鈦冶煉工藝

前言

　　鈦及鈦合金，由于其優(yōu)良的理化性質(zhì)和應用效能，在國民經(jīng)濟許多部門有著廣泛的用途。過去因為價格昂貴，很長時間主要用于國防軍工，民用不多。近年來，隨著我國鈦冶煉技術(shù)的進步，質(zhì)量提高，成本降低，應用領(lǐng)域擴大，銷售量激增。在這種情況下，老的鈦廠不斷擴產(chǎn)，新的鈦廠紛紛上馬，呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。因此，鈦廠職工的培訓，需要教材；工程技術(shù)人員需要參考書；另外，在我國高等教育中，很長一段時間以來，由于種種原因，一些學校減少了生產(chǎn)實習次數(shù)，還有一些學校取消了課程設計和畢業(yè)設計，基本上都轉(zhuǎn)向做論文，學生工程訓練有所削弱，因此，高校有色及稀有金屬冶金專業(yè)也需要這方面的教材和專著。為適應社會需求和滿足高校教學之需，我們編寫了本書?！　”緯环矫婵偨Y(jié)了編者長期從事鈦冶金教學、培訓與科研工作的資料，同時結(jié)合國內(nèi)鈦冶煉企業(yè)的實際情況而編寫，重點介紹了鈦冶煉的工藝過程，對鈦冶金過程中的一些熱力學計算和物料平衡、熱量平衡以例題形式作了定量介紹。力求做到：過程全、信息新、內(nèi)容廣、有理論、有實踐?！　≡诰帉戇^程中，得到恩師彭少方教授的鼓勵和關(guān)心，得到攀鋼鋼企金沙鈦業(yè)有限公司汪智德總經(jīng)理、張建安副總經(jīng)理的大力支持，萬仁述高工提供了一部分資料，在此對他們表示衷心感謝。　　由于編者水平有限，時間倉促，不妥之處敬請讀者批評指正?！　【幹摺　∮谒拇ù髮W

內(nèi)容概要

　　《鈦冶煉工藝》詳盡地介紹了鈦冶煉生產(chǎn)的全過程，包括人造金紅石和鈦渣的生產(chǎn)，四氧化鈦的生產(chǎn)，海綿鈦的生產(chǎn)，金屬鈦的生產(chǎn)等。對鈦及其重要化合物的性質(zhì)作了簡述，對鈦冶金過程中的-些熱力學計算和物料平衡、熱量平衡以例題形式作了定量介紹?！垛佉睙捁に嚒肥亲髡叨嗄昕茖W生產(chǎn)實踐與企業(yè)培訓經(jīng)驗的總結(jié)，生產(chǎn)過程具體，技術(shù)實用，對鈦生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)人員具有較強的參考價值，同時，也可以用作企業(yè)的職工培訓。

