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)
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
(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.