鈦冶煉工藝

第1章 概論1
1.1 鈦冶金發(fā)展簡(jiǎn)史1
1.1.1 鈦的發(fā)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)室研究1
1.1.2 國(guó)外金屬鈦工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展情況1
1.1.3 我國(guó)鈦工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展及目前狀況3
1.1.4 世界幾家主要海綿鈦廠簡(jiǎn)介4
1.2 鈦資源概況5
1.2.1 鈦在地殼中的分布5
1.2.2 鈦礦物的種類及其一般特征6
1.2.3 鈦礦物形成的礦床7
1.2.4 鈦礦的儲(chǔ)量及其開采10
1.2.5 國(guó)內(nèi)外鈦精礦的化學(xué)組成15
1.2.6 我國(guó)天然金紅石及鈦鐵礦精礦標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)能15
1.3 金屬鈦的應(yīng)用19
1.4 金屬鈦的生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介25
第2章 鈦及其重要化合物的性質(zhì)28
2.1 鈦的性質(zhì)28
2.1.1 金屬鈦的物理性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)28
2.1.2 化學(xué)性質(zhì)28
2.1.3 力學(xué)性能34
2.2 鈦的重要化合物的性質(zhì)35
2.2.1 氧化物35
2.2.2 鹵化物及氯氧化物40
2.2.3 碳化物、氮化物、硼化物及氫化物45
2.2.4 鈦的無機(jī)鹽和有機(jī)化合物49
第3章 人造金紅石和鈦渣的生產(chǎn)50
3.1 人造金紅石的生產(chǎn)51
3.1.1 選擇性氯化法52
3.1.2 還原銹蝕法54
3.1.3 稀硫酸浸出法56
3.1.4 BCA稀鹽酸循環(huán)浸出法57
3.1.5 濃鹽酸浸出法60
3.1.6 選冶聯(lián)合稀鹽酸加壓浸出法60
3.1.7 稀鹽酸流態(tài)化浸出法63
3.1.8 其他方法63
3.2 鈦渣熔煉63
3.2.1 鈦渣熔煉概況64
3.2.2 電爐還原熔煉鈦渣的原理65
3.2.3 鈦渣的相結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及主要物理性質(zhì)68
3.2.4 影響鈦渣熔煉的主要因素74
3.3 鈦渣生產(chǎn)工藝流程77
3.3.1 原料準(zhǔn)備79
3.3.2 電爐料制備80
3.3.3 電爐熔煉80
3.3.4 成品渣加工80
3.4 鈦渣生產(chǎn)的主要設(shè)備81
3.4.1 破碎磨粉設(shè)備81
3.4.2 電爐料制備設(shè)備81
3.4.3 電爐設(shè)備82
3.4.4 燒穿器和渣包90
3.4.5 磁選設(shè)備90
3.5 鈦渣生產(chǎn)實(shí)踐90
3.5.1 原料準(zhǔn)備90
3.5.2 電爐料制備91
3.5.3 電爐熔煉92
3.5.4 成品渣加工95
3.6 鈦渣熔煉的物料平衡及熱量平衡96
3.7 有代表性的鈦渣生產(chǎn)實(shí)例102
3.7.1 QIT公司的鈦渣熔煉102
3.7.2 前蘇聯(lián)的鈦渣熔煉104
3.7.3 我國(guó)的鈦渣熔煉105
3.8 鈦渣電爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)105
3.8.1 我國(guó)某廠6300kV·A電爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)105
3.8.2 前蘇聯(lián)半密閉電爐熔煉鈦渣的主要指標(biāo)106
3.9 鈦渣生產(chǎn)的發(fā)展方向107
3.10 節(jié)能措施112
第4章 粗TiCl4的生產(chǎn)113
4.1 氯化過程的基本原理113
