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        高氯海綿鈦產(chǎn)品處理方法研究

        2014-10-31 05:53:24劉禹明王岳川佟程程
        鈦工業(yè)進(jìn)展 2014年4期
        關(guān)鍵詞:酸洗雜質(zhì)海綿

        劉禹明,王 嵩,王 偉,王岳川,佟程程

        (撫順鈦業(yè)有限公司,遼寧 撫順 113001)

        0 引言

        鎂還原-蒸餾聯(lián)合法生產(chǎn)海綿鈦的過(guò)程中,由于真空設(shè)備、人為操作等因素,會(huì)產(chǎn)生一些氯雜質(zhì)含量高的海綿鈦產(chǎn)品,導(dǎo)致最終產(chǎn)品降級(jí)[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),海綿鈦生產(chǎn)中因含氯問(wèn)題降級(jí)的產(chǎn)品(整爐氯高及含氯芯)約占整體產(chǎn)品的2%,且越是大爐型,該部分產(chǎn)品所占比例越大,嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益[2]。

        海綿鈦產(chǎn)品按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可劃分為7個(gè)等級(jí),其中2級(jí)以上為優(yōu)級(jí)品,要求產(chǎn)品氯雜質(zhì)含量控制在0.1%以下。海綿鈦中氯雜質(zhì)含量超過(guò)0.1%后,產(chǎn)品等級(jí)顯著降低,且由于3級(jí)以下產(chǎn)品的售價(jià)比優(yōu)級(jí)品每噸低一萬(wàn)元以上,因此必須要對(duì)氯雜質(zhì)含量高而其他雜質(zhì)含量在優(yōu)級(jí)品要求范圍內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行有效處理,使氯雜質(zhì)含量降低,產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。

        在生產(chǎn)過(guò)程中,如果氯雜質(zhì)含量高的產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)及時(shí),可在取坨后不經(jīng)油壓、破碎環(huán)節(jié)直接進(jìn)行回爐處理,該方法簡(jiǎn)單,易操作,且產(chǎn)品回收率高,不易產(chǎn)生廢鈦。然而對(duì)于已經(jīng)破碎過(guò)的高氯海綿鈦產(chǎn)品,本研究針對(duì)其進(jìn)行了回爐處理和酸洗處理實(shí)驗(yàn),旨在獲得降低氯含量、提高海綿鈦產(chǎn)品等級(jí)的處理方法。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 回爐實(shí)驗(yàn)

        取已破碎的高氯海綿鈦產(chǎn)品,對(duì)其進(jìn)行回爐處理,過(guò)程如下:

        將產(chǎn)品放入坩堝中,在真空條件下(30 Pa以?xún)?nèi))高溫(950℃)蒸餾25 h左右,取出擠壓在一起的海綿鈦顆粒,再次進(jìn)行油壓、破碎處理。

        1.2 酸洗實(shí)驗(yàn)

        酸洗實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。取質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、2%、5%的鹽酸,按海綿鈦、鹽酸質(zhì)量比分別為1.33∶1、1∶1、0.8∶1 的比例將高氯海綿鈦產(chǎn)品浸泡在鹽酸中,浸泡時(shí)間為1~2 d;然后用大量清水反復(fù)沖洗(用5~7倍鹽酸體積的清水清洗4~6次),直到清洗后排出水的水質(zhì)無(wú)明顯變化;最后送干燥室烘干,烘干溫度為30~150℃,或用氦氣、氬氣等氣體進(jìn)行干燥。

        表1 酸洗實(shí)驗(yàn)方案Table 1 Scheme of pickling experiment

        2 結(jié)果與討論

        2.1 回爐實(shí)驗(yàn)

        采用回爐方法處理高氯海綿鈦產(chǎn)品的效果見(jiàn)表2。

        從表2可以看出,氯含量為0.218%的海綿鈦產(chǎn)品回爐后氯含量明顯下降,達(dá)到0.091%,但雜質(zhì)氧的含量顯著上升,從0.067%升至0.237%,且硬度明顯增加,由113 HB大幅升高至180 HB,處理后海綿鈦產(chǎn)品等級(jí)仍為5級(jí),沒(méi)有得到提升。這是由于破碎過(guò)的海綿鈦產(chǎn)品比表面積大,采用火法回爐,在通過(guò)高溫真空蒸餾的方式去除海綿鈦產(chǎn)品空隙中夾雜的氯化鎂的過(guò)程中,產(chǎn)品已吸附的水蒸氣及空氣無(wú)法完全排出,且蒸餾設(shè)備的密封性無(wú)法得到保障,不可避免地會(huì)在蒸餾過(guò)程中增加其他雜質(zhì)的含量。

        表2 回爐方法處理高氯海綿鈦產(chǎn)品的效果Table 2 Result of recycling treatment for high chlorine sponge titanium

