一種連續生產海綿鈦的方法與流程
2023-05-16 19:59:11
本發明屬於有色金屬冶煉技術領域，具體涉及一種連續生產海綿鈦的方法。
背景技術：
目前，鎂熱法是工業上製備海綿鈦的唯一方法，其可分為TiCl4製備、Mg製備、鎂還原-真空蒸餾、破碎包裝四大工序。鎂熱法生產海綿鈦是在盛裝有過剩熔融金屬鎂的反應容器內連續加入TiCl4發生反應生成海綿鈦，所生成的金屬鈦沉積在反應容器底部，所生成的MgCl2通過上排或下排的方式定期排出，最後使用真空蒸餾的方式對還原所得的海綿鈦進行分離提純。在鎂熱法製備海綿鈦過程中，由於生成的海綿鈦以固態形式沉積於反應容器底部，因此其生成後將佔用反應容器的空間體積，所以當TiCl4加入量達到一定值後必須停止加入TiCl4，並將其運送至真空蒸餾工序。由於還原階段反應容器底部沉積的海綿鈦呈固態，並且易吸收氧氣、吸氮氣，因此傳統鎂熱法海綿鈦製備的還原工序具有非連續式、能耗高、生產周期長、設備利用率低等特點。
目前為了尋找一種降低成本、工藝簡單的製備金屬鈦的方法，相繼出現了FFC、Os、PRP等新型金屬鈦製備工藝，但由於製備成本高、產品質量差等原因而未實現工業化。其中專利CN101157990A公布了一種含鈦物料還原得到金屬鈦的方法，其提出將含鈦物料與碳還原劑混勻，然後加入矽鐵、金屬錫或金屬銅，並在惰性氣體保護下常壓800～1000℃反應，最後進行真空蒸餾以獲得金屬鈦，此方法中錫、銅對還原所獲得的Ti-Si-Fe合金中Ti的吸收效率較低，並且最終所獲得的金屬鈦易被含碳還原劑所汙染。
技術實現要素：
針對現有方法的不足，本發明提供了一種能夠連續生產海綿鈦的方法。本發明方法在補加TiCl4時不停止生產，能夠連續生產海綿鈦，具有能耗低、生產周期短、設備利用率高等優點。
本發明解決上述技術問題的技術方案包括以下步驟：
A、向反應容器中加入熔融的金屬鎂和其它金屬，再加入TiCl4，反應後獲得液態含鈦合金和MgCl2；
B、抽出液態含鈦合金和MgCl2，補加金屬鎂和其它金屬；
C、抽出的液態含鈦合金通過真空蒸餾分離得到金屬鈦；所述的其它金屬為金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中的任意一種。
優選的，上述連續生產海綿鈦的方法步驟A中，當金屬鎂和其他金屬混合體系溫度升至780～800℃時再加入TiCl4。
優選的，上述連續生產海綿鈦的方法步驟A中，TiCl4與起始金屬鎂、其它合金的重量比為3～4︰13︰3～4。
優選的，上述連續生產海綿鈦的方法步驟A中，所述反應條件為：溫度740～850℃，壓力5～25KPa。
優選的，上述連續生產海綿鈦的方法步驟B中，所述補加金屬鎂和其它金屬的添加比例為13︰3～4。
優選的，上述連續生產海綿鈦的方法步驟B中，所述補加的金屬鎂溫度為680～800℃。
優選的，上述連續生產海綿鈦的方法步驟B中，所述補加的其它金屬的溫度為450～800℃。
優選的，上述連續生產海綿鈦的方法步驟C中，所述真空蒸餾的溫度為960～1020℃、真空度為1～10Pa。
優選的，上述方法中，整個過程在惰性氣體下進行。
本法的有益效果是：TiCl4加料前將金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中的任意一種與金屬鎂一同加入還原罐內，金屬鎂還原出的海綿鈦將形成液態低溫含鈦合金，因此實現了TiCl4的連續加入及含鈦合金的連續排出，因此設備利用率提高，勞動生產率提高，還原周期降低。另外此方法具有技術改造投資小、見效快等特點，適用於普通鎂熱法海綿鈦生產企業。
具體實施方式
本發明想要提供一種能耗低、生產周期短、設備利用率高的連續海綿鈦生產方法。
本發明解決上述技術問題的技術方案包括以下步驟：在加入TiCl4前向還原罐內加入金屬鎂及金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中的任意一種；當TiCl4被金屬鎂還原成金屬鈦後，其將與金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中的任意一種形成低熔點液態合金而沉積於還原罐最底部，因此當TiCl4加入量達到一定後通過真空抬包定期將含鈦合金及MgCl2抽出，並通過定期添加一定量液態金屬鎂及金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中任意一種以維持反應界面穩定，最後含鈦合金通過真空蒸餾分離而獲得金屬鈦或金屬鉍、金屬錫、金屬鋅中的任意一種。
