RU2549795C2 - Method of producing titanium and apparatus therefor - Google Patents
Method of producing titanium and apparatus therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2549795C2 RU2549795C2 RU2013129477/02A RU2013129477A RU2549795C2 RU 2549795 C2 RU2549795 C2 RU 2549795C2 RU 2013129477/02 A RU2013129477/02 A RU 2013129477/02A RU 2013129477 A RU2013129477 A RU 2013129477A RU 2549795 C2 RU2549795 C2 RU 2549795C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- tetrachloride
- reactor
- aluminium
- liquid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к металлургии цветных металлов применительно к технологии получения титана.The invention relates to the metallurgy of non-ferrous metals in relation to the technology for producing titanium.
Уровень техникиState of the art
Известно, что в современных условиях для получения титана используют его газообразный тетрахлорид, восстанавливаемый металлическими магнием [1] или натрием [2, 3] в атмосфере инертного газа - осушенных аргона или гелия [3, с.247]. Названные изобретения следует рассматривать как основные аналоги нашего технического решения. При этом наиболее близким прототипом является магнийтермический процесс восстановления титана из его тетрахлорида. При этом в первом случае протекает реакция:
Магний загружают в разогретый до 800°C реактор [3, с.245]. Реактор перед установкой в печь вакуумируют, но затем поднимают давление в нем до 0.05-0,1 ат. Процесс требует обеспечения очень сложных температурных режимов. Значение температуры в центре реактора может достигать более 1000°C. В конце процесса восстановления делают 30-60 мин выдержку при 900°C, после чего производят последний слив хлорида магния и охлаждают реактор до 800°C или 600°C. Дальнейшее охлаждение до 20-40°C выполняют на специальном стенде, где реактор охлаждают водой или обдувают воздухом.Magnesium is loaded into a reactor heated to 800 ° C [3, p.245]. The reactor is vacuumized before being installed in the furnace, but then the pressure in it is raised to 0.05-0.1 at. The process requires the provision of very complex temperature conditions. The temperature in the center of the reactor can reach more than 1000 ° C. At the end of the recovery process, hold for 30-60 minutes at 900 ° C, after which the final discharge of magnesium chloride is performed and the reactor is cooled to 800 ° C or 600 ° C. Further cooling to 20-40 ° C is carried out on a special stand, where the reactor is cooled with water or blown with air.
Для извлечения реакционной массы из охлажденного реактора используют высверливание ее на специальных станках [1, с.258]. Полученная в конечном счете титановая губка требует колоссального труда для освобождения ее от растворенных газов и перевода титана в пластичное состояние, необходимое для производства из него листа, профилей, труб и т.д. Процессы производства титана очень сложны, трудоемки, энергоемки и представляется желательным найти более простые пути в металлотермических способах получения этого металла.To extract the reaction mass from the cooled reactor, it is drilled on special machines [1, p. 258]. The titanium sponge ultimately obtained requires tremendous labor to free it from dissolved gases and transfer titanium to the plastic state necessary for the production of sheets, profiles, pipes, etc. from it. Titanium production processes are very complex, laborious, energy intensive and it seems desirable to find simpler ways in metallothermal processes for producing this metal.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Заключается в том, чтобы за счет применения тетрахлорида титана не в газообразном, а в жидкофазном состоянии упростить процесс и снизить энергетические и трудовые затраты. Температурный диапазон жидкого состояния тетрахлорида титана весьма велик и простирается от -23°C до +136-138°C, т.е. равен 160° или в 1,6 раза шире жидкофазного состояния воды (!). При комнатной температуре TiCl4 представляет собой подвижную жидкость с плотностью ~1,73 г/см3 и вязкостью ~0,0083 пуаз, т.е. даже несколько меньше вязкости воды [3, с.130].It consists in the fact that due to the use of titanium tetrachloride not in a gaseous but in a liquid-phase state, to simplify the process and reduce energy and labor costs. The temperature range of the liquid state of titanium tetrachloride is very large and extends from -23 ° C to + 136-138 ° C, i.e. equal to 160 ° or 1.6 times wider than the liquid-phase state of water (!). At room temperature, TiCl 4 is a mobile liquid with a density of ~ 1.73 g / cm 3 and a viscosity of ~ 0.0083 poise, i.e. even slightly lower viscosity of water [3, p.130].