書籍目錄

第1章 概論11.1 鈦冶金發(fā)展簡史11.1.1 鈦的發(fā)現(xiàn)及實驗室研究11.1.2 國外金屬鈦工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展情況11.1.3 我國鈦工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展及目前狀況31.1.4 世界幾家主要海綿鈦廠簡介41.2 鈦資源概況51.2.1 鈦在地殼中的分布51.2.2 鈦礦物的種類及其一般特征61.2.3 鈦礦物形成的礦床71.2.4 鈦礦的儲量及其開采101.2.5 國內(nèi)外鈦精礦的化學組成151.2.6 我國天然金紅石及鈦鐵礦精礦標準及產(chǎn)能151.3 金屬鈦的應用191.4 金屬鈦的生產(chǎn)方法簡介25第2章 鈦及其重要化合物的性質(zhì)282.1 鈦的性質(zhì)282.1.1 金屬鈦的物理性質(zhì)和熱力學性質(zhì)282.1.2 化學性質(zhì)282.1.3 力學性能342.2 鈦的重要化合物的性質(zhì)352.2.1 氧化物352.2.2 鹵化物及氯氧化物402.2.3 碳化物、氮化物、硼化物及氫化物452.2.4 鈦的無機鹽和有機化合物49第3章 人造金紅石和鈦渣的生產(chǎn)503.1 人造金紅石的生產(chǎn)513.1.1 選擇性氯化法523.1.2 還原?銹蝕法543.1.3 稀硫酸浸出法563.1.4 BCA稀鹽酸循環(huán)浸出法573.1.5 濃鹽酸浸出法603.1.6 選?冶聯(lián)合稀鹽酸加壓浸出法603.1.7 稀鹽酸流態(tài)化浸出法633.1.8 其他方法633.2 鈦渣熔煉633.2.1 鈦渣熔煉概況643.2.2 電爐還原熔煉鈦渣的原理653.2.3 鈦渣的相結(jié)構(gòu)、化學組成及主要物理性質(zhì)683.2.4 影響鈦渣熔煉的主要因素743.3 鈦渣生產(chǎn)工藝流程773.3.1 原料準備793.3.2 電爐料制備803.3.3 電爐熔煉803.3.4 成品渣加工803.4 鈦渣生產(chǎn)的主要設備813.4.1 破碎磨粉設備813.4.2 電爐料制備設備813.4.3 電爐設備823.4.4 燒穿器和渣包903.4.5 磁選設備903.5 鈦渣生產(chǎn)實踐903.5.1 原料準備903.5.2 電爐料制備913.5.3 電爐熔煉923.5.4 成品渣加工953.6 鈦渣熔煉的物料平衡及熱量平衡963.7 有代表性的鈦渣生產(chǎn)實例1023.7.1 QIT公司的鈦渣熔煉1023.7.2 前蘇聯(lián)的鈦渣熔煉1043.7.3 我國的鈦渣熔煉1053.8 鈦渣電爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟指標1053.8.1 我國某廠6300kV·A電爐的技術(shù)經(jīng)濟指標1053.8.2 前蘇聯(lián)半密閉電爐熔煉鈦渣的主要指標1063.9 鈦渣生產(chǎn)的發(fā)展方向1073.10 節(jié)能措施112第4章 粗TiCl4的生產(chǎn)1134.1 氯化過程的基本原理1134.1.1 氯化過程的熱力學分析1134.1.2 氯化過程的動力學分析1264.1.3 影響氯化的因素1284.2 氯化工藝1304.2.1 氯化方法概述1304.2.2 鈦渣的沸騰氯化1334.2.3 鈦渣的熔鹽氯化1584.3 節(jié)能措施164第5章 粗TiCl4的精制1655.1 精制的原理和方法1655.1.1 粗四氯化鈦中雜質(zhì)的分類1655.1.2 用蒸餾和精餾的方法除去高沸點雜質(zhì)和低沸點雜質(zhì)的基本原理1675.1.3 除釩的原理和方法1695.2 精制工藝流程1745.3 精制主要設備1755.3.1 浮閥塔1755.3.2 銅絲塔1785.3.3 蒸餾釜1785.3.4 冷凝器1795.4 精制工藝1795.4.1 對粗TiCl4的要求1795.4.2 精餾塔的操作1805.4.3 銅絲塔的操作1825.5 節(jié)能措施1845.6 對精TiCl4的質(zhì)量要求184第6章 鎂熱還原法生產(chǎn)海綿鈦1856.1 鎂還原TiCl4反應的理論基礎1856.1.1 鎂還原反應的熱力學1866.1.2 還原反應的機理和動力學1896.2 真空蒸餾的理論基礎1956.2.1 真空蒸餾的原理和過程1956.2.2 真空蒸餾動力學1986.3 生產(chǎn)準備2016.3.1 原材料準備(加液鎂工藝)2016.3.2 還原設備準備(滲鈦工藝)2026.4 鎂還原TiCl4的生產(chǎn)工藝和主要設備2036.4.1 工藝流程2036.4.2 鎂還原生產(chǎn)過程及工藝條件的選擇2046.4.3 還原結(jié)束及產(chǎn)品冷卻、拆卸2066.4.4 還原設備2066.5 真空蒸餾工藝流程和主要設備2126.5.1 還原?