Processo di produzione della spugna di titanio
1. Spugna di titanio
È un titanio metallico simile a una spugna prodotto mediante riduzione termica del metallo ed è la materia prima per i materiali di lavorazione del titanio. Viene estratto dall'ilmenite rutilo e trasformato in vari materiali in lega di titanio dopo la fusione e la forgiatura. A seconda della diversa purezza, il titanio spugnoso può essere suddiviso in sette gradi, da uno a cinque, nonché in grado 0 e grado 0A. Il contenuto di titanio varia da 98,5 a 99,7. Più piccolo è il numero, maggiore è il contenuto di titanio.
La classificazione del grado della spugna di titanio è principalmente classificata in base alla sua composizione chimica, porosità e resistenza. La classificazione specifica è la seguente:
In base alla composizione chimica e alla durezza Brinell, i prodotti in spugna di titanio possono essere suddivisi in 7 marchi (gradi): MHT-95, MHT-100, MHT-110, MHT-125, MHT-140, MHT-160, MHT-200.
In base alla porosità e alla capacità di assorbimento, la spugna di titanio può essere divisa in due gradi: bassa porosità e alta porosità. La spugna di titanio a bassa porosità ha una migliore traspirabilità, mentre la spugna di titanio ad alta porosità ha una superficie più ampia e una migliore capacità di assorbimento.
A seconda del livello di resistenza, la spugna di titanio può essere divisa in diversi gradi. La spugna di titanio con maggiore resistenza può sopportare una forza maggiore, ha una migliore durata e capacità anti-deformazione ed è adatta per alcuni scenari di applicazione con carichi leggeri o a bassa pressione. La spugna in titanio con resistenza inferiore è adatta per alcune applicazioni con carichi leggeri o a bassa pressione.
2. La spugna di titanio è principalmente divisa in processi completi e semilavorati:
L'intero processo comprende principalmente tre processi: raffinazione mediante clorazione, distillazione di riduzione ed elettrolisi del magnesio. Innanzitutto, i materiali ricchi di titanio vengono clorurati e raffinati per produrre tetracloruro di titanio, quindi il tetracloruro di titanio viene ridotto con magnesio per ottenere una spugna di titanio. Infine, l'elettrolisi viene utilizzata per ridurre il cloruro di magnesio generato nella fase di riduzione in cloro gassoso e magnesio per il riciclaggio.
Il processo semiprocesso acquista direttamente tetracloruro di titanio raffinato e produce spugna di titanio dopo la riduzione, omettendo i processi di raffinazione del cloruro e di elettrolisi del magnesio. Poiché il magnesio non partecipa al ciclo, il costo della spugna di titanio semilavorata è generalmente più elevato.
3. Sostanze utilizzate nella produzione della spugna di titanio:
A seconda del processo produttivo possono essere generati diversi tipi e quantità di rifiuti e prodotti. In generale, durante la produzione della spugna di titanio, vengono generati sia rifiuti gassosi, come cloro, acido cloridrico e tetracloruro di titanio, sia rifiuti solidi come gli alogenuri. La maggior parte di questi rifiuti devono essere adeguatamente trattati o riciclati per garantire la sicurezza e la tutela ambientale del processo produttivo.
Inoltre, durante il processo di produzione della spugna di titanio verrà generata una grande quantità di acque reflue. Queste acque reflue contengono principalmente sostanze come acido cloridrico e tetracloruro di titanio, che devono essere trattate per soddisfare gli standard di scarico o di riciclaggio.
4. Processo di trattamento di lavaggio alcalino secondario
Si tratta di un metodo di desolforazione con lavaggio alcalino migliorato, che utilizza due scrubber continui per la desolforazione. Nello scrubber del primo stadio, il gas grezzo entra in contatto con la soluzione alcalina, provocando una reazione gas-liquido. L'anidride solforosa reagisce con l'idrossido nella soluzione alcalina per formare tiosolfato. Le soluzioni alcaline comunemente utilizzate includono la soluzione di idrossido di sodio (NaOH) e la soluzione di carbonato di sodio (Na2CO3). L'equazione chimica di questa reazione è SO2 + NaOH → NaHSO3.
