CN106916971A - 一种质量好的海绵钛的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种质量好的海绵钛的生产方法，钛铁矿与无烟煤进行还原反应，制成钛渣，备用；将钛渣和石油焦混合后，悬浮在氯化钠熔盐中，通入氯气，得粗制四氯化钛；粗制四氯化钛于精馏塔中进行精馏，得到四氯化钛试验液；向四氯化钛试验液中加入铝粉，制成精制四氯化钛；将金属镁装入反应器中，将氯化镁颗粒覆盖在金属镁层上，真空后，通入氮气和氯气至正压；入炉，加入精制四氯化钛进行还原反应，排出氯化镁，即得。本发明方法降低了产品杂质含量，改变了产品外观颜色，提高了成品率，提高了产品质量。

Description

一种质量好的海绵钛的生产方法
技术领域
本发明涉及一种海绵钛的生产方法，特别是一种质量好的海绵钛的生产方法。
背景技术
海绵钛是金属热还原法生产出的海绵状金属钛。纯度(质量)一般为99.1％-99.7％。杂质元素(质量)总量为0.3％-0.9％，杂质元素氧(质量)为0.06％-0.20％，硬度(HB)为100-157，根据纯度的不同分为MHTiO至MHTi4五个等级。海绵钛为制取工业钛合金的主要原料。
海绵钛生产是钛工业的基础环节，它是钛材、钛粉及其他钛构件的原料。把钛铁矿变成四氯化钛，再放到密封的不锈钢罐中，充以氩气，使它们与金属镁反应，就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的，还必须把它们在电炉中熔化成液体，才能铸成钛锭。
镁还原真空蒸馏法生产海绵钛，是将原料镁与精四氯化钛在一定条件下、在反应器内反应生产海绵钛。现实生产中遇到的难题是：由于液体镁中的杂质氧化镁比液体镁密度轻、漂浮在液体镁上面、影响还原反应速度；另一个就是其他非金属杂质夹杂在液体镁中、影响反应速度，进而影响产品质量。由于没有氯化镁存在，影响液体镁与反应器壁之间的湿润性，增加了海绵钛中的铁含量；以上问题导致了首次反应中存在大量的二氯化钛与三氯化钛进行二次反应、生成颗粒钛，影响产品外观颜色，降低成品率，影响后期蒸馏效果，增加产品杂质含量，影响产品质量；另一个就是颗粒钛夹杂在海绵钛缝隙中，堵塞液体镁上爬的通道，降低了镁的利用率，增加了成本。
发明内容
本发明的目的，是提供一种质量好的海绵钛的生产方法。本发明方法降低了产品杂质含量，改变了产品外观颜色，提高了成品率，提高了产品质量。
本发明是这样实现的：
一种质量好的海绵钛的生产方法，包括以下步骤：
(1)取钛铁矿，1600-1900℃下，按钛铁矿与无烟煤的重量比为4-6:1的比例加入无烟煤进行还原反应，制成钛渣，备用；
(2)将钛渣和石油焦按重量比为6-8:1混合后，悬浮在氯化钠熔盐中，通入氯气，得粗制四氯化钛；
(3)粗制四氯化钛于精馏塔中进行精馏，控制精馏塔各参数为：进料速度10-12t/h，进料温度65-75℃，回流比50-80，塔顶温度130-135℃，回流液温度80-90℃，塔顶压力-1-3kPa，采出速度为进料速度为1-4％；得到四氯化钛试验液；
(4)按四氯化钛试验液与铝粉的重量比为10-12：1的比例向四氯化钛试验液中加入铝粉，130-140℃下反应，制成精制四氯化钛；
(5)将金属镁装入反应器中，按氯化镁和镁的重量比为6-8:1将氯化镁颗粒覆盖在金属镁层上，真空40-50分钟后，通入氮气和氯气至正压0.02-0.04MPa；入炉，加入精制四氯化钛进行还原反应，排出氯化镁，即得。
前述质量好的海绵钛的制作工艺，所述步骤(5)中，金属镁、氯化镁和四氯化钛的重量比为10:0.8-1.2:23。
前述质量好的海绵钛的制作工艺，所述金属镁、氯化镁和四氯化钛的重量比为10:1:23。
前述质量好的海绵钛的制作工艺，所述步骤(5)中，精制四氯化钛加入时，四氯化钛的加入速度为1.5-2.5t/h。
前述质量好的海绵钛的制作工艺，所述步骤(5)中，通入氮气和氯气时，按流速为0.25-0.35m/s的速度通入氮气和氯气；氯气的质量流量为四氯化碳的28％，氯气的质量流量为四氯化碳的72％。
