变价，故将蒸馏炉壳也作成密闭形式并在其中形成一定的真空度（10～15mmHg）。 组装好的蒸馏设备，经密封检验之后，放入加热炉中加热和抽真空，罐内的真空度保持在10-3mmHg的条件下继续升温。 当温度高于600～700℃时，镁和氯化镁开始剧烈地蒸发，罐内真空度下降，冷凝器中温度迅速升高。此阶段必须定期关闭电炉。 * 经8～12h蒸发之后，镁和氯化镁完全从海绵钛中挥发出去，罐内压力开始迅速下降，而温度则上升至950～1000℃。然后在此温度下保温，并使罐内压力稳定地保持在5 X 10-3mmHg左右。 保温时间约占整个蒸馏过程所需时间的70～80％、将真空系统关闭来测量罐内的压力，可以准确地判断出蒸馏是否完结。对于上述结构的生产能力为2t海绵钛的设备，蒸馏时间大约需要50～60h。 * 关闭电炉之后，向罐内充以氮气。冷却后拆开，盛有海绵钛的反应罐，送到海绵钛处理工段。 冷凝罐放在还原炉中，密闭和充以氩气，加热熔化后，将MgCl2排放出去。而镁留在罐中继续作还原之用。 真空蒸馏过程的电耗为6～8kW·h／kg（Ti）。 * 还原出来的海绵钛均粘结在罐中，由于在还原前在罐底上放入一块假底，取出海绵钛时将压力机顶杠插入反应罐底孔，加压力顶假底的同时就将其中的海绵钛一起顶出来。 取出的海绵钛除去较脏的底部钛和表面上的一层膜。其中爬壁钛含杂质也较多，应与精钛分别包装。海绵钛较粘，最好不要切碎，以减少其受氧化，直接在压力机上压碎。然后中碎用鳄式破碎机，细碎用盘式破碎机。破碎后按粒度（12～70mm及5～12mm）分成各种商品等级。 * 我国镁还原法生产的海绵钛质量要求，有部颁标准，YB696－70。如表14－8所示。 * 第十一节 钠热还原法生产金属钛 用钠热还原四氯化钛生产金属钛的反应，可用下式表示： TiCl4气+4Na液=Ti固+4NaCl液+790kJ △G°1200K = -640．79kJ 钠法与镁法相比，其主要优点是：反应速度快； 钠的利用率高（接近100％）；操作简单；钠容易纯制；反应产生的NaCl吸湿性小且不发生水解；产品中残留钠极少，可用水浸法就能将金属钛和渣分开。其主要缺点是：反应的热效应高，导出余热困难；钠的化学活性强，操作中必须有可靠的安全措施。 * 钠还原四氯化钛可以在低于NaCl的熔点（801℃）温度直到高于钠的沸点（883℃）温度范围下进行。 在工业生产中，一般是在801～883℃的温度范围内进行还原操作。此时主要是气态的四氯化钛与液态钠进行反应。但也有部分的钠蒸气参与反应。因为在801℃下钠的蒸气压大约为340mmHg。 * 钠还原四氯化钛同样也是通过生成低价氯化钛的中间反应。这些低价氯化钛能溶于NaCl中。 反应生成的钛颗粒也能与四氯化钛作用生成低价氯化钛。低价氯化钛向NaCl熔盐中扩散，同样有可能发生歧化反应。 在TiCl2－NaCl共熔体中，TiCl2占50％时，熔点为605℃；而在TiCl3－NaCl共熔体中，含TiCl3为63.5％时，熔点为462℃ 。此外，发现有TiCl3·3NaCl化合物存在。 * 钠在NaCl中的溶解度也较大（参看表14－9）， 因此，由低价氯化钛还原成钛的过程是在NaCl熔盐中进行的。 * 钠还原TiCl4的方法有一段法和两段法。 一段法是在不锈钢制反应罐中进行。罐内充满氩气并加热至650～700℃。以TiCl4／Na=2.06的理论计算量同时往罐中逐次放入TiCl4和熔融的钠。在还原反应的末期钠加料完毕时，缓慢地加入TiCl4至钠的利用率达100％的程度为止。 当反应开始以后便停止外加热。反应中放出大量的热，要注意将罐内温度控制在850～880℃。可用冷空气吹反应罐的外壁或其它方法将