降低海綿鈦生產(chǎn)原料精鎂中鐵雜質(zhì)元素的含量

陳能強(qiáng)，馬 昕，黎 亮，陶乃特，王刻平

(云南新立有色金屬有限公司，云南 昆明 650100)

0 引言

海綿鈦?zhàn)鳛橐环N新金屬，由于它具有密度小、強(qiáng)度高、耐高溫性好、抗腐蝕性優(yōu)等一系列優(yōu)異性能，現(xiàn)已被廣泛用于火箭、衛(wèi)星、飛機(jī)、艦艇、導(dǎo)彈、核電站等許多領(lǐng)域［1］。

鎂還原生產(chǎn)海綿鈦的基本原理，是在氬氣的保護(hù)下，向反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)不斷的加入四氯化鈦，使之與鎂發(fā)生還原反應(yīng)，生成產(chǎn)品海綿鈦和副產(chǎn)品氯化鎂。主要化學(xué)方程式為:

Mg(l)+TiCl4(g)=Ti(s)+MgCl2(l)+Q

為了得到純凈的海綿鈦，采用真空蒸餾，將海綿鈦中的鎂和殘留的氯化鎂分離除去［2］。真空蒸餾、冷卻結(jié)束后，將裝有海綿鈦坨的反應(yīng)器進(jìn)行拆卸，然后通過軌道車輸送至破碎包裝工序進(jìn)行鈦坨的頂出、剪切及鈦塊的破碎、分級(jí)、包裝，最后得到最終產(chǎn)品海綿鈦。

1 精鎂生產(chǎn)原理

精鎂生產(chǎn)工藝流程見圖1。將來(lái)自還原工序產(chǎn)出的氯化鎂加入到含有電解質(zhì)的電解槽內(nèi)，電解槽通入110 kA的直流電，電解槽溫度控制在655±2℃下進(jìn)行電解。電解槽的陽(yáng)極生成氯氣，氯氣由氯氣集氣罩通過氯氣總管輸送至氯壓機(jī)室進(jìn)行氯氣除塵、除水、壓縮處理，然后送氯化工序進(jìn)行粗四氯化鈦的生產(chǎn)。電解過程中電解槽陰極生成鎂液，通過陰極導(dǎo)鎂槽進(jìn)入集鎂室，定期使用真空抬包將其從電解槽中抽取出來(lái)，用天車吊送至精煉工序，加入到連續(xù)精煉爐爐內(nèi)進(jìn)行深度除雜，從而得到較純的海綿鈦生產(chǎn)原料精鎂，然后使用真空抬包將其抽取出來(lái)，通過抬包車輸送至還原工序進(jìn)行海綿鈦的還原生產(chǎn)。

圖1 精鎂生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of refined magnesium

2 精鎂中鐵雜質(zhì)元素對(duì)海綿鈦質(zhì)量的影響

精鎂作為海綿鈦生產(chǎn)的主要原料。根據(jù)某公司引進(jìn)單爐生產(chǎn)能力7.5 t的I型半聯(lián)合還蒸海綿鈦生產(chǎn)技術(shù)。由于在還原生產(chǎn)中若出現(xiàn)鎂的區(qū)域性相對(duì)不足會(huì)增加低價(jià)氯化鈦的生成、低價(jià)氯化鈦在產(chǎn)品拆卸過程中容易著火、對(duì)真空系統(tǒng)污染較大以及對(duì)海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量也有關(guān)鍵性的影響等原因，因此在還原生產(chǎn)過程中要加入過量的精鎂來(lái)減少低價(jià)氯化鈦的生成，精鎂中的鐵雜質(zhì)元素在還原生產(chǎn)過程中會(huì)滲入至海綿鈦產(chǎn)品里，由此可知，若在還原生產(chǎn)中，精鎂鐵雜質(zhì)元素含量過高，將會(huì)對(duì)海綿鈦產(chǎn)品的質(zhì)量造成致命的影響。為了定量說(shuō)明精鎂鐵雜質(zhì)元素對(duì)海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量的影響，將前期生產(chǎn)的精鎂及海綿鈦質(zhì)量進(jìn)行分析，具體情況見表1。

表1 部分爐次精鎂及海綿質(zhì)量情況Tab.1 Quality of refined magnesium and titanium sponge of part of furnaces

數(shù)據(jù)表明，鎂生產(chǎn)車間生產(chǎn)的精鎂鐵雜質(zhì)元素含量偏高，平均值為0.0262%，鐵雜質(zhì)元素含量偏高的精鎂作為海綿鈦生產(chǎn)的主要原料，產(chǎn)出的海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量不夠理想，海綿鈦產(chǎn)品中鐵元素超標(biāo)，其等級(jí)都在2級(jí)以下，等級(jí)率較低，這與前面定性分析的結(jié)論相吻合。

3 鐵雜質(zhì)元素帶入的來(lái)源及降低其含量的方法

為了產(chǎn)出用于還原工序生產(chǎn)的鐵雜質(zhì)元素含量合格的原料精鎂和優(yōu)質(zhì)的海綿鈦產(chǎn)品，提高海綿鈦產(chǎn)品(一級(jí)品以上)的等級(jí)率之目的，對(duì)鐵雜質(zhì)元素帶入的來(lái)源進(jìn)行了分析，提出了降低鐵雜質(zhì)元素含量的方法。