前述质量好的海绵钛的制作工艺，所述步骤(5)中，入炉后的温度变化为：150℃恒温脱气1.5-2.5h；200℃恒温脱气1.5-2.5h；300℃恒温脱气1.5-2.5h；然后升温至800-880℃加入四氯化钛进行还原反应。
前述质量好的海绵钛的制作工艺，所述步骤(5)中，分10次加入四氯化钛，第1次到第10次的重量比为0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：1.1-1.3：0.9-1.1:0.9-1.1；分10次排氯化镁，第1次到第10次的重量比为1.1-1.3：1.0-1.2：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：1.1-1.3：1.1-1.3：0.9-1.1:0.8-1.0。
前述质量好的海绵钛的制作工艺，所述步骤(3)为：粗制四氯化钛于精馏塔中进行精馏，控制精馏塔各参数为：进料速度11t/h，进料温度65-75℃，回流比65，塔顶温度130-135℃，回流液温度80-90℃，塔顶压力-1-3kPa，采出速度为进料速度为2％；得到四氯化钛试验液。
申请人对海绵钛的生产方法进行了长期的大量的试验研究，部分试验如下：
1试验材料
1.1对比海绵钛1：市售；
1.2对比海绵钛2：制作工艺为：石油焦和熔融钛铁矿在1600℃-1800℃还原得到二氧化钛，在900℃下，通入氯气和二氧化钛反应得到四氯化钛，备用；在反应罐中放入纯金属镁，充满氩气，加热使镁融化后，在800-900℃下加入四氯化钛，排出氯化镁，即得。
1.3本发明海绵钛：按实施例1进行生产。
2方法和结果
对对比海绵钛和本发明海绵钛指标进行了对比，具体结果件表1、表2和表3.
表1对比海绵钛1
表2对比海绵钛2
表3采用实施例1进行生产的海绵钛
从表1、表2和表3中可以明显看出，本发明实施例1方法所生产的海绵钛比原有工艺所生产的海绵钛质量明显提高。经检测，本发明生产的海绵钛对下游加工钛材的熔钛锭工艺带来了非常有利条件，减少了熔锭的偏析问题，及增加了熔锭坩埚的使用寿命。
与现有技术相比，本发明方法降低了产品杂质含量，改变了产品外观颜色，提高了成品率，提高了产品质量。
具体实施方式
实施例1。
一种质量好的海绵钛的生产方法，包括以下步骤：
(1)取钛铁矿，1600-1900℃下，按钛铁矿与无烟煤的重量比为5:1的比例加入无烟煤进行还原反应，制成钛渣，备用；
(2)将钛渣和石油焦按重量比为7:1混合后，悬浮在氯化钠熔盐中，通入氯气，得粗制四氯化钛；
(3)粗制四氯化钛于精馏塔中进行精馏，控制精馏塔各参数为：进料速度11t/h，进料温度65-75℃，回流比65，塔顶温度130-135℃，回流液温度80-90℃，塔顶压力-1-3kPa，采出速度为进料速度为2％；得到四氯化钛试验液；
(4)按四氯化钛试验液与铝粉的重量比为11：1的比例向四氯化钛试验液中加入铝粉，130-140℃下反应，制成精制四氯化钛；
(5)将金属镁装入反应器中，按氯化镁和镁的重量比为7:1将氯化镁颗粒覆盖在金属镁层上，真空45分钟后，通入氮气和氯气至正压0.02-0.04MPa；入炉，加入精制四氯化钛进行还原反应，排出氯化镁，即得；所述金属镁、氯化镁和四氯化钛的重量比为10:1:23；精制四氯化钛加入时，四氯化钛的加入速度为2.0t/h；通入氮气和氯气时，按流速为0.30m/s的速度通入氮气和氯气；氯气的质量流量为四氯化碳的28％，氯气的质量流量为四氯化碳的72％；入炉后的温度变化为：150℃恒温脱气2.0h；200℃恒温脱气2.0h；300℃恒温脱气2.0h；然后升温至800-880℃加入四氯化钛进行还原反应；分10次加入四氯化钛，第1次到第10次的重量比为1：1：1：1：1：1：1：1.2：1:1；分10次排氯化镁，第1次到第10次的重量比为1.2：1.1：1：1：1：1：1.2：1.2：1:0.9。
实施例2.
