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探討海綿鈦冶煉技術研究方向

[ 來源: | 作者:本站 | 發布時間:1610938868 | 瀏覽:3304次 ]

當前,我國鈦工業伴隨著世界鈦工業的增長,呈現快速發展的勢頭。隨著需求的擴大,鈦加工產能不斷提高,2004年國內鈦錠生產能力已達到約25000噸,但是,在這種高增長的勢頭下,海綿鈦卻成為制約鈦加工的瓶頸。2004年我國生產的海綿鈦僅為5000噸,遠遠不能滿足需求,探討我國海綿鈦冶煉技術的發展,建設萬噸級海綿鈦生產基地是非常必要的。

鈦加工

國內海綿鈦生產技術及改進研究方向探討

我國海綿鈦生產,依靠國內力量逐漸實現技術進步,從固定床氯化到沸騰氯化,從填料塔精餾到浮閥塔精餾,從還原蒸餾分離到還原蒸餾聯合,鎂電解從有隔板到大型無隔板,以及實現了鎂氯的閉路循環等。生產規模從百噸級到千噸級,直至達到5000噸經濟規模。

但與國外先進水平比較,還存在較大差距。主要表現在技術經濟指標、"三廢"治理、設備配套水平和自動控制等方面。

要把工廠規模擴大到萬噸級,實現"清潔、文明、無公害化"的現代化生產,需要針對目前存在的問題,對現有工藝技術和設備進行改進研究,主要研究方向和課題可歸納如下。

1.高品位富鈦料的制造技術西方國家使用高品位天然金紅石和人造金紅石為原料生產海綿鈦。我國缺乏高品位的天然金紅石資源和沒有高品位人造金紅石的生產,生產海綿鈦是以含TiO2相當量92%左右的高鈦渣為原料。高鈦渣是采用小型敞口電爐生產的,工廠規模小,技術和設備也很落后,因為要使用瀝青為粘結劑,環境污染嚴重。嚴格來講,這些高鈦渣小廠是屬于國家政策該陶汰的高能耗高污染的小電爐。

生產含TiO292%的高鈦渣的技術改進相當困難,國外也沒有相關的技術。國外的大型密閉電爐只能生產含TiO285%左右的鈦渣。獨聯體國家的半密閉式電爐也只能生產90%左右的鈦渣,而且必須以優質鈦鐵礦為原料,如果以我國的鈦鐵礦為原料只能生產85~87%的鈦渣。

與96%的天然金紅石(雜質4%)和92~94%的人造金紅石(雜質6~8%)比較,92%的高鈦渣(雜質11%)已是一種"粗糧"。所以,工廠不希望使用品位比92%高鈦渣更低的原料。

大型海綿鈦冶煉廠希望使用高品位富鈦料,解決高品位原料問題可供選擇的途徑有:

1)建設大型化高品位富鈦料工廠:

由于我國鈦資源主要是低品位鈦鐵礦的特點,決定了需要采用除雜質能力強的富鈦料工藝,才能獲得高品位的富鈦料。其中,鹽酸浸出法制造人造金紅石工藝路線,除雜質能力強,可將含高鈣鎂的低品位鈦精礦加工成含TiO292~94%的高品位人造金紅石,相關的技術研究已接近成熟,鹽酸可實現循環使用,補充的鹽酸可由氯化副產的鹽酸提供。

2)進口高品位人造金紅石:澳大利亞有十分豐富的優質鈦鐵礦,采用還原銹蝕法制造的人造金紅石TiO2含量達92~94%,已建成的工廠年產能力達80多萬噸。

因此,可以考慮從澳大利亞進口這種人造金紅石,它的粒度非常符合沸騰氯化的要求,同時還含有一定的低價鈦。

2.沸騰氯化爐的大型化技術的進一步研究

我國海綿鈦生產大型化過程中,遇到的最大困難是四氯化鈦的制造技術,包括氯化和精制兩個工序;與國外先進水平差距最大的,也是四氯化鈦的制造技術;所以,今后應把沸騰氯化爐的大型化、氯化技術水平的提高(包括提高鈦的氯化率、氯的利用率、氯化爐產能、降低尾氣氯含量、提高四氯化鈦回收率等)是今后研究工作的重點之一。

3.四氯化鈦除釩新工藝目前工業生產中,有銅絲、礦物油和鋁粉三種除釩方法。其中,銅絲除釩效果好,可獲得高質量的四氯化鈦,但是間歇操作,銅絲失效后的洗滌再生操作勞動強度大,操作環境差,銅耗高,除釩成本高,僅適合小規模生產中應用。

礦物除釩成本低,但需要采用特殊的加熱方法,產生體積龐大的殘渣液,殘渣易在加熱壁上結疤,除釩后的四氯化鈦中含有少量有機物不易分離除去,較適用于氯化法生產鈦白。

鋁粉除釩的殘渣量少,不易結疤,容易從殘渣回收釩,除釩成本低,是一種適合用于海綿鈦生產的除釩方法。

鋁粉除釩已在獨聯體國家海綿鈦生產中成功使用多年,北京有研院等單位已成功地完成了小型試驗研究,說明鋁粉除釩是可行的工藝技術。但獨聯體國家使用的這種超細活性鋁粉價格昂貴,并具有可爆性,需要研究改進。

4.大型鎂還原蒸餾聯合法提高產品海綿化率

大型還原蒸餾聯合法生產海綿鈦,由于反應器容量的擴大,還原反應產生的熱量不能有效地輸出,造成局部高溫,導致部分產品致密化;同時也防礙加料速度的提高,使生產周期增加,設備產能降低。

因此,有必要進一步研究改進大型聯合法的工藝和設備,以增加設備產能和提高產品的海綿化率。

5.大型無隔板槽鎂電解降低電耗

過去海綿鈦生產中,鎂電解技術一直比較落后,自使用110KA無隔板槽鎂電解工藝后,技術水平和技術經濟指標明顯好轉。

但在引進消化過程中,對這項技術中的一些技術決竅還掌握不夠,因而電流效率偏低,電耗偏高,需要進一步研究改進。

6.生產過程的自動控制和管理海綿鈦生產過程的自動控制技術已有一定的基礎,今后應進一步研究實現從富鈦料制備、氯化、精制、還原蒸餾、破碎、分選、包裝、鎂電解全過程的計算機控制和管理。

研究內容包括被測參數的感應元件、測量儀表、執行機構及計算機控制等,最終實現各工序的控制與主控室的計算機聯網,使海綿鈦生產管理全面實現自動控制。

7.制鈦新方法的研究成為國際鈦業關注熱點"制鈦新工藝"一直是世界關注的熱點研究課題。近年來,這個世界性難題的研究取得了一些進展,英國劍橋大學和澳大利亞CSIRO先后研究了幾種不同的TiO2電解法制鈦新工藝,據稱制鈦成本可降低50%左右。美、英聯合正在進行擴大試驗,計劃將FFC工藝推向產業化。

如果能用TiO2電解法來制造新型鈦合金,例如制造含少量鐵的鈦合金,則可以天然金紅石或人造金紅石為原料,其它合金元素以氧化物形式加入,這樣制造的鈦合金成本就會大幅度降低。

通過上述課題研究的完成,我國海綿鈦生產技術水平將會大幅度提升,并可為實現萬噸級規模海綿鈦生產創造條件。

再通過幾年的研究和技術攻關,我國海綿鈦生產技術將跨入世界先進水平行列,進而實現萬噸級生產規模。


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