Вторая особенность предложенного изобретения заключается в том, что вместо магния в качестве металла-восстановителя используют алюминий, стоимость которого за последние годы на лондонской бирже металлов колебалась в пределах 1800-2500 долларов, а магния около 3000 долларов за тонну.The second feature of the proposed invention is that instead of magnesium, aluminum is used as a metal reducing agent, the cost of which in recent years at the London Metal Exchange has fluctuated between $ 1800-2500, and magnesium about $ 3000 per ton.
Сущность процесса восстановления вместо реакции (1) выражается тогда уравнением:The essence of the recovery process instead of reaction (1) is then expressed by the equation:
По реакции (1) используются четыре фазы: газообразный тетрахлорид, жидкий (или частично газообразный) магний с получением твердого титана и жидкого хлорида магния при пяти компонентах (включая инертный газ).According to reaction (1), four phases are used: gaseous tetrachloride, liquid (or partially gaseous) magnesium to produce solid titanium and liquid magnesium chloride with five components (including an inert gas).
В нашем изобретении по реакции (2) применяются вакуум и четыре фазы - одна жидкая и три твердых, т.е. только два типа фазовых состояний, тогда как в классическом процессе по реакции (1) три типа фазовых состояний. В описываемом изобретении используются четыре компонента вместо пяти в изобретении-прототипе. Наконец, твердые фазы представлены исходным тонкодисперсным алюминием, а также не склонными при низких температурах к спеканию порошкообразными титаном и хлоридом алюминия. Поэтому в нашем изобретении не будет образовываться губка, переработка которой требует колоссальных трудовых и энергетических затрат.In our invention, according to reaction (2), vacuum and four phases are applied - one liquid and three solid, i.e. only two types of phase states, while in the classical process according to reaction (1) there are three types of phase states. In the described invention, four components are used instead of five in the prototype invention. Finally, the solid phases are represented by the initial finely dispersed aluminum, and also not prone to sintering by powdered titanium and aluminum chloride at low temperatures. Therefore, in our invention, a sponge will not form, the processing of which requires enormous labor and energy costs.
Процесс (2) термодинамически возможен и представляется более простым, менее энерго- и трудозатратным, но при условии, что удастся преодолеть кинетические барьеры. Первый из них относится к необходимости введения в систему алюминия в высокодисперсном состоянии в виде пудры или порошка с размерами частиц 1 мкм и менее при возможно большей величине удельной поверхности. И такой алюминий производится в цехах АПК (алюминиевых порошков и красок) на бывших Иркутском, Богословском, Волгоградском и др. заводах, но не находит достаточного спроса.Process (2) is thermodynamically possible and seems simpler, less energy- and labor-intensive, but provided that it is possible to overcome kinetic barriers. The first of them relates to the need to introduce aluminum in a finely dispersed state in the form of a powder or powder with particle sizes of 1 μm or less with the largest possible specific surface area. And such aluminum is produced in the workshops of the agro-industrial complex (aluminum powders and paints) at the former Irkutsk, Bogoslovsky, Volgograd and other plants, but does not find sufficient demand.
Второй кинетический барьер - это оксидная пленка на поверхности частиц алюминия. Однако производство алюминиевых тонкодисперсных порошков в цехах АПК выполняется в вакууме или в условиях тщательно осушенного и не содержащего кислорода и влаги инертного газа. Оксидная пленка на частичках металла поэтому отсутствует.The second kinetic barrier is an oxide film on the surface of aluminum particles. However, the production of aluminum finely dispersed powders in the workshops of the agro-industrial complex is carried out in vacuum or under conditions of carefully dried and inert gas that does not contain oxygen and moisture. The oxide film on the metal particles is therefore absent.
Тонкодисперсный алюминиевый порошок-пудра или гранулированный металл при малых размерах гранул способны вести себя как псевдоожиженная среда.Fine aluminum powder-powder or granular metal with small granule sizes can behave like a fluidized medium.
Полученные в условиях низких температур (-23° -- +137°C) титан и хлорид алюминия находятся также в тонкодисперсном состоянии. Поэтому при относительно небольших массовых или объемных содержаниях твердых фаз, система в целом будет оставаться в состоянии псевдоньютоновской жидкости.Obtained at low temperatures (-23 ° - + 137 ° C), titanium and aluminum chloride are also in a finely divided state. Therefore, with relatively small mass or volume contents of solid phases, the system as a whole will remain in the state of a pseudo-Newtonian fluid.