一种质量好的海绵钛的生产方法，包括以下步骤：
(1)取钛铁矿，1600-1900℃下，按钛铁矿与无烟煤的重量比为6:1的比例加入无烟煤进行还原反应，制成钛渣，备用；
(2)将钛渣和石油焦按重量比为8:1混合后，悬浮在氯化钠熔盐中，通入氯气，得粗制四氯化钛；
(3)粗制四氯化钛于精馏塔中进行精馏，控制精馏塔各参数为：进料速度12t/h，进料温度65-75℃，回流比80，塔顶温度130-135℃，回流液温度80-90℃，塔顶压力-1-3kPa，采出速度为进料速度为4％；得到四氯化钛试验液；
(4)按四氯化钛试验液与铝粉的重量比为12：1的比例向四氯化钛试验液中加入铝粉，130-140℃下反应，制成精制四氯化钛；
(5)将金属镁装入反应器中，按氯化镁和镁的重量比为8:1将氯化镁颗粒覆盖在金属镁层上，真空50分钟后，通入氮气和氯气至正压0.04MPa；入炉，加入精制四氯化钛进行还原反应，排出氯化镁，即得；金属镁、氯化镁和四氯化钛的重量比为10:1.2:23；精制四氯化钛加入时，四氯化钛的加入速度为2.5t/h；通入氮气和氯气时，按流速为0.35m/s的速度通入氮气和氯气；氯气的质量流量为四氯化碳的28％，氯气的质量流量为四氯化碳的72％；分10次加入四氯化钛，第1次到第10次的重量比为1.1：1.1：1.1：1.1：1.1：1.1：1.1：1.3：1.1:1.1；分10次排氯化镁，第1次到第10次的重量比为1.3：1.2：1.1：1.1：1.1：1.1：1.3：1.3：1.1:1.0。
实施例3.
