克劳尔法制取海绵钛.ppt

任务一：真空蒸馏的基础知识 单元一：真空蒸馏的步骤 单元二：真空蒸馏的影响因素 任务二：真空蒸馏的工艺流程 单元一：还原-蒸馏分开式生产工艺 单元二：还原-蒸馏联合式生产工艺 任务三：真空蒸馏的主要设备 任务四：真空蒸馏的生产实践 任务五：海绵钛的处理及提高产品质量的措施 本项目小结 3．氮 （1）分布规律 钛坨上、下表皮和粘壁钛含氮量较高。中间产品含氮量低。 （2）污染来源 ①空气 ②氩气中的氮全部被钛吸收 ③拆卸和取出海绵钛过程中发生海绵钛着火，生成TiN。 （3）降低氮含量的措施 ①还原蒸馏设备气密性须达到生产要求。还原生产过程不允许有负压操作，蒸馏过程虽负压操作，但真空泵要始终运转正常，真空阀门要关闭可靠。还原、蒸馏冷却过程都要始终充氩，保展正压冷却。 ②加液镁时要自始至终在氩气气氛保护下进行，盛液镁抬包和还原反应器都要充入氩气保护正压操作。生产用的氩气纯度要达到规定要求，并且充氩器具不能泄漏空气。 ③避免产品着火，如发生产品着火，要严格挑选出烧黄的产品。 4．氧 （1）分布规律 钛坨中间部位氧含量较低，底部氧含量较高，其次上表皮和粘壁钛也较高。若漏入空气上表皮和粘壁钛氧含量会猛增。 （2）污染来源 ①凡是氮的来源也是氧的来源。 ②原料TiCl4和Mg中的氧全部进入钛。TiCl4中的TiOCl2沾污海绵钛坨各个部位，均匀分布于产品中，Mg中的MgO，沾污底部产品，使底部产品含氧量增高。 ③还原、蒸馏设备组装时暴露空气中时间太长，造成MgCl2吸水和水解。如果不能脱除，其中的氧被钛吸收。 ④还原反应器、内坩埚及内部套管有铁锈不仅造成产品铁高也使产品氧增加。 （3）降低氧含量的措施 ①凡是降低氮含量的措施也是降低氧含量的措施。 ②精制好的TiCl4应用氩气气氛保护，不能与空气接触。避免空气溶解在TiCl4中和生成含氧的水解物TiOCl2。还原生产无论是加固体镁或液体镁不能把MgO带入还原反应器内。 ③还原、蒸馏设备组装时要快，尽量缩短返回冷凝镁、还原产物在空气中暴露的时间，以减少MgCl2的吸水和水解。并且还原、蒸馏过程必须进行300~400℃的低温脱水工艺。 ④还原反应器、内坩埚及内部套管要清洗干净，不能带入铁锈。 5．其它杂质 海绵钛除了上述Fe、Cl-、O2、N2外其它杂质一般不高，分布规律也不明显。硅（Si）和碳（C）可能从原料TiCl4和Mg中带来，也可从粘附的尘土和污物带入。锰、铬、镍一般来自不锈钢反应器，它们大都富集在钛坨底部和边部粘壁部分。 6．产品硬度 产品硬度既是杂质含量的综合指标，也是质量的综合指标。 产品布氏硬度受氮、氧、碳、铁的影响最大，凡是氮、氧、碳、铁高的部位，产品的布氏硬度也高，因此钛坨的中心部位硬度最低，质量最好，底部和边部粘壁钛硬度最高，质量最差，上表部硬度稍高。 8.6 海绵钛生产过程的评价 镁法生产海绵钛的优点是：企业产能可大规模化，生产设备能大型化，镁钛联合一体化，工艺技术已非常成熟。 但镁法也存在根本性的、不可克服的弱点。这就是： ①工序多、流程长、生产过程难于连续化。 ②生产过程中必须把原料中的TiO2转变成TiCl4，这当中就涉及到了Cl2及其各种氯化物的衍生物，如HCl、COCl2、CCl4、TiCl4、TiOCl2、SiCl4、VOCl3、FeCl2、FeCl3、AlCl3等等，它们都是有毒、有害物质，或多或少会对环境产生污染，“三废”治理费用也高。 ③因TiCl4的还原剂是金属镁，它不仅价贵，而且它本身又是用电解MgCl2的方法生产的。因此，生产海绵钛的总能耗很高。 克劳尔法制取海绵钛 项目六 真空蒸馏过程 8.1 真空蒸馏的原理 8.1.1 真空蒸馏过程 蒸馏法是利用蒸馏物各组分某些物理特性的差异而进行的分离方法。 还原工序所得产物，其组成大约是55～60％ Ti、25～30％ Mg、10～15％ MgCl2和少量钛的低价物TiCl2、TiCl3。 还原产物中各成分的沸点的差异比较大，而且相应的挥发性也有很大的差别。 真空蒸馏可以降低蒸馏温度和提高Mg和MgCl2的挥发速度，还可以减少产品钛被罐体铁壁和空气中的氧、氮污染。 真空蒸馏过程由下列几个步骤构成： （1）对反应物加热，抽空，使反应物排气，脱水； （2）Mg和MgCl2在反应物的表面进行蒸发； （3）Mg和MgCl2在海绵钛毛细管中蒸发； （4）Mg和MgCl2的蒸气扩散到冷凝器中； （5）Mg和MgCl2蒸气在冷凝器壁上的冷凝； （6）海绵钛的烧结。 8.1.2 真空蒸馏过程的影响因素 1．蒸馏温度 在真空蒸馏过程中，在其它条件相同的情况下，蒸馏