5. Principio di funzionamento del forno a sale fuso con soda caustica
Utilizza lo scambio di calore tra il gas di combustione e il sale fuso per condurre l'energia termica attraverso la circolazione del flusso di sale caldo. Nello specifico, il materiale salino viene riscaldato fino al suo punto di fusione per formare sale fuso e l'energia termica in esso contenuta viene immagazzinata in un dispositivo di accumulo termico. L'energia termica contenuta nel sale fuso viene quindi utilizzata per generare vapore ad alta temperatura e alta pressione, che viene convertito in energia elettrica. Infine, la salamoia calda e fredda rimanente viene restituita al forno a sale fuso per essere riscaldata e ottenere il riciclaggio dell'energia termica. Questo principio di funzionamento rende il forno a sale fuso con soda caustica un'apparecchiatura di conversione dell'energia efficiente ed ecologica che può essere ampiamente utilizzata in molti campi, come la produzione di energia solare termica, il riscaldamento industriale, ecc.
6. Metodo di trattamento della polvere di essiccazione del sale industriale
Metodo fisico: sfruttare la differenza di solubilità tra sale industriale e cloruro di sodio per produrre una soluzione satura di nitrato di potassio. Dopo il raffreddamento, la maggior parte diventerà un precipitato cristallino, mentre il cloruro di sodio si troverà nelle acque madri. , separare i cristalli filtrati dalle acque madri.
Metodo chimico: sciogliere prima il sale industriale in acqua per creare una soluzione, aggiungere la soluzione di nitrato d'argento in eccesso, gli ioni d'argento reagiscono con gli ioni cloruro per formare un precipitato di cloruro d'argento, quindi aggiungere acido cloridrico in eccesso alla soluzione per precipitare gli ioni d'argento in eccesso e filtrare. Infine, la soluzione filtrata viene riscaldata per rimuovere l'acido cloridrico in eccesso.
Il sale di scarto della clorazione è il rifiuto generato nel processo di clorazione del sale fuso, principalmente rifiuti contenenti sale e residui di sale. La generazione di questi rifiuti è un prodotto inevitabile del processo di clorazione e i loro componenti e la loro composizione sono legati alle materie prime di clorazione e ai solventi utilizzati. I metodi di trattamento dei sali di scarto clorurati comprendono la frantumazione, la reazione alcalina, la filtropressa, la filtrazione di precisione, l'ultrafiltrazione e altre fasi. I prodotti ottenuti durante il processo di trattamento possono essere utilizzati come risorse. Ad esempio, le scorie di ferro-titanio ottenute dalla filtrazione tramite pressa possono essere utilizzate come risorse o accatastate come rifiuti generici. La salamoia di cloruro di sodio ottenuta mediante ultrafiltrazione può essere utilizzata come materia prima per il processo di preparazione della soda caustica mediante elettrolisi a membrana ionica oppure il sale solido si ottiene dopo evaporazione e recupero.
Le principali differenze tra il sistema di trattamento dei gas di scarico in spugna di cloruro di titanio e il sistema di trattamento dei gas di scarico elettrolitico al magnesio sono le seguenti:
Il sistema di trattamento del gas di coda della clorazione tratta principalmente il gas di scarico generato nell'officina di clorazione, che comprende principalmente gas acidi come cloro e acido cloridrico. Per ottenere la purificazione e lo scarico dei gas di scarico, il sistema eseguirà un trattamento di lavaggio alcalino, convertirà i gas acidi in sostanze saline attraverso reazioni chimiche e realizzerà lo scarico dei gas di scarico.
Il sistema di trattamento del gas di coda del magnesio elettrolitico tratta principalmente il gas di scarico generato nell'officina del magnesio elettrolitico, che comprende principalmente gas di cloro e vapore di magnesio. Per purificare e scaricare i gas di scarico, il sistema eseguirà la rimozione della polvere, condenserà il vapore di magnesio in particelle di magnesio e raccoglierà il gas di cloro per il riutilizzo. Allo stesso tempo, il sistema eseguirà anche il controllo della diffusione del gas per controllare efficacemente il vapore di magnesio che non è stato rimosso dalla polvere nei gas di scarico all'interno dell'officina e impedirne la diffusione nell'ambiente esterno all'officina.
