КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Магниетермическое получение титана из тетрахлорида титана
3.2.5.1. Восстановление четыреххлористого титана магнием Восстановление тетрахлорида титана до металлического состояния проводят магнием или натрием. Реакция процесса восстановления: TiCl4 (жидкость) + 2 Mg (расплав) = Ti (твердое) + 2 MgCl2 (расплав) Одним из главных факторов, определяющих эффективность проведения процесса восстановления, является температура. Прежде всего температура процесса обуславливается физико – химическими свойствами компонентов участвующих в реакции, табл. 4, а так же тем что реакция восстановления является экзотермической, т.е. протекает с выделением тепла. С одной стороны, повышение температуры благоприятно влияет на скорость реакции. С другой стороны, рост температуры приводит к смещению равновесия экзотермической реакции влево, т.е. к нежелательным последствиям. Также рост температуры приводит к увеличению взаимодействия продуктов реакции с материалом реактора, вплоть до образования относительно легкоплавкого сплава титана и железа (температура плавления 10850С). Помимо этого, происходит взаимодействие железа и других составляющих материала реактора с четыреххлористым титаном с образованием низших хлоридов титана (TiCl3, TiCl2). Нижний температурный предел обусловлен температурой плавления хлористого магния, позволяющий сливать его по мере протекания процесса. Таким образом, температура процесса должна находится в интервале выше 7140С и не выше 9750С. Физико - химические свойства компонентов системы восстановления четыреххлористого титана магнием представлены в табл. 4. Таблица 4. Физико-химические свойства компонентов восстановления тетрахлорида титана магнием
Немаловажное значение имеют объемные соотношения титана, магния и хлорида магния: на каждую единицу объема, занимаемого титаном. Так на 1 единицу титана приходится 2,8 единицы объема магния и 10,4 единицы объема хлористого магния. Для более полного использования рабочего объема реактора необходимо слипать хлорид магния по мере его накопления. Физико-химические свойства TiCl4 таковы, что его сравнительно легко подавать непрерывно вреактор по трубопроводам при обычной температуре, тогда как магний технически наиболее просто загружать крупными порциями в жидком виде перед началом реакции. Высокая химическая активность титана, магния и TiС14, особенно, при повышенных температурах, вынуждает создавать для них инертную атмосферу и герметические сосуды. Механизм формирования блока реакционной массы в промышленном реакторе можно представить следующим образом (рис.14). Рис. 14. Схема процесса восстановления В первый период титановая губка образуется в основном на поверхности расплава и опускается на дно вместе с хлоридом магния. Одновременно губка также наращивается на стенках реактора. Наиболее быстро губка растет в центральной части реактора, так как в этом месте самая высокая концентрация четыреххлористого титана и температура. По мере увеличения количества губки процесс замедляется. В центре образуется монолитная масса (крица), у стенок - более рыхлая, слоистая (гарниссаж). Процесс проводят в интервале температур 720 - 975 °С. Оптимальную температуру (850 - 900 °С) поддерживают регулированием скорости подачи хлорида титана и отдувкой наружной части реторты воздухом. Реакционная масса титановой губки представляет собой пористую спекшуюся массу титана, пропитанную остатками MgCI2 и избыточного магния. Этот продукт, содержит, %: 55 - 65 Ti; 25 -35 MgCl 2; 9 -12 Mg. На рис. 15 показан внешний вид магниетермической реакционной массы титановой губки.
