粗四氯化钛精制及铝粉除钒机理研究

摘要

钛作为继铝、铁之后的第三大金属，已经成为国民经济社会发展水平及战略地位的标志。海绵钛作为钛冶金工业的重要加工原料，主要通过镁还原四氯化钛制得，然而，工业制备的粗四氯化钛中含有大量有害杂质，它们的存在将严重影响海绵钛的质量，因此，粗四氯化钛精制提纯工艺对提高海绵钛质量和制备高纯钛具有重要意义。本论文建立在攀钢海绵钛厂实际生产基础上，对粗四氯化钛精制工序中常出现的杂质含量过高，产率偏低等问题进行针对性的实验及基础理论分析研究。
　　为了分析精制过程中Ti的走向及其损失，对精制工序整体物料平衡进行计算得知:Ti的损失主要是尾气损失和干渣饼损失，其中尾气损失占总钛量的1.064％;干渣饼损失占总钛量的1.052％。按照Ti的收率计算，加入的粗TiCl4中所含Ti和产物中精TiCl4中所含的Ti，整个精制工序系统收率为97.884％。
　　借助HSC软件对除钒浆液制备过程中化学反应过程的模拟，从而对除钒浆液制备过程进行热平衡分析，即热收入（化学自产热）与热支出（提升系统温度所需热量和环境的散热损失）的收支平衡。分析结果得出，该方法形成了完整的热平衡体系，用以验证实际化验结果的准确性以及反映除钒浆液质量的好坏。
　　除钒浆液中TiCl3和AlCl3的含量的影响分析得知:铝粉悬浮液固含量、氯气压力、氯气通入量、保温时间的增加都会使AlCl3的浓度升高，影响TiCl3的浓度升高的因素则是铝粉悬浮液固含量、氯气通入量、最高温度、保温时间的增加;停氯温度升高却会降低二者的浓度。较优工艺参数如下:铝粉悬浮液固含量，20～45 g/l;氯气压力，120～150kPa;氯气通入量，8～11 kg;停氯温度，95～105℃;最高温度≥128℃;保温时间≥7 min。
　　通过对精制除杂过程的影响因素分析得出:粗四氯化钛固相物含量偏高导致蒸馏除钒系统残渣排放量大和蒸馏系统产能偏低，同时也是精制系统产能较低的直接原因。而粗四氯化钛中VOCl3、SiCl4、AlCl3、FeCl3含量远高于设计值也将不同程度的影响精制系统的产率。
　　通过HSC软件对TiCl4水解过程的模拟得出:严格控制水解剂的添加量，可以降低TiCl4的损失，同时，水解剂添加过多，将会给溶液带来种类繁多的杂质，而且很有可能将AlOCl沉淀重新溶解为AlCl3水合物，导致水解失败。采用NaOH溶液代替水进行粗四氯化钛的水解反应得知，NaOH溶液拥有同样的水解除铝效果，且随着NaOH浓度的升高，反应越平和，有助于减小事故（因水解反应过于剧烈）发生的概率，因此在成本预算允许范围内，可以采用合适浓度的NaOH溶液代替水进行TiCl4水解。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 钛工业在国内外的发展现状

1．2 海绵钛的发展现状

1．3 TiCl4生产研究现状

1．3．1 TiCl4的性质和用途

1．3．2 粗TiCl4的制取工艺

1．3．3 粗TiCl4中杂质特性及其危害

1．3．4 粗TiCl4的精制研究现状

1．4 攀钢海绵钛厂粗四氯化钛精制生产现状

1．4．1 TiCl3浆液制备

1．4．2 蒸馏除钒和高沸点杂质

1．4．3 一级精馏除低沸点杂质

1．4．4 二级精馏除高沸点杂质

1．4．5 残渣处理系统

1．5 立题背景、研究目的与意义

1．5．1 立题背景

1．5．2 研究目的和意义

1．5．3 主要研究内容

第2章 实验条件及方法

2．1 实验原料

2．2 实验设备

2．3 实验方法与内容

第3章 精制工序物料平衡

3．1 除钒浆液制备过程的物料平衡计算

3．2 蒸馏除钒过程物料平衡计算

3．3 精馏过程的物料平衡计算

3．4 水解过程的物料平衡计算

3．5 水解液的沉降及矿浆蒸发的物料平衡计算

3．6 粗TiCl4精制系统中Ti走向分析

第4章 除钒浆液的制备

4．1 除钒浆液制备过程的热平衡分析

4．1．1 反应热效应

4．1．2 系统散热损失

4．2 除钒浆液制备过程的影响因素分析

4．2．1 固含量的影响

4．2．2 氯气压力的影响

4．2．3 通氯量的影响

4．2．4 停氯温度的影响

4．2．5 最高温度的影响

4．2．6 保温时间的影响

4．3 除钒浆液质量检测分析

4．3．1 溶解度实验

4．3．2 除钒浆液中游离态AlCl3的检测

4．4 本章小结

第5章 粗TiCl4精制除杂

5．1 蒸馏过程的热力学模拟

5．2 精制过程影响因素分析

5．2．1 除钒浆液的影响

5．2．2 物料成分的影响

5．2．3 排渣量的影响

5．3 本章小结

第6章 四氯化钛水解

6．1 TiCl4水解模拟分析

6．2 TiCl4水解实验结果分析

6．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果