3.1 鐵雜質(zhì)元素帶入的來(lái)源

精鎂熔化過程中使用的工具會(huì)使精鎂和熔劑接觸，而熔劑的成分為:氯化鈉、氯化鎂、氯化鉀和氯化鈣。這些氯化物會(huì)沾在工具上，具有吸水性，而且長(zhǎng)期與空氣接觸會(huì)生成氯化氫和氫氧化物，從而導(dǎo)致了工具的腐蝕、生銹，造成精鎂鐵雜質(zhì)元素含量的偏高;同時(shí)，在粗鎂精煉過程中，精煉爐抽鎂溫度的高低將直接影響鐵雜質(zhì)元素含量帶入的多少，也就是說(shuō)，在生產(chǎn)過程中，鐵雜質(zhì)元素含量隨著精煉爐抽鎂溫度的升高而升高［3］。

3.2 降低精鎂中鐵雜質(zhì)元素含量的方法

針對(duì)目前某公司精鎂的生產(chǎn)實(shí)際情況，在專家及相關(guān)工程技術(shù)人員的共同努力下，提出了有效降低精鎂中鐵雜質(zhì)元素含量的方法。

(1)更換工具及熱電偶保護(hù)管的材質(zhì)。用于精鎂熔化過程使用包括抽精鎂的精煉爐、抽鎂管等工具及測(cè)量精煉爐溫度的熱電偶保護(hù)管，由于前期采用的材質(zhì)為普通碳鋼，腐蝕比較嚴(yán)重。至此，為了減少精煉過程中所用工具和熱電偶保護(hù)管帶來(lái)的腐蝕及精鎂產(chǎn)品的污染，將所用工具和熱電偶保護(hù)管的材質(zhì)由原來(lái)的普通碳鋼更換為不銹鋼，更改材質(zhì)后，產(chǎn)出的精鎂鐵雜質(zhì)元素含量及海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量情況見表2。

(2)調(diào)整精煉爐抽鎂溫度。精煉爐啟動(dòng)運(yùn)行初期，在準(zhǔn)備向還原工序輸送精鎂時(shí)，將精煉爐抽鎂溫度控制在730～750℃，運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)精煉爐溫度的高低直接影響精鎂中鐵雜質(zhì)元素含量的多少，從而影響了海綿鈦產(chǎn)品的質(zhì)量。經(jīng)過研究，對(duì)精煉爐抽鎂溫度作出了調(diào)整，抽鎂溫度由原來(lái)的730～750℃調(diào)整為690℃左右，且溫度不得超過710℃。調(diào)整精煉爐抽鎂溫度后，產(chǎn)出的精鎂鐵雜質(zhì)元素含量及海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量情況見表2。

(3)添加除鐵元素物料。根據(jù)相關(guān)資料，氟化鈣在熔劑中的含量為1% ～2%時(shí)，可以與粗鎂中鐵雜質(zhì)元素發(fā)生一系列的化學(xué)作用，生成大分子化合物，經(jīng)過一段時(shí)間的沉降后，落入爐底，從而達(dá)到了與精鎂分離的目的。在熔劑中添加含量1%～2%的氟化鈣后產(chǎn)出的精鎂鐵雜質(zhì)元素含量及海綿鈦產(chǎn)品質(zhì)量情況見表2。

表2 部分爐次精鎂及海綿鈦質(zhì)量情況Tab.2 Quality of refined magnesium and titanium sponge of part of furnaces

數(shù)據(jù)表明，以上措施實(shí)施后，產(chǎn)出的精鎂中的鐵雜質(zhì)元素含量得到了降低，平均值由原來(lái)的0.0262%降低至0.0058%，產(chǎn)出了鐵雜質(zhì)元素含量合格的精鎂并產(chǎn)出了大量?jī)?yōu)質(zhì)的海綿鈦，海綿鈦產(chǎn)品等級(jí)都在1級(jí)以上，等級(jí)率得到了大大的提高。

4 結(jié)語(yǔ)

精鎂作為海綿鈦生產(chǎn)的主要原料，其鐵雜質(zhì)元素含量的高低將直接影響著海綿鈦產(chǎn)品的質(zhì)量。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，某公司在鎂精煉過程中采取了更換精煉爐抽鎂管、測(cè)量精煉爐溫度的熱電偶保護(hù)管等材質(zhì)、調(diào)整精煉爐抽鎂溫度和添加除鐵元素物料等措施后，鐵雜質(zhì)元素含量由原來(lái)的0.0262%降低至0.0058%，產(chǎn)出了鐵雜質(zhì)元素含量合格的精鎂及滿足客戶需求的大量超軟海綿鈦。

［1］李大成，周大利，劉恒等.鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2009.

［2］莫畏.鈦［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2008.

［3］張永健.鎂電解生產(chǎn)工藝學(xué)［M］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2008.