钒钛产品工艺与设备 考试要点

钛精矿:
选矿方法重选法,电选法,浮选法,磁选法和联合分选法。理论分子式:FeTiO2.
重选原理:根据矿物的密度不同而进行分离的方法。
浮选:泡沫浮选,按照矿物表面物理化学性质差异来分离各种细粒的方法。
电选:依靠不同物料间电性差异,借助于高压电场作用实现分选、分离的一种分选方法。
磁选:利用磁性颗粒和非磁性颗粒在分选空间的运动行为差异进行分选的过程。
选矿工艺流程:破碎、筛分、磨矿、分级、分选、脱水及产品储存。
选钛厂主要设备:球磨机、强磁机、干燥机、盘式过滤机、加药药剂搅拌槽、浮选机(吸入槽)
钛渣:
钛渣的生产方法主要是电炉熔炼法。使用还原剂将钛精矿中的铁氧化物还原成金属铁分离出
去的选择性除铁,从而富集钛的火法冶金过程。以无烟煤或石油焦为还原剂,与钛精矿经过配料、制团后,加入矿热式电弧炉内,于1600~1800℃高温下还原熔炼,所得凝聚态产物为生铁和钛渣,根据生铁和钛渣的比重和磁选差别,使钛氧化物与铁分离,从而得到含TiO2 72%~95%的钛渣。
原料:钛精矿,焦炭(无烟煤)。产品:酸溶性钛渣或氯化钛渣、生铁。工艺:电炉熔炼法。设备:矿热式电弧炉
高温主反应式:FeTiO3+C===Fe+TiO2+CO  △G=190900-161T  (298~1700K)
高温副反应式:3/4FeTiO3+C===1/4Ti3O5+3/4Fe+CO  △G=209000-168T  (298~1700k)
2FeTiO3+3C===2Fe+Ti2O3+3CO    △G=213000-171T  (298~1700k)
FeTiO3+2C===Fe+TiO+2CO    △G=252600-177T  (298~1700k)
赤铁矿被还原:Fe2O3+3C===2Fe+3CO    △G=164000-176T  (298~1700k)
在电弧炉2000K以下的温度下,杂质不可能被还原,故进入钛渣渣相,只有氧化铁被还原
成了单质金属铁。
工艺流程:配料、制团、电炉熔炼、渣铁分离、冷却炉前钛渣、破碎,磁选、获得产品高钛渣。
人造金红石:
又称合成金红石,指利用化学加工方法,将钛铁矿中的大部分铁成分分离出去所产生的一种在成分和结构性能与天然金红石相同的富钛原料,其TiO2含量视加工工艺的不同波动在91%~96%,是天然金红石的优质代用品,大量用于生产氯化法二氧化钛,也可用于生产四氯化钛、金属钛等。
生产原理:由钛铁矿生产人造金红石的工艺基础是除去钛铁矿中的铁及其他杂质,最大限度地以金红石形式富集钛,生产工艺的主体均包括钛铁矿的氧化、还原、浸出及废酸的处理,最终产品是多孔金红石型的颗粒氧化钛相。一般工艺过程是,在800℃焙烧钛铁矿,在原生颗粒内碎裂成赤铁矿、金红石和假板钛矿,使其分别成为铁和钛的氧化物,然后将其分离。
主要方法:石原法、Benelite法、Murso法、Becher法、选择氯化法、钛渣法。
工艺流程:还原熔炼、选择氯化、预氧化、酸溶、锈蚀、磁选分离、酸浸、氧化、最后得到人造金红石。
选择性氯化法生产金红石反应式:Fe2O3. TiO2+3/2C+3Cl2=== TiO2+2FeCl3+3/2Co2
FeO.TiO2(s)+C(s)+3/2Cl2(g)===FeCl3(g)+ TiO2+CO(g)
盐酸循环浸出法:钛铁矿在稀盐酸中选择性地浸出Fe,Ca,Mg,Mn等杂质而被除去,从而使TiO2得到富集而提高了品味。FeO. TiO2+2Hcl=== TiO2+FeCl2+H2O. CaO,MgO,MnO同上。在浸出过程中TiO2有部分被溶解,当溶液的酸浓度降低时,溶解生成的TiOCl2又发生水解而析出TiO2水合物:FeO. TiO2+4HCl===TiOCl2+FeCl2+2H2O  TiOCl2+(X+1)H2O=== TiO2.XH2O↓+2HCl
硫酸法钛白粉:
生产原理:是成熟的生产方法,使用的原料为钛精矿或钛渣以及矿渣混合物。硫酸法钛白
生产实际上是一个通过分离、提纯等化学和物理方法,去除钛精矿(钛渣)中的杂质,只保留90%以上TiO2的一个化工过程。
主要环节包括:酸解、钛液水解、偏钛酸盐处理、偏钛酸煅烧、钛白后处理。
生产钛白的原料:钛精矿或钛渣、硫酸。产品:金红石型钛白或锐钛型钛白,另外副产品硫酸亚铁。工艺:硫酸法。主要设备:酸解罐、水解锅、回转窑等。
硫酸法钛白生产工艺流程:原矿准备;用硫酸分解精矿制取硫酸钛溶液;溶液净化除铁;由硫酸钛溶液水解析出偏钛酸;偏钛酸煅烧制得二氧化钛以及后处理工序等。
主反应式:FeTiO3+3H2SO4→Ti(SO )+FeSO4+3H2O  FeTiO3+2H2SO4→TiOSO4+ FeSO4+2H2O