一种质量好的海绵钛的生产方法，包括以下步骤：
(1)取钛铁矿，1600-1900℃下，按钛铁矿与无烟煤的重量比为4:1的比例加入无烟煤进行还原反应，制成钛渣，备用；
(2)将钛渣和石油焦按重量比为6:1混合后，悬浮在氯化钠熔盐中，通入氯气，得粗制四氯化钛；
(3)粗制四氯化钛于精馏塔中进行精馏，控制精馏塔各参数为：进料速度10t/h，进料温度65-75℃，回流比50，塔顶温度130-135℃，回流液温度80-90℃，塔顶压力-1-3kPa，采出速度为进料速度为1％；得到四氯化钛试验液；
(4)按四氯化钛试验液与铝粉的重量比为10：1的比例向四氯化钛试验液中加入铝粉，130-140℃下反应，制成精制四氯化钛；
(5)将金属镁装入反应器中，按氯化镁和镁的重量比为6:1将氯化镁颗粒覆盖在金属镁层上，真空40分钟后，通入氮气和氯气至正压0.02MPa；入炉，加入精制四氯化钛进行还原反应，排出氯化镁，即得；金属镁、氯化镁和四氯化钛的重量比为10:0.8:23；精制四氯化钛加入时，四氯化钛的加入速度为1.5t/h；通入氮气和氯气时，按流速为0.25m/s的速度通入氮气和氯气；氯气的质量流量为四氯化碳的28％，氯气的质量流量为四氯化碳的72％；入炉后的温度变化为：150℃恒温脱气1.5h；200℃恒温脱气1.5h；300℃恒温脱气1.5h；然后升温至800-880℃加入四氯化钛进行还原反应；分10次加入四氯化钛，第1次到第10次的重量比为0.9：0.9：0.9：0.9：0.9：0.9：0.9：1.1：0.9:0.9；分10次排氯化镁，第1次到第10次的重量比为1.1：1.0：0.9：0.9：0.9：0.9：1.1：1.1：0.9:0.8。

Claims (8)

1.一种质量好的海绵钛的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取钛铁矿，1600-1900℃下，按钛铁矿与无烟煤的重量比为4-6:1的比例加入无烟煤进行还原反应，制成钛渣，备用；
(2)将钛渣和石油焦按重量比为6-8:1混合后，悬浮在氯化钠熔盐中，通入氯气，得粗制四氯化钛；
(3)粗制四氯化钛于精馏塔中进行精馏，控制精馏塔各参数为：进料速度10-12t/h，进料温度65-75℃，回流比50-80，塔顶温度130-135℃，回流液温度80-90℃，塔顶压力-1-3kPa，采出速度为进料速度为1-4％；得到四氯化钛试验液；
(4)按四氯化钛试验液与铝粉的重量比为10-12：1的比例向四氯化钛试验液中加入铝粉，130-140℃下反应，制成精制四氯化钛；
(5)将金属镁装入反应器中，按氯化镁和镁的重量比为6-8:1将氯化镁颗粒覆盖在金属镁层上，真空40-50分钟后，通入氮气和氯气至正压0.02-0.04MPa；入炉，加入精制四氯化钛进行还原反应，排出氯化镁，即得。
2.如权利要求1所述质量好的海绵钛的制作工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，金属镁、氯化镁和四氯化钛的重量比为10:0.8-1.2:23。
3.如权利要求2所述质量好的海绵钛的制作工艺，其特征在于：所述金属镁、氯化镁和四氯化钛的重量比为10:1:23。
4.如权利要求1所述质量好的海绵钛的制作工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，精制四氯化钛加入时，四氯化钛的加入速度为1.5-2.5t/h。
5.如权利要求1所述质量好的海绵钛的制作工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，通入氮气和氯气时，按流速为0.25-0.35m/s的速度通入氮气和氯气；氯气的质量流量为四氯化碳的28％，氯气的质量流量为四氯化碳的72％。
6.权利要求5所述质量好的海绵钛的制作工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，入炉后的温度变化为：150℃恒温脱气1.5-2.5h；200℃恒温脱气1.5-2.5h；300℃恒温脱气1.5-2.5h；然后升温至800-880℃加入四氯化钛进行还原反应。
7.如权利要求1所述质量好的海绵钛的制作工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，分10次加入四氯化钛，第1次到第10次的重量比为0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：1.1-1.3：0.9-1.1:0.9-1.1；分10次排氯化镁，第1次到第10次的重量比为1.1-1.3：1.0-1.2：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：0.9-1.1：1.1-1.3：1.1-1.3：0.9-1.1:0.8-1.0。
8.如权利要求1所述质量好的海绵钛的制作工艺，其特征在于：所述步骤(3)为：粗制四氯化钛于精馏塔中进行精馏，控制精馏塔各参数为：进料速度11t/h，进料温度65-75℃，回流比65，塔顶温度130-135℃，回流液温度80-90℃，塔顶压力-1-3kPa，采出速度为进料速度为2％；得到四氯化钛试验液。
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