有色冶金概论1 技能点7：金属钛的生产 Kroll法生产金属钛.ppt

五：主要技术经济指标 1：海绵钛质量标准 2：经济指标： 金属回收率95—98% 镁直接利用率65% 电耗4000—10000度/吨钛 氩气消耗25M3/吨钛 Kroll法生产金属钛 一：基本原理 1：热力学分析 987—1273K时： 1/2TiCl4（g）+Mg（l）=1/2Ti（S）+ MgCl2（l） ΔG01173= -159356（J） KP=1.25×107 温度大于1378K时： 1/2TiCl4（g）+Mg（g）=1/2Ti（S）+ MgCl2（l） 实际过程可能经历生成低价氯化物阶段： TiCl4（g）+Mg（l）=TiCl2（l）+ MgCl2（l） ΔG01173= -191092（J） TiCl2（l）+Mg（l）=Ti（S）+ MgCl2（l） ΔG01173= -118000（J） 结论：1：反应能进行得很彻底，低价钛氯化物也能被镁还 原出金属钛。 2：反应为放热。 表1 反应的平衡常数 T/K 298 600 800 1000 1200 Kp 1.6×1039 6.3×1016 2.4×1011 3.2×108 3.2×106 表2 还原热效应 T/K 500 800 1000 1200 △H, kJ/mol -521.7 -539.6 -495.7 -508.3 QT(Ti) , kJ/mol -455.6 -425.5 -318.5 -296.8 2：动力学 2.1反应机理： 三相共存 气化 TiCl4 MgCl2 Mg 过程复杂 凝聚 TiCl2 Mg 扩散 TiCl4 TiCl2 MgCl2 吸附 TiCl4 -Mg ,TiCl4-Ti ,TiCl2-Mg 熔解 TiCl2 -Mg， Mg-MgCl2 结晶 Ti 意见不一 1：气相反应说 2：液气多相自动催化说 1：气相反应说 (1)Mg蒸气与TiCl4蒸气之间的反应，通过生成低价氯化物阶段的反应而获得金属。 (2)有金属Ti生成后，气相主要在金属钛的表面进行。 2：液气多相自动催化说 (1)还原过程是液体Mg与海绵钛表面吸附的TiCl4蒸气间的相互作用，也存在液体Mg与溶解在MgCl2融体间的低价氯化钛之间的反应。 (2) Mg蒸气与TiCl4气体之间的反应只发生在还原过程的开始阶段； (3)还原过程具有自动催化作用 反应初期：新相生成，反应速度小，加料速度慢(FMg?5%) 反应中期：吸附活化自动催化作用提高了反应速度 活化中心增多提高了反应速度(FMg5~50%) 海绵钛生成 反应后期：停止加料，剩余镁将熔体内低价氯化钛还原成钛 (FMg?50%) 2.2还原过程的影响因素 (1)四氯化钛的加入速度 决定了反应速度： 决定了产物结构：孔隙度 (2)温度 温度高，反应速度加快 温度过高—海绵钛烧结；设备损坏 (3)压力 2.7—24KPa，93—98%为Ar气 太高—高位槽冒槽；MgCl2堵塞 太低—空气吸入，影响产品质量 (4)液面高度 (1L 液镁产生3.68LMgCl2和0.345L钛) 定期排MgCl2，不使液面超出海绵钛高