Fe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+3H2O
杂质副反应式:MgO/CaO/MnO+ H2SO4→MgSO4/CaSO4/MnSO4+ H2O
AL2O3+3H2SO4 →Al2(SO4)3+3H2O
硫酸法的优点是可直接用钛铁矿作原料,设备简单,工艺技术容易掌握,缺点是三废量大,不利于环境保护,并且处理三废费用很多,从而使生成成本增加。
存在的问题:1.硫酸耗量大、生成稀酸量大。2.副产品绿矾市场销量困难。3.排放过多酸性废气,污染环境。
氯化法钛白:
生产工艺过程:1.用高品位钛铁矿或天然金红石、人造富钛料,采用氯化工艺粗TiCl4; 粗TiCl4经过提纯制取精TiCl4。2. 精TiCl4气相氧化制取符合颜料性能的金红石型TiO2粒子。3.后处理生产出适应不同用途的产品。
工艺流程:配料、氯化、精制、氧化、后处理。
氯化法钛白生产的特点是工艺流程段,装置生产能力大,自动化程度高,产品质量好,与环境友好性优于硫酸法。
四氯化钛:
是一种无液体,有刺激性酸味,在水中或潮湿的空气中极易水解,冒出大量的白烟。军事上作为烟雾剂,利用四氯化钛形成的浓雾覆盖地面,减少夜间地面热量散失,保护农作物不受严寒。
生产原理:用或其他氯化剂氯化金属钛或其他富钛物料,再经氯化、冷凝分离、精制等过程而制得,常采用的氯化剂有Cl2和盐酸等。工业上用作生产四氯化钛的高钛物料主要有钛铁矿精矿、高钛渣、人造或天然金红石、碳氯化钛等。
主反应式:1/2TiO2+Cl2===1/2TiCl4+1/2O 副反应太多不写。
生产工艺:配料、氯化、精制。
海绵钛:
镁热还原法生产海绵钛基本原理:在高温下用金属Mg或Na还原TiCl4,得到金属钛,呈海绵状,纯度为98.5%~99.7%,工业上叫海绵钛。是在封闭的钢制反应器中进行,将纯金属镁放入反应器中并充满惰性气体,加热使镁熔化(650℃),在高温下,以一定的流速放入TiCl4与熔融的镁反应。
生产海绵钛原料:液态TiCL4、金属镁。产品:海绵钛、MgCl2。工艺:镁热还原法。设备:还原炉、还原反应器、供给TiCL4、氩气和水及其管路系统,控制与调节工艺过程用仪表、真空系统等。
工艺流程:反应罐准备、加液镁、加TiCL4、排放MgCl2、真空蒸馏、拆罐。
主反应式:TiCL4(g)+2Mg(l)→2MgCl2(l)+Ti(s)△G=-462200+136T  (987~1200k)
五氧化二钒:
生产原理:以钒渣作为原料,用钠盐使钒和部分杂质溶解于水,生成钒钠酸,再加入铵盐使钒沉淀出来,生成钒酸盐,而其他杂质不沉淀,再将钒酸铵焙烧分解为五氧化二钒即可。
原料:钒渣、钠盐或钙盐、铵盐。工艺:钠盐溶解、铵盐沉钒法。设备:回转窑、浓缩机、熔化炉。
主反应式:去你妈的这么多。工艺流程:原料预处理、焙烧工艺、沉淀工序、熔化工序、
三氧化二钒:
生产原理:三氧化二钒是一种比五氧化二钒更高效的合金添加剂,其制取一般是利用钒的中间产品来制取,一类是不外加还原剂的钒酸铵热分解裂解法;另一类是外加还原剂的直接还原法。工艺流程:干燥、煅烧、还原、造粒。原料:多钒酸铵,用气体(氢或一氧化碳)进行还原。主反应式:一氧化碳还原:
(NH4)V6O16+6CO==3V2O3+6CO2+2NH3+H2O      (NH4)6V10O28+10CO==5V2O3+10CO2+6NH3+3H2O     
(NH4)V12O31+12CO==6V2O3+12CO2+2NH3+H2O 
氢还原:(NH4)V6O16+6H2==3V2O3+2NH3+7H2O
      (NH4)6V10O28+10H2==5V2O3+6NH3+13H2O
(NH4)V12O31+12H2==6V2O3+2NH3+13H2O 
钒铁冶炼方法及特点:
1.以还原剂来区分:通常氛围硅热法、铝热法、碳热法三种。
2.以还原设备区分:在电炉中冶炼的有电炉法。不用电炉加热,只依靠自身反应放热的方法称为铝热法。
3.以含钒原料不同区分:用五氧化二钒、三氧化二钒、钒渣原料冶炼钒铁的方法。
4.根据热源不同区分:碳热法、电热法、电硅热法、金属热法。
氮化钒:
原料:V2O3或多钒酸铵,还原剂(H2、N2和天然气的混合气体,或NH3与天然气的混合气体)产品:钒合金添加剂——煤球状氮化钒。设备:真空炉、流动床等。工艺:真空还原法高温熔化炉。主反应式:用V2O3制取:V2O3+N2===2VN+1.5O2  V2O3+3C+N2===2VN+3CO 
用金属V制取:V+0.5N2===VN

本文发布于:2024-09-22 15:25:44,感谢您对本站的认可!

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