4.1.1 氯化過程的熱力學(xué)分析113
4.1.2 氯化過程的動(dòng)力學(xué)分析126
4.1.3 影響氯化的因素128
4.2 氯化工藝130
4.2.1 氯化方法概述130
4.2.2 鈦渣的沸騰氯化133
4.2.3 鈦渣的熔鹽氯化158
4.3 節(jié)能措施164
第5章 粗TiCl4的精制165
5.1 精制的原理和方法165
5.1.1 粗四氯化鈦中雜質(zhì)的分類165
5.1.2 用蒸餾和精餾的方法除去高沸點(diǎn)雜質(zhì)和低沸點(diǎn)雜質(zhì)的基本原理167
5.1.3 除釩的原理和方法169
5.2 精制工藝流程174
5.3 精制主要設(shè)備175
5.3.1 浮閥塔175
5.3.2 銅絲塔178
5.3.3 蒸餾釜178
5.3.4 冷凝器179
5.4 精制工藝179
5.4.1 對(duì)粗TiCl4的要求179
5.4.2 精餾塔的操作180
5.4.3 銅絲塔的操作182
5.5 節(jié)能措施184
5.6 對(duì)精TiCl4的質(zhì)量要求184
第6章 鎂熱還原法生產(chǎn)海綿鈦185
6.1 鎂還原TiCl4反應(yīng)的理論基礎(chǔ)185
6.1.1 鎂還原反應(yīng)的熱力學(xué)186
6.1.2 還原反應(yīng)的機(jī)理和動(dòng)力學(xué)189
6.2 真空蒸餾的理論基礎(chǔ)195
6.2.1 真空蒸餾的原理和過程195
6.2.2 真空蒸餾動(dòng)力學(xué)198
6.3 生產(chǎn)準(zhǔn)備201
6.3.1 原材料準(zhǔn)備(加液鎂工藝)201
6.3.2 還原設(shè)備準(zhǔn)備(滲鈦工藝)202
6.4 鎂還原TiCl4的生產(chǎn)工藝和主要設(shè)備203
6.4.1 工藝流程203
6.4.2 鎂還原生產(chǎn)過程及工藝條件的選擇204
6.4.3 還原結(jié)束及產(chǎn)品冷卻、拆卸206
6.4.4 還原設(shè)備206
6.5 真空蒸餾工藝流程和主要設(shè)備212
6.5.1 還原蒸餾分開式生產(chǎn)的工藝流程212
6.5.2 Ⅰ型半聯(lián)合法(及聯(lián)合法)和倒U形聯(lián)合法流程212
6.5.3 真空蒸餾主要設(shè)備215
6.6 真空蒸餾生產(chǎn)工藝220
6.6.1 蒸餾設(shè)備的安裝和準(zhǔn)備220
6.6.2 真空蒸餾過程及工藝條件的選擇220
6.6.3 真空蒸餾結(jié)束221
6.6.4 真空蒸餾可能發(fā)生的故障和處理221
6.6.5 自控與車間布置223
6.7 海綿鈦的后處理223
6.7.1 產(chǎn)品取出225
6.7.2 產(chǎn)品破碎225
6.7.3 產(chǎn)品挑選226
6.7.4 產(chǎn)品包裝227
6.8 提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施227
6.8.1 鐵227
6.8.2 氯根(Cl-)229
6.8.3 氮230
6.8.4 氧231
6.8.5 其他雜質(zhì)231
6.8.6 產(chǎn)品硬度232
6.9 鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)的成本分析233
6.10 節(jié)能措施233
6.11 對(duì)鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)過程的評(píng)價(jià)234
6.11.1 世界幾個(gè)主要海綿鈦生產(chǎn)國(guó)近幾年的產(chǎn)能和產(chǎn)量234
6.11.2 我國(guó)海綿鈦生產(chǎn)線情況統(tǒng)計(jì)236
6.11.3 海綿鈦生產(chǎn)過程的評(píng)價(jià)236
6.11.4 海綿鈦生產(chǎn)目前狀況及發(fā)展趨勢(shì)237
第7章 鈉熱還原法生產(chǎn)海綿鈦240
7.1 鈉熱還原TiCl4生產(chǎn)海綿鈦的熱力學(xué)240