Для того чтобы избежать перевода ее в реологические структуры, необходимо, кроме использования некоторого избытка жидкого тетрахлорида, применять магнитное перемешивание и обеспечивать оптимальный температурный режим процесса.In order to avoid its transfer into rheological structures, it is necessary, in addition to using some excess of liquid tetrachloride, to apply magnetic stirring and to ensure the optimal temperature regime of the process.
Очевидно, этот режим должен укладываться в диапазон жидкого состояния тетрахлорида титана от -23°C до +137°C. При относительно низких содержаниях дисперсных твердых фаз и при избытке тетрахлорида вся система находится в псевдоожиженном состоянии.Obviously, this regimen should fit into the liquid state range of titanium tetrachloride from -23 ° C to + 137 ° C. With relatively low contents of dispersed solid phases and with an excess of tetrachloride, the entire system is in a fluidized state.
Процесс по реакции (2) проводится при массовом соотношении исходных тетрахлорида титана и дисперсного алюминия не менее чем 5,27 к 1,00. Верхний предел и оптимальное значение этого соотношения определяют экспериментально.The process according to reaction (2) is carried out at a mass ratio of the starting titanium tetrachloride and dispersed aluminum of not less than 5.27 to 1.00. The upper limit and the optimal value of this ratio are determined experimentally.
Для проведения процесса применяют металлический или облицованный стойкими материалами реактор, воспроизводящий по форме коническую плоскодонную колбу, поставленную на магнитную мешалку.To carry out the process, a metal or lined with resistant materials reactor is used that reproduces in shape a conical flat-bottomed flask placed on a magnetic stirrer.
Технический результат процессаThe technical result of the process
Заключается в упрощении технологии восстановления за счет снижения температуры с 800-900°C и выше до - 23° - +137°C при получении дисперсных продуктов, не образующих губку и легче поддающихся переработке. По этим же причинам ожидается значительное снижение энерго- и трудозатрат на производство титана. Наконец, благодаря применению алюминия, как более дешевого металла-восстановителя вместо магния, будут ниже затраты на исходное сырье. В связи с уменьшением занятого в процессе числа компонентов и фаз, а также благодаря свойствам псевдоожиженности дисперсных фаз новая технология легче поддается автоматизации.It consists in simplifying the recovery technology by lowering the temperature from 800-900 ° C and above to -23 ° - + 137 ° C in the preparation of dispersed products that do not form a sponge and are easier to process. For the same reasons, a significant reduction in energy and labor costs for titanium production is expected. Finally, thanks to the use of aluminum as a cheaper metal reducing agent instead of magnesium, the cost of raw materials will be lower. Due to the reduction in the number of components and phases employed in the process, as well as due to the properties of the fluidized dispersed phases, the new technology is easier to automate.
