高氯海綿鈦產(chǎn)品處理方法研究

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)海綿鈦的過程中，由于真空設(shè)備、人為操作等因素，會產(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［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，海綿鈦生產(chǎn)中因含氯問題降級的產(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)品按國家標(biāo)準(zhǔn)可劃分為7個(gè)等級，其中2級以上為優(yōu)級品，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0.1%后，產(chǎn)品等級顯著降低，且由于3級以下產(chǎn)品的售價(jià)比優(yōu)級品每噸低一萬元以上，因此必須要對氯雜質(zhì)含量高而其他雜質(zhì)含量在優(yōu)級品要求范圍內(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，該方法簡單，易操作，且產(chǎn)品回收率高，不易產(chǎn)生廢鈦。然而對于已經(jīng)破碎過的高氯海綿鈦產(chǎn)品，本研究針對其進(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，對其進(jìn)行回爐處理，過程如下:

將產(chǎn)品放入坩堝中，在真空條件下(30 Pa以內(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)品等級仍為5級，沒有得到提升。這是由于破碎過的海綿鈦產(chǎn)品比表面積大，采用火法回爐，在通過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程中，產(chǎn)品已吸附的水蒸氣及空氣無法完全排出，且蒸餾設(shè)備的密封性無法得到保障，不可避免地會在蒸餾過程中增加其他雜質(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)品等級無法得到有效提升，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，因此不適合通過回爐方法來提高產(chǎn)品等級。

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，對含氯高產(chǎn)品進(jìn)行酸洗處理實(shí)驗(yàn)，效果見表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)含量沒有明顯變化，硬度也沒有明顯升高。酸洗后海綿鈦產(chǎn)品的品級均從5級提高至2級，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

采用酸洗方法對氯含量較高的海綿鈦產(chǎn)品進(jìn)行批量處理，結(jié)果見表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%，而氧含量基本沒有變化，且產(chǎn)品硬度亦不受影響，產(chǎn)品等級由級外提升至5級。

對比回爐方法，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級品處理后達(dá)到2級品，按當(dāng)期市場售價(jià)5級品為4.4萬元/t，而2級品售價(jià)為6萬元/t，由于鹽酸價(jià)格較低，可忽略不計(jì)，則每噸海綿鈦產(chǎn)品可增加銷售收入1.6萬元。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，但會使雜質(zhì)氧的含量顯著上升，不能達(dá)到提高產(chǎn)品等級的目的。

(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)保證對其他雜質(zhì)含量無影響，最終實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)品等級、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.