上述方法中，TiCl4加入前，反應容器內金屬鎂及金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中任意一種一起升溫至780～800℃。
上述方法中，TiCl4與起始金屬鎂及金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中任意一種的重量比為3～4︰13︰3～4。
上述方法中，反應過程中控制反應容器溫度在740～850℃，控制反應容器壓力在5～25KPa。
上述方法中，反應過程中還原罐內反應界面升高至一定高度，通過真空抬包定期將含鈦合金及氯化鎂抽出，並且按重量比13︰3～4補加液態金屬鎂及金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中的任意一種。
上述方法中，補加金屬鎂及金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中的任意一種溫度分別為680～800℃、450～800℃。
上述方法中，真空抬包抽出的含鈦合金被送至真空蒸餾設備中，蒸餾溫度控制在960～1020℃，蒸餾設備真空度控制為1～10Pa。
上述方法中，各批次排放含鈦液態合金的總重量與補加液鎂及金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中的一種的總重量相同。
上述方法中，還原及真空蒸餾過程中，對反應容器、真空抬包進行惰性氣氛保護。
上述方法中，真空蒸餾分離出的冷凝鎂及冷凝金屬鉍、金屬錫或金屬鋅中的一種用於循環使用。
上述方法中，真空蒸餾後海綿鈦在惰性氣體保護下冷卻至45℃。
實施例1
1)20G，1Cr18Ni9Ti材質反應容器在使用前進行滲鈦，以免其汙染海綿鈦；在使用前進行預加熱，並氣密性測試；
2)按重量比13︰4向氣密性合格的反應容器內加入總重量10噸的金屬鎂及金屬鋅，並升溫至800℃；
3)以200kg/h的料速向還原罐內加入TiCl4，並將壓力控制在正壓5～25KPa；當其加入量達1000kg時，用真空抬包分別排出含鈦合金、氯化鎂各500kg、1000kg；並補加800℃液鎂380kg，補加600℃金屬鋅120kg；
4)對蒸餾設備進行氣密性測試，其氣密性應滿足極限真空度10Pa時洩漏量小於0.27Pa/min；將蒸餾設備升溫至960～1020℃後將含鈦合金加入到真空蒸餾設備內，控制真空度高於1Pa；
5)蒸餾結束後的海綿鈦在惰性氣體保護下冷卻至45℃，並且金屬鋅用於循環使用。
採用以上方法7.5t還原爐的海綿鈦生產率可由0.02t/h提高至0.03t/h，還原生產率提高大於30％，並且經以上工藝條件的還原真空蒸餾過程海綿鈦雜質元素滿足國標GB/T 2524-2010《海綿鈦》1級標準。
實施例2
1)20G，1Cr18Ni9Ti材質反應容器在使用前進行滲鈦，以免其汙染海綿鈦；在使用前進行預加熱，並氣密性測試；
2)按重量比13︰4向氣密性合格的反應容器內加入總重量10噸的金屬鎂及金屬錫，並升溫至800℃；
3)以200kg/h的料速向還原罐內加入TiCl4，並將壓力控制在正壓5～25KPa；當其加入量達1000kg時，用真空抬包分別排出含鈦合金、氯化鎂各500kg、1000kg；並補加800℃液鎂380kg，補加600℃金屬錫120kg；
4)對蒸餾設備進行氣密性測試，其氣密性應滿足極限真空度10Pa時洩漏量小於0.27Pa/min；將蒸餾設備升溫至960～1020℃後將含鈦合金加入到真空蒸餾設備內，控制真空度高於1Pa；
5)蒸餾結束後的海綿鈦在惰性氣體保護下冷卻至45℃，並且金屬錫用於循環使用。
以上工藝條件的還原真空蒸餾過程海綿鈦雜質元素滿足國標GB/T 2524-2010《海綿鈦》1級標準。