Перечень фигур чертежей и описание взаимодействияList of figures of drawings and description of interaction
На Фиг.1 показан вертикальный разрез устройства для реализации изобретения. Основу устройства составляет реактор 1, выполненный из малоуглеродистой стали или из других материалов, стойких в жидком тетрахлориде титана. Реактор установлен на магнитную мешалку 2, перемешивающий элемент 3 которой выполнен из ферромагнитного металла и заключен в защитную оболочку из стойких поливинилхлоридных материалов. Дисперсный алюминиевый порошок или «пудра» 2 вводятся в реактор из дозатора 4 по течке 5. Тетрахлорид титана подается в реактор из дозатора 6 по течке 7.Figure 1 shows a vertical section of a device for implementing the invention. The basis of the device is a
Образующаяся смесь твердофазных порошкообразных титана и трихлорида алюминия, взвешенных в жидком тетрахлориде титана, стекает по течке 8 в аппарат 9 для отстаивания и отфильтровывания жидкой фазы. Далее тетрахлорид титана возвращают в реактор, трихлорид алюминия с фильтров переводят в газовую фазу сублимацией при ~180°C и далее при охлаждении в инертной среде или вкууме получают кристаллический товарный продукт. Твердофазный дисперсный титан с фильтров подвергают дальнейшей переработке.The resulting mixture of solid-phase powdered titanium and aluminum trichloride suspended in liquid titanium tetrachloride flows downstream into the
Для обеспечения нахождения системы в псевдоожиженном состоянии магнитная мешалка снабжена устройством 10 для подогрева или охлаждения содержимого реактора. Реактор через трубопровод 11 связан с вакуумной линией.To ensure that the system is in a fluidized state, the magnetic stirrer is equipped with a
Устройство может работать как в периодическом, так и в непрерывном режимах при контроле и регулировании массовых расходов потоков исходных материалов - тетрахлорида титана и дисперсного алюминия, а также при переработке продуктов - титана и трихлорида алюминия.The device can operate both in batch and continuous modes when controlling and regulating the mass flow rates of the feed streams of titanium tetrachloride and dispersed aluminum, as well as in the processing of products of titanium and aluminum trichloride.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
Изобретение основано на нескольких непреложных фактах, дарованных нам природой. Это существование тетрахлорида титана в виде подвижной ньютоновской жидкости в большом низкотемпературном интервале, относительно близком к диапазону существования жидкой воды. Это возможность использования алюминия для задач восстановления титана из тетрахлорида, на которую ссылался Л. Полинг [4, с.482] (Конечно, без указания фазовых состояний участников реакции, температур и других условий). Наконец, это наличие готовой технологии и производственных мощностей для получения алюминия как восстановителя в виде дисперсного порошка или пудры. Можно еще добавить, как очевидное, утверждение, что при условиях низких температур заниматься переработкой тонкодисперсных порошков алюминия, титана и трихлорида алюминия значительно проще, чем получать титан при высоких температурах, охлаждать и далее перерабатывать такие конгломераты, как титановая губка.The invention is based on several indisputable facts bestowed upon us by nature. This is the existence of titanium tetrachloride in the form of a mobile Newtonian fluid in a large low-temperature range, relatively close to the range of existence of liquid water. This is the possibility of using aluminum for the reduction of titanium from tetrachloride, which L. Pauling referred to [4, p. 482] (of course, without specifying the phase states of the reaction participants, temperatures, and other conditions). Finally, it is the availability of ready-made technology and production facilities for producing aluminum as a reducing agent in the form of a dispersed powder or powder. One can add, as an obvious statement, that at low temperatures it is much easier to process fine powders of aluminum, titanium and aluminum trichloride than to produce titanium at high temperatures, to cool and further process conglomerates such as a titanium sponge.
ЛитератураLiterature
1. Kroll W.J. Pat. USA №2.205.854, 1940.1. Kroll W.J. Pat. USA No. 2.205.854, 1940.
Kroll W.J. Trans Electrochem. Soc, 1940, v.78, p.25.Kroll W.J. Trans Electrochem. Soc. 1940, v. 78, p. 25.
2. Кириллов Д.В. Исследования над титаном. - Изд-во типогр. Архипова, 1875.2. Kirillov D.V. Research on titanium. - Publishing house typogr. Arkhipova, 1875.
3. Гармата В.А. и др. Металлургия титана. - М.: Металлургия, 1968, 643 с.3. Garmata V.A. et al. Metallurgy of titanium. - M.: Metallurgy, 1968, 643 p.
4. Полинг Л. Общая химия. - М., 1974, 838 с., с.482.4. Pauling L. General chemistry. - M., 1974, 838 p., P. 482.
(Linus Pauling. General chemistry. Third edition. - San-Francisco, 1970).(Linus Pauling. General chemistry. Third edition. - San-Francisco, 1970).