蒸餾分開式生產(chǎn)的工藝流程2126.5.2 Ⅰ型半聯(lián)合法(及聯(lián)合法)和倒U形聯(lián)合法流程2126.5.3 真空蒸餾主要設備2156.6 真空蒸餾生產(chǎn)工藝2206.6.1 蒸餾設備的安裝和準備2206.6.2 真空蒸餾過程及工藝條件的選擇2206.6.3 真空蒸餾結(jié)束2216.6.4 真空蒸餾可能發(fā)生的故障和處理2216.6.5 自控與車間布置2236.7 海綿鈦的后處理2236.7.1 產(chǎn)品取出2256.7.2 產(chǎn)品破碎2256.7.3 產(chǎn)品挑選2266.7.4 產(chǎn)品包裝2276.8 提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施2276.8.1 鐵2276.8.2 氯根(Cl-)2296.8.3 氮2306.8.4 氧2316.8.5 其他雜質(zhì)2316.8.6 產(chǎn)品硬度2326.9 鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)的成本分析2336.10 節(jié)能措施2336.11 對鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)過程的評價2346.11.1 世界幾個主要海綿鈦生產(chǎn)國近幾年的產(chǎn)能和產(chǎn)量2346.11.2 我國海綿鈦生產(chǎn)線情況統(tǒng)計2366.11.3 海綿鈦生產(chǎn)過程的評價2366.11.4 海綿鈦生產(chǎn)目前狀況及發(fā)展趨勢237第7章 鈉熱還原法生產(chǎn)海綿鈦2407.1 鈉熱還原TiCl4生產(chǎn)海綿鈦的熱力學2407.1.1 鈉熱還原反應標準自由焓變化ΔG0T與溫度T的關(guān)系2407.1.2 鈉熱反應的反應熱2437.1.3 Na?NaCl二元系、TiCl3?NaCl二元系、TiCl2?NaCl二元系和TiCl3?TiCl2?NaCl三元系簡介2447.2 鈉熱還原法生產(chǎn)海綿鈦的工藝流程2477.3 還原劑鈉的凈化提純和準備2477.4 鈉熱還原TiCl4制取海綿鈦的生產(chǎn)方法2497.4.1 一段還原法2507.4.2 二段還原法2577.4.3 從反應產(chǎn)物中分離出鈦2597.5 鈉熱還原法所得海綿鈦的質(zhì)量2607.6 節(jié)能措施2617.7 鈉熱法與鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)的比較262第8章 其他制取金屬鈦的方法2648.1 以TiCl4為原料制取金屬鈦2658.2 以TiO2為原料制取金屬鈦2678.2.1 TiO2的金屬熱還原2678.2.2 TiO2直接電解還原制取金屬鈦2708.3 TiCl4的電解還原2728.3.1 電解質(zhì)體系的選擇2728.3.2 鈦氯化物在熔鹽中的理論分解電壓2738.3.3 電解工藝2758.4 TiO2的熔鹽電解2768.5 鈦粉的生產(chǎn)2788.5.1 TiO2的鈣還原法2788.5.2 海綿鈦直接粉碎法2788.5.3 熔鹽電解法2788.5.4 熔鹽電解精煉處理殘鈦法生產(chǎn)鈦粉(見8.6 )2788.5.5 氫化?脫氫法(HDHProcess)2788.6 殘鈦的回收利用——鈦的電解精煉2798.6.1 廢殘鈦的來源2798.6.2 殘鈦回收處理后的利用2808.6.3 鈦的熔鹽電解精煉2808.6.4 電解精煉的電解槽結(jié)構(gòu)2848.6.5 陰極析出物的濕法冶金處理2848.6.6 電解精煉鈦的質(zhì)量2858.7 高純鈦的生產(chǎn)——碘化物熱離解法286第9章 致密金屬鈦的生產(chǎn)2899.1 電弧熔煉法2899.1.1 非自耗電極真空電弧爐2899.1.2 自耗電極真空電弧爐2919.1.3 自耗電極真空電弧熔煉工藝2919.1.4 自耗電極真空電弧熔煉實例2939.2 粉末冶金法294第10章 MgCl2的電解和粗鎂的精煉29610.1 氯化鎂電解的基本原理29810.1.1 電解的基本原理29810.1.2 電流效率和電能效率的計算29910.2 鎂電解的主要設備30210.2.1 電解槽30210.2.2 氯壓機和陽極氯氣處理系統(tǒng)30810.2.3 陰極氣體處理系統(tǒng)30910.3 鎂電解操作工藝31110.3.1 電解槽的烤槽和啟動31110.3.2 電解槽的加料和排廢電解質(zhì)31310.3.3 出鎂31310.3.4 出渣31410.3.5 電解槽的溫度和極距31410.3.6 電解槽故障及消除方法31610.3.7 鎂電解槽的節(jié)能31710.4 鎂的精煉318第11章 鈦冶金中的三廢處理和工業(yè)衛(wèi)生32111.1 三廢處理32111.1.1 廢氣和廢渣的處理32111.1.2 廢水和廢液的處理32411.2 工業(yè)衛(wèi)生及安全32511.2.1 氯和一些氯化物對人體的危害及安全知識32611.2.2 放射性物質(zhì)的危害32811.2.3 CO的危害32911.2.4 安全防御措施329參考文獻332附錄339表1 常用鈦化合物的基本性質(zhì)339表2 TiCl4及其中所含雜質(zhì)的某些性質(zhì)340表3 鎂還原系各組分性質(zhì)比較341表4 中國、美國、日本、前蘇聯(lián)海綿鈦標準的主要技術(shù)指標341