        采用火法冶金對(duì)高氯產(chǎn)品進(jìn)行回爐雖然能夠有效控制氯雜質(zhì)含量,但產(chǎn)品等級(jí)無(wú)法得到有效提升,而且消耗大量電能[3],經(jīng)濟(jì)效益差。尤其是對(duì)于氧含量較高的高氯產(chǎn)品,因回爐后氧含量顯著升高,極可能造成產(chǎn)品回爐后變?yōu)閺U鈦,因此不適合通過(guò)回爐方法來(lái)提高產(chǎn)品等級(jí)。

        2.2 酸洗實(shí)驗(yàn)

        因破碎后的海綿鈦產(chǎn)品中氯化鎂附著在產(chǎn)品表面,可用稀酸洗滌去除[4],且海綿鈦塊在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不與酸、堿反應(yīng),因此采用稀鹽酸作為酸洗試劑,對(duì)含氯高產(chǎn)品進(jìn)行酸洗處理實(shí)驗(yàn),效果見(jiàn)表3。

        表3 酸洗方法處理高氯海綿鈦產(chǎn)品的效果Table 3 Effect of pickling treatment for high chlorine sponge titanium

        從表3可以看出,采用3種酸洗實(shí)驗(yàn)方案對(duì)高氯海綿鈦產(chǎn)品中雜質(zhì)元素氯含量較高的部分進(jìn)行處理,用不同濃度的鹽酸浸泡并采用清水沖洗,再經(jīng)過(guò)真空干燥或充氬干燥,處理后產(chǎn)品氯含量從處理前的0.028%分別降至0.047%、0.045%、0.058%,且其他雜質(zhì)含量沒(méi)有明顯變化,硬度也沒(méi)有明顯升高。酸洗后海綿鈦產(chǎn)品的品級(jí)均從5級(jí)提高至2級(jí),3種酸洗實(shí)驗(yàn)方案均可以達(dá)到降低高氯海綿鈦產(chǎn)品中氯含量的目的。

        2.3 批量酸洗處理

        采用酸洗方法對(duì)氯含量較高的海綿鈦產(chǎn)品進(jìn)行批量處理,結(jié)果見(jiàn)表4。

        表4 酸洗方法批量處理高氯海綿鈦產(chǎn)品的效果Table 4 Effect of pickling treatment for batch of high chlorine sponge titanium

        從表4可以看出,對(duì)氯、氧含量較高的海綿鈦產(chǎn)品進(jìn)行酸洗處理后,氯含量明顯下降,從0.547%降至0.082%,而氧含量基本沒(méi)有變化,且產(chǎn)品硬度亦不受影響,產(chǎn)品等級(jí)由級(jí)外提升至5級(jí)。

        對(duì)比回爐方法,酸洗方法處理后的高氯海綿鈦產(chǎn)品其他雜質(zhì)含量沒(méi)有增加,但氯含量顯著降低,產(chǎn)品質(zhì)量得到有效提升,且不用占用還原-蒸餾生產(chǎn)設(shè)備(不降低生產(chǎn)產(chǎn)能),不消耗電能,生產(chǎn)成本較低。

        2.4 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

        按照上述試驗(yàn)結(jié)果,如果將高氯海綿鈦產(chǎn)品從5級(jí)品處理后達(dá)到2級(jí)品,按當(dāng)期市場(chǎng)售價(jià)5級(jí)品為4.4萬(wàn)元/t,而2級(jí)品售價(jià)為6萬(wàn)元/t,由于鹽酸價(jià)格較低,可忽略不計(jì),則每噸海綿鈦產(chǎn)品可增加銷(xiāo)售收入1.6萬(wàn)元。某鈦廠每年海綿鈦產(chǎn)量約5000 t,其中因氯單項(xiàng)指標(biāo)掉級(jí)的產(chǎn)品約35批,合計(jì)70 t,則經(jīng)酸洗處理后,每年可提升經(jīng)濟(jì)效益150萬(wàn)元以上。

        3 結(jié)論

        (1)回爐處理雖能降低海綿鈦產(chǎn)品的氯含量,但會(huì)使雜質(zhì)氧的含量顯著上升,不能達(dá)到提高產(chǎn)品等級(jí)的目的。

        (2)酸洗處理能夠有效去除海綿鈦產(chǎn)品表面的氯化鎂雜質(zhì),降低產(chǎn)品中的氯雜質(zhì)含量,同時(shí)保證對(duì)其他雜質(zhì)含量無(wú)影響,最終實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)品等級(jí)、增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。

        [1]莫畏,董鴻超,吳享南.鈦冶煉[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2011:157.

        [2]莫畏,鄧國(guó)珠,羅方承.鈦冶金[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007:294.

        [3]李大成,劉恒,周大利.海綿鈦冶金過(guò)程工藝及設(shè)備計(jì)算[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2011:187.

        [4]孫康.鈦提取冶金物理化學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001:143.

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