Claims (2)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129477/02A RU2549795C2 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Method of producing titanium and apparatus therefor |
PCT/RU2014/000462 WO2014209173A1 (en) | 2013-06-28 | 2014-06-27 | Method for producing titanium by reduction from titanium tetrachloride |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129477/02A RU2549795C2 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Method of producing titanium and apparatus therefor |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013152515/02A Substitution RU2559075C2 (en) | 2013-06-28 | 2013-11-26 | Method for aluminothermal production of titanium |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013129477A RU2013129477A (en) | 2015-01-10 |
RU2549795C2 true RU2549795C2 (en) | 2015-04-27 |
Family
ID=53278806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013129477/02A RU2549795C2 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Method of producing titanium and apparatus therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2549795C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020117098A1 (en) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Современные химические и металлургические технологии" | Method for aluminothermic production of metal powders and device for the implementation thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0236221A1 (en) * | 1986-02-28 | 1987-09-09 | Rhone-Poulenc Chimie | Process for lithiothermically producting metallic powders |
AU2004269422B2 (en) * | 2003-09-02 | 2009-09-10 | Cristal Us, Inc. | Separation system, method and apparatus |
RU2401874C2 (en) * | 2008-02-26 | 2010-10-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | Procedure by volkov for production of chemically active metals and device for implementation of this procedure |
-
2013
- 2013-06-28 RU RU2013129477/02A patent/RU2549795C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0236221A1 (en) * | 1986-02-28 | 1987-09-09 | Rhone-Poulenc Chimie | Process for lithiothermically producting metallic powders |
AU2004269422B2 (en) * | 2003-09-02 | 2009-09-10 | Cristal Us, Inc. | Separation system, method and apparatus |
RU2401874C2 (en) * | 2008-02-26 | 2010-10-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | Procedure by volkov for production of chemically active metals and device for implementation of this procedure |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГАРМАТА В.А. и др. Металлургия титана, Металлургия, М., 1968, с.256, 348-357. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020117098A1 (en) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Современные химические и металлургические технологии" | Method for aluminothermic production of metal powders and device for the implementation thereof |
RU2729691C2 (en) * | 2018-12-05 | 2020-08-11 | ООО "Современные химические и металлургические технологии" (ООО "СХИМТ") | Method of aluminothermic production of metal powders and device for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013129477A (en) | 2015-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hald et al. | Supercritical propanol–water synthesis and comprehensive size characterisation of highly crystalline anatase TiO2 nanoparticles | |
JPH05228363A (en) | Device and method for producing ceramic or cermet powdery substance | |
Huang et al. | Enhancement in extraction of boron and phosphorus from metallurgical grade silicon by copper alloying and aqua regia leaching | |
Kong et al. | Solids mixing in a shallow cross-flow bubbling fluidized bed | |
Liu et al. | Recovery of silicon powder from silicon wiresawing slurries by tuning the particle surface potential combined with centrifugation | |
Viscusi et al. | Aluminum foam made via a new method based on cold gas dynamic sprayed powders mixed through sound assisted fluidization technique | |
RU2549795C2 (en) | Method of producing titanium and apparatus therefor | |
CN105692640A (en) | Method and device for preparing high-purity nano boron powder by argon-hydrogen hot plasma method | |
CN102266914B (en) | Method for preparing semisolid alloy slurry | |
Wang et al. | Extraction of titanium resources from the titanium-containing waste slag: Thermodynamic analysis and experimental verification | |
CN109518040B (en) | Method for continuously preparing Al-Ti-B grain refiner by ultrasonic treatment | |
Sun et al. | Removal of Fe from molten Al by filtration in a centrifuge | |
Liao et al. | Effects of strontium, magnesium addition, temperature gradient, and growth velocity on al–si eutectic growth in a unidirectionally-solidified al–13 wt% si alloy | |
Yu et al. | Low-cost process for silicon purification with bubble adsorption in Al-Si melt | |
Cho et al. | Collection of industrial oil using nanoparticles and porous powders of silica | |
WO2014209173A1 (en) | Method for producing titanium by reduction from titanium tetrachloride | |
Zharov | Production of ultrafine granules from high-strength aluminum alloys | |
RU2559075C2 (en) | Method for aluminothermal production of titanium | |
Silva et al. | Microstructural morphologies and experimental growth laws during solidification of monotectic and hypermonotectic Al–Pb alloys | |
Sun et al. | A new technology on continuous purification of galvanized zinc liquid through supergravity-induced filtration | |
Sun et al. | Grade-preserving recycling of highly polluted Al-Mg-Si alloys scrap: Continuous filtration under supergravity-induced | |
JPH04265207A (en) | Method for production of spherical noncrystalline silicon nitride | |
JPS5942736B2 (en) | Method for reducing copper-containing substances | |
JP2009028687A (en) | Method of mechanochemistry treatment | |
CN101884897B (en) | Method for reacting gas and solid particles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160629 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180221 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190629 |