In generale, la differenza principale tra il sistema di trattamento dei gas di coda in spugna di cloruro di titanio e il sistema di trattamento dei gas di coda in magnesio elettrolitico risiede nei diversi componenti dei gas di scarico e nei metodi di trattamento.
7. Processo di trattamento del gas di coda al cloruro di titanio spugnoso e processo di trattamento del gas di coda al magnesio elettrolitico:
Il processo di trattamento del gas di coda con spugna di cloruro di titanio comprende principalmente le seguenti fasi:
Trattamento di purificazione a umido: in primo luogo, il gas di scarico deve essere trattato mediante purificazione a umido. Questa fase prevede principalmente l'invio del gas di scarico nelle apparecchiature di depurazione e la spruzzatura con acqua per il lavaggio. Durante questo processo, HCl e NaCl si dissolveranno in acqua e TiCl4 si idrolizzerà, lavando le particelle di polvere solide nell'acqua. Le apparecchiature di purificazione possono utilizzare torri di lavaggio, scrubber centrifughi, torri di assorbimento degli spray e collettori di polveri a schiuma, ecc.
Declorazione: per rimuovere ulteriormente il cloro si possono utilizzare metodi diversi a seconda della concentrazione di cloro. Quando la concentrazione di cloro nel gas di scarico è bassa, viene spesso spruzzato latte di calce (Ca(OH)2) e il cloro reagisce con il latte di calce per generare Ca(ClO)2. Se la concentrazione di cloro nel gas di scarico è bassa ma il volume del gas di coda è elevato, per la spruzzatura viene spesso utilizzato NaOH o Na2CO3 e il cloro reagirà con essi per formare NaClO, che può essere utilizzato come polvere sbiancante. Se la concentrazione di cloro nel gas di scarico è elevata ma il volume del gas di coda è piccolo, è possibile utilizzare lo spray FeCl2 per assorbire il cloro. In questo processo, l'eluente FeCl2 viene preparato facendo reagire preventivamente la limatura di ferro con HCl. Dopo l'eluizione, viene generato FeCl3. FeCl3 viene aggiunto con limatura di ferro e ridotto a FeCl2 per il riciclaggio.
Il processo di trattamento elettrolitico dei gas di coda del magnesio comprende principalmente le seguenti fasi:
Elettrolisi del magnesio: l'officina di elettrolisi elettrolizzerà il cloruro di magnesio prodotto nell'officina di riduzione per produrre magnesio e cloro gassoso. Il magnesio prodotto mediante elettrolisi viene inviato all'officina di riduzione come agente riducente per la produzione di spugna di titanio, mentre il gas di cloro viene inviato all'officina di clorazione per la produzione di tetracloruro di titanio.
Elettrolisi e trattamento dei gas di coda con ri-vapore: il sistema di trattamento dei gas di coda con elettrolisi e ri-vapore svolge le funzioni di purificazione e scarico dei gas di scarico acidi nel sistema di elettrolisi del magnesio e nell'officina di ri-vaporizzazione. Questi gas di scarico acidi sono composti principalmente da cloro e acido cloridrico.
8. Gli inquinanti vengono prodotti durante il processo di clorazione della spugna di titanio:
Cloruri organici: come tetracloruro di titanio, cloroformio, diclorometano, ecc. Questi organocloruri sono spesso tossici e possono causare inquinamento ambientale.
Cloruri inorganici: come cloro, acido cloridrico, ecc. Anche questi cloruri inorganici sono tossici e possono causare rischi ambientali e biologici.
Altri inquinanti: durante il processo di clorazione possono essere prodotti alcuni altri inquinanti, come il fosgene (COCl2), che sono anch'essi sostanze tossiche.