章節(jié)摘錄

　　3.5.2.2 混捏操作　　1000L混捏機的實踐：首先通蒸汽預熱鍋體20min，隨后啟動運轉(zhuǎn)；運轉(zhuǎn)正常，把配好的批料放進鍋內(nèi)強力攪拌20－25min；料混合均勻，能捏合成團時，打開放料口把料排出鍋外，接著再加第二批料?；炷髾C正常操作的蒸汽壓力是0.6MPa（約6kgf／cm2），爐料出鍋溫度90－100C。3.5.2.3 壓團　　爐料混捏好之前一分鐘開動對輥壓團機，并調(diào)好下料量?；炷罅铣鲥伜?，落在對輥上，便被壓成團料。團料落在皮帶運輸機上，經(jīng)充分冷卻進入盛料罐，然后運到電爐備用?！　?.5.3 電爐熔煉　　制備好的電爐團料，經(jīng)提升機輸送到電爐爐頂?shù)募恿掀脚_待用.　　在敞口電爐間歇式熔煉的情況下，電爐的正常操作為“搗爐一加料一放下電極一送電熔煉一出爐”的周期性作業(yè)，即一爐一爐地熔煉。　　3.5.3.1 電工制度選擇　　選擇合理的電工制度（二次工作電壓和二次工作電流）是保證電爐運行取得最佳技術(shù)經(jīng)濟指標的重要條件。每一臺爐子都有自己的電工制度，要在實踐中研究確定。　　在電極極心圓固定之后，二次電壓是與之相適應的，其大小要考慮電效率和熱效率。電壓高電效率高，電弧弧柱長，相間熔通快，爐功率平穩(wěn)易調(diào)，變壓器功率利用率也高，但是“坩堝”（電極熔池）塌料嚴重，電極上抬，過早地進入敞弧工作狀態(tài)，會降低熱效率。電壓低熱效率高，但電效率低，電弧弧柱短，相間熔通慢，爐功率變化頻繁，調(diào)整困難。因此，對相同容量的礦熱電爐，熔煉鈦渣時的二次電壓比熔煉鐵合金要高20－30V。　　工作電流在一個熔煉周期中是變動的，使用自焙式電極的鈦渣電爐熔煉的階段性十分明顯，可以分成三個時期?！　〉谝?，低電流穩(wěn)定期 開始送電，電極間的爐料有較大的電阻，爐子受電困難，同時也為了控制電負荷焙燒電極，二次電流僅只是額定值的30％。在這一時期電極電流穩(wěn)定，應盡量不調(diào)動電極下插深度，讓其周圍的爐料“安靜”地升溫燒結(jié)。要避免電流大，造成上抬電極，致使“坩堝”塌料，爐渣翻騰，電流再增大，再上抬電極的惡性循環(huán)操作。

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