7.1.1 鈉熱還原反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由焓變化ΔG0T與溫度T的關(guān)系240
7.1.2 鈉熱反應(yīng)的反應(yīng)熱243
7.1.3 NaNaCl二元系、TiCl3NaCl二元系、TiCl2NaCl二元系和TiCl3TiCl2NaCl三元系簡(jiǎn)介244
7.2 鈉熱還原法生產(chǎn)海綿鈦的工藝流程247
7.3 還原劑鈉的凈化提純和準(zhǔn)備247
7.4 鈉熱還原TiCl4制取海綿鈦的生產(chǎn)方法249
7.4.1 一段還原法250
7.4.2 二段還原法257
7.4.3 從反應(yīng)產(chǎn)物中分離出鈦259
7.5 鈉熱還原法所得海綿鈦的質(zhì)量260
7.6 節(jié)能措施261
7.7 鈉熱法與鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)的比較262
第8章 其他制取金屬鈦的方法264
8.1 以TiCl4為原料制取金屬鈦265
8.2 以TiO2為原料制取金屬鈦267
8.2.1 TiO2的金屬熱還原267
8.2.2 TiO2直接電解還原制取金屬鈦270
8.3 TiCl4的電解還原272
8.3.1 電解質(zhì)體系的選擇272
8.3.2 鈦氯化物在熔鹽中的理論分解電壓273
8.3.3 電解工藝275
8.4 TiO2的熔鹽電解276
8.5 鈦粉的生產(chǎn)278
8.5.1 TiO2的鈣還原法278
8.5.2 海綿鈦直接粉碎法278
8.5.3 熔鹽電解法278
8.5.4 熔鹽電解精煉處理殘鈦法生產(chǎn)鈦粉(見8.6 )278
8.5.5 氫化脫氫法(HDHProcess)278
8.6 殘鈦的回收利用——鈦的電解精煉279
8.6.1 廢殘鈦的來源279
8.6.2 殘鈦回收處理后的利用280
8.6.3 鈦的熔鹽電解精煉280
8.6.4 電解精煉的電解槽結(jié)構(gòu)284
8.6.5 陰極析出物的濕法冶金處理284
8.6.6 電解精煉鈦的質(zhì)量285
8.7 高純鈦的生產(chǎn)——碘化物熱離解法286
第9章 致密金屬鈦的生產(chǎn)289
9.1 電弧熔煉法289
9.1.1 非自耗電極真空電弧爐289
9.1.2 自耗電極真空電弧爐291
9.1.3 自耗電極真空電弧熔煉工藝291
9.1.4 自耗電極真空電弧熔煉實(shí)例293
9.2 粉末冶金法294
第10章 MgCl2的電解和粗鎂的精煉296
10.1 氯化鎂電解的基本原理298
10.1.1 電解的基本原理298
10.1.2 電流效率和電能效率的計(jì)算299
10.2 鎂電解的主要設(shè)備302
10.2.1 電解槽302
10.2.2 氯壓機(jī)和陽(yáng)極氯氣處理系統(tǒng)308
10.2.3 陰極氣體處理系統(tǒng)309
10.3 鎂電解操作工藝311
10.3.1 電解槽的烤槽和啟動(dòng)311
10.3.2 電解槽的加料和排廢電解質(zhì)313
10.3.3 出鎂313
10.3.4 出渣314
10.3.5 電解槽的溫度和極距314
10.3.6 電解槽故障及消除方法316
10.3.7 鎂電解槽的節(jié)能317
10.4 鎂的精煉318
第11章 鈦冶金中的三廢處理和工業(yè)衛(wèi)生321
11.1 三廢處理321
11.1.1 廢氣和廢渣的處理321
11.1.2 廢水和廢液的處理324
11.2 工業(yè)衛(wèi)生及安全325
11.2.1 氯和一些氯化物對(duì)人體的危害及安全知識(shí)326
11.2.2 放射性物質(zhì)的危害328
11.2.3 CO的危害329
11.2.4 安全防御措施329
參考文獻(xiàn)332
附錄339
表1 常用鈦化合物的基本性質(zhì)339
表2 TiCl4及其中所含雜質(zhì)的某些性質(zhì)340
表3 鎂還原系各組分性質(zhì)比較341
表4 中國(guó)、美國(guó)、日本、前蘇聯(lián)海綿鈦標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)341