9. Principio di ossidazione del sistema di trattamento dei gas di scarico in spugna di cloruro di titanio:
Principalmente in determinate condizioni di temperatura e pressione, l'ossigeno nell'aria viene utilizzato per ossidare il tetracloruro di titanio presente nei gas di scarico in biossido di titanio. Nello specifico, il processo di reazione di ossidazione può essere suddiviso nelle seguenti fasi:
Il cloro reagisce con l'ossigeno per formare ioni clorato: Cl2+O2=2ClO3
Gli ioni clorato reagiscono con il tetracloruro di titanio per formare biossido di titanio e cloro: TiCl4+2ClO3=TiO2+2Cl2+O2
Questo processo viene eseguito a una determinata temperatura (come 600-800 gradi) e pressione (pressione normale). Allo stesso tempo, è necessario aggiungere un catalizzatore (come il pentossido di vanadio, ecc.) per ridurre l'energia di attivazione della reazione e promuovere la reazione. Il biossido di titanio risultante può essere riciclato come sottoprodotto, mentre il cloro può essere riutilizzato nella produzione di clorazione.
Va notato che il processo di ossidazione viene effettuato in determinate condizioni di temperatura e pressione, quindi le condizioni di reazione devono essere rigorosamente controllate e si dovrebbe prestare attenzione al riciclaggio del cloro nei gas di scarico per ridurre i costi di produzione e l'inquinamento ambientale.
10. Il rapporto tra titanio di fascia alta e leghe di titanio e spugna di titanio:
Innanzitutto, il titanio e le leghe di titanio di fascia alta si riferiscono al titanio e alle leghe di titanio con proprietà eccellenti e usi speciali, come elevata resistenza, elevata tenacità, resistenza alla corrosione, prestazioni alle alte temperature, ecc. La spugna di titanio è una lega di titanio prodotta dalla reazione del tetracloruro di titanio e del magnesio. Di solito viene utilizzato come materia prima per la produzione di titanio e leghe di titanio di fascia alta.
Nello specifico, la relazione tra titanio di fascia alta e leghe di titanio e spugna di titanio si riflette principalmente nei seguenti aspetti:
Materie prime: la spugna di titanio è una delle materie prime per la produzione di titanio e leghe di titanio di fascia alta. Attraverso l'ulteriore lavorazione e legatura della spugna di titanio, è possibile produrre titanio di fascia alta e leghe di titanio con proprietà eccellenti.
Processo di produzione: i processi di produzione del titanio e delle leghe di titanio di fascia alta sono simili a quelli della spugna di titanio, che richiedono una serie di fusione, lavorazione e trattamento termico. Tuttavia, il processo di produzione del titanio e delle leghe di titanio di fascia alta è più complesso e sofisticato e richiede requisiti tecnici più elevati e controlli di qualità più severi.
Campi di applicazione: il titanio e le leghe di titanio di fascia alta sono utilizzati principalmente nei settori aerospaziale, militare, petrolchimico e di altro tipo e hanno un'ampia gamma di usi. La spugna di titanio viene utilizzata principalmente per produrre parti in lega di titanio ad alta resistenza e resistenti alla corrosione richieste nel settore aerospaziale, automobilistico e in altri campi.
In generale, esiste una stretta relazione tra titanio di fascia alta e leghe di titanio e spugna di titanio. Esistono alcune somiglianze tra i processi di produzione, le materie prime e i campi di applicazione, ma in termini di tecnologia di produzione, prestazioni del prodotto e campi di applicazione ci sono anche alcune differenze.
11. Il flusso del processo di purificazione del titanio di fascia alta è il seguente:
Come materia prima viene selezionato il biossido di titanio di elevata purezza e per il trattamento di riduzione viene aggiunto un agente riducente.
Il biossido di titanio ridotto viene decapato per rimuovere le impurità.
Dopo il decapaggio, il biossido di titanio viene lavato con acqua ed essiccato, quindi viene aggiunto un agente riducente per la riduzione ad alta temperatura.
La spugna di titanio ridotta viene frantumata e macinata per ottenere una spugna di titanio a particelle fini.
Il titanio spugnoso a grana fine viene fuso ad alte temperature e la tecnologia di fusione sotto vuoto viene utilizzata per rimuovere impurità e gas.
Dopo la raffinazione, la spugna di titanio viene colata e pressofusa in continuo per ottenere lingotti di titanio di elevata purezza.
Utilizzando la tecnologia di forgiatura ad alta temperatura, i lingotti di titanio vengono forgiati ad alte temperature per ottenere materiali di titanio di elevata purezza.