Рис. 15. Магниетермическая реакционная масса А - блок; Б - гарниссажная губка
3.2.5.2. Вакуумная сепарация реакционной массы
Для отделения титана от магния и хлористого магния в настоящее время применяют вакуумную дистилляцию (вакуумная сепарация), которая основана на относительно высокой упругости паров магния и его хлорида в зависимости от температуры по сравнению с титаном, см. рис. 16. Для того чтобы осуществить разделение титана от магния и хлористого магния при атмосферном давлении необходимо создать температуру выше 14170С. Однако даже при такой температуре невозможно добиться полного отделения магния и хлористого магния. Кроме того, при такой температуре титановая губка интенсивно взаимодействует с материалом реактора и качество титана резко ухудшается. Поэтому для полного удаления магния и хлористого магния из реакционной массы в герметичном аппарате создают глубокое разряжение (проводят вакуумирование). Рис. 16. Давление пара магния и хлористого магния в зависимости от температуры Для осуществления дистилляции (возгонки) магния и хлористого магния необходимо при температуре 950 – 10000С разряжение внутри реактора порядка 0,01 Па. Во избежания вдавливания разогретых стенок реторты, печь делают герметичной и пространство между внутренней части печи и ретортой также поддерживают под разряжением (создается так называемый контрвакуум - 5,3 - 6,7 к Па (40 – 50 мм рт. ст.)). Процесс вакуумной сепарации осуществляют на установке, один из вариантов которой представлен на рис Общий вид отделения восстановления четыреххлористого титана магнием и рис. 17 Схема аппарата восстановления..
Рис. Общий вид отделения восстановления четыреххлористого титана
Рис. 17. Принципиальная схема аппарата и электропечи вакуумной сепарации: 1- вакуумный колпак; 2- спирали электропечи; 3 – ложное дно; 4 – реакционная масса; 5 – электропечь; 6 – реторта – реактор; 7 – крышка реактора; 8- тепловой экран; 9 – магниевая заглушка; 10- реторта- конденсатор; 11 – холодильник; 12 – компенсатор; 13 – вакуум- провод; 14 – вакуумная ловушка; 15 – бустерный паромасляный вакуумный насос; 16 и 161 – золотниковые вакуумные насосы
В промышленности применяются аппараты сепарации с ретортами диаметром 1300 – 1500 мм, высотой 3650мм.
Рис. 18. Общий вид отделения вакуумной сепарации реакционной массы титана
Технологические особенности процесса вакуумной сепарации. (ИЛИ) После окончания процесса восстановления реторту с реакционной массой помещают на термостатированный стенд, где снимают верхние загрузочные патрубки и в центральной горловине крышки аппарата 7 устанавливают магниевую заглушку 9, а в донной части закрепляют в закрытом положении запорную иглу-клапан 1. Затем в горячем состоянии реактор восстановления 6 перевозят на участок сборки аппарата сепарации, где снизу на сливное отверстие аппарата восстановления электросваркой приваривают колпак-заглушку 1, а сверху монтируют оборотную реторту-конденсатор с ложным днищем 10, экран-вставку 8 и холодильник 11. В собранном виде аппарат вакуумной сепарации перевозят в печь вакуумной сепарации, рис. 18. После установки аппарата сепарации в электропечь 5 собирают вакуум-систему 13 – 16. Первоначально реторту – реактор 6 разогревают до температуры 800 - 850 °С с одновременной откачкой как реторты-конденсатора 10, так и реторты-реактора 6. В этих условиях за счет перепада давления в ретортах аппарата сепарации при этой температуре магниевая заглушка разрушается и начинается бурная возгонка магния и хлористого магния из реакционной массы. После проплавления магниевой заглушки температура на стенке реторты-реактора 6 по всем зонам поднимается до 980 °С с одновременным вакуумированием. После окончания вакуумной сепарации аппарат охлаждают, отсоединяют от вакуумной – системы и переносят в водяной холодильник. Разборку аппарата сепарации проводят на участке извлечения и переработки титановой губки, а реторту – конденсатор – на участке сборки аппарата восстановления. По техническим условиям титановая губка первого сорта марки ТГ-100 должна содержать % (не более): 0,08- С1; 0,07 - Fe; 0,02- Н; 0,03 - С; 0,04 - Si; 0,04- О. Рис.. – Блок титановой губки весом 3,8 т Реторта с реакционной массой и с оборотной ретортой после сепарации (выбрать что лучше, см. впереди)
Рис. Реторта с крицей губчатого титана
Дата добавления: 2015-03-31; Просмотров: 2938; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |