一種海綿鈦中氯含量超標的處理方法
【專利摘要】本發明提供了一種海綿鈦中氯含量超標的處理方法。所述海綿鈦為鎂熱還原法生產得到的海綿鈦，所述方法包括以下步驟：將海綿鈦放入反應器中，并對所述反應器進行抽真空處理至反應器內的真空度值≤100Pa；加熱反應器，使反應器中的海綿鈦先后經過150～200℃的低溫脫氣以及250～300℃、350～400℃、450～500℃和500～550℃四個恒溫階段的中溫脫氣，以除去海綿鈦中氯化鎂水合物中的水和氣體夾雜；脫氣結束后，繼續升溫至900～1020℃進行真空蒸餾，以除去海綿鈦中的氯化鎂。本發明的方法能夠有效地降低氯含量超標的海綿鈦中的氯含量，提高海綿鈦等級率。
【專利說明】一種海綿鈦中氯含量超標的處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及海綿鈦生產領域，更具體地講，涉及一種由于真空蒸餾故障，導致海綿鈦中氯含量超標的處理方法。
【背景技術】
[0002]鎂熱還原法生產海綿鈦，通常采用真空蒸餾的方式除去海綿鈦中的氯化鎂和鎂。為降低海綿鈦中氯離子含量，海綿鈦在真空蒸餾過程中對蒸餾罐的真空度要求高，對蒸餾電爐的溫度控制嚴格。國內海綿鈦企業在蒸餾海綿時，有2~4%的蒸餾罐中間通道堵塞，致使海綿鈦中氯化鎂未蒸餾干凈，導致海綿鈦產品氯元素超標，嚴重影響海綿鈦質量。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中存在的不足，本發明的目的之一在于解決上述現有技術中存在的一個或多個問題。
[0004]本發明的目的之一在于提供一種處理氯含量超標的海綿鈦的方法，以提高海綿鈦的等級率。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供了一種海綿鈦中氯含量超標的處理方法。所述海綿鈦為鎂熱還原法生產得到的海綿鈦，所述方法包括以下步驟:將海綿鈦放入反應器中，并對所述反應器進行抽真空處理至反應器內的真空度值≤ 1OOPa ;加熱反應器，使反應器中的海綿鈦先后經過150~200°C的低溫脫氣以及250~300°C、350~400°C、450~500°C和500~550°C四個恒溫階段的中溫脫氣，以除去海綿鈦內氯化鎂水合物中的水和氣體夾雜；脫氣結束后，繼續升溫至900~1020°C進行真空蒸餾，以除去海綿鈦中的氯化鎂。
[0006]根據本發明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法的一個實施例，所述低溫脫氣的處理時間為3~5h，所述中溫脫氣的四個恒溫階段的處理時間均為2~3h，所述真空蒸餾的處理時間為20~90h。
[0007]根據本發 明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法的一個實施例，待蒸餾罐真空蒸餾時間達到20~90h時，且所述反應器內的真空度值≤20Pa以下且持續時間≥5h，停止加熱所述反應器。
[0008]根據本發明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法的一個實施例，所述方法還包括在所述停止加熱反應器的步驟之后，向所述反應器內通入惰性保護氣體以使所述反應器內的壓強大于大氣壓強且壓差控制為14.7~30kPa，然后停止所述抽真空處理，并冷卻所述反應器。
[0009]根據本發明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法的一個實施例，優選地，所述方法還包括在所述將海綿鈦放入反應器的步驟之前，將海綿鈦破碎至粒度為0.83~25.4mm的步驟。
[0010]根據本發明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法的一個實施例，所述氣體夾雜包括氧氣和氮氣。[0011]根據本發明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法的一個實施例，所述海綿鈦中鈦含量為90~99wt%，氯化鎂及其水合物含量在lwt%以上以及氣體夾雜含量不大于10wt%。
[0012]根據本發明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法的一個實施例，所述方法是在鎂熱還原法生產海綿鈦的裝置中進行，所述鎂熱還原法生產海綿鈦的裝置包括反應器、真空電爐、冷卻構件和用于抽真空的真空系統，其中，所述反應器包括下罐體和上罐體，上罐體置于下罐體上方并且上罐體和下罐體之間通過下罐體的罐蓋分隔，所述罐蓋上設置有蒸汽出口，下罐體置于真空電爐中，上罐體通過設置在頂部的真空管道與真空系統連通，冷卻構件圍繞上罐體設置以對上罐體進行冷卻；在對氯含量超標海綿鈦進行處理時，海綿鈦放入所述反應器的下罐體中，通過所述真空系統進行抽真空處理，并通過所述真空電爐進行加熱，在真空系統提供的動力下，所述低溫脫氣和中溫脫氣產生的氣體從下罐體上升至上罐體并通過真空系統排出，所述真空蒸餾產生的氯化鎂蒸汽從下罐體上升至上罐體并在所述上罐體中冷凝。
[0013]根據本發明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法的一個實施例，在所述真空蒸餾的步驟中，控制所述真空電爐與所述反應器內的壓差為6~15kPa。
[0014]根據本發明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法的一個實施例，所述反應器為經過滲鈦處理或已用于海綿鈦生產的反應器。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果包括:能夠有效地降低氯含量超標的海綿鈦中的氯含量、氧含量和布氏硬度，提高了海綿鈦等級率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]通過下面結合附圖進行的描述，本發明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中:
[0017]圖1是本發明示例性實施例的海綿鈦中氯含量超標的處理方法所采用的裝置示意圖。
[0018]附圖標記說明:
[0019]1-下罐體1、2_上罐體、3-真空電爐、4-真空系統、5-真空管道、6_下罐體的罐蓋以及7-冷卻構件。
【具體實施方式】
[0020]在下文中，將結合附圖和示例性實施例詳細地描述根據本發明的海綿鈦中氯含量超標的處理方法。需要說明的是，在本申請中，真空度為絕對真空度(即，絕對壓強)。所謂絕對壓強是指，真空泵與檢測容器相連，經過足夠時間連續抽氣后，容器內的壓強不再繼續下降而維持某一定值，這時容器內的氣體壓強值就是泵的絕對壓強。如果容器內絕對沒有氣體，那么絕對壓強就是零，這是理論真空狀態。 [0021]圖1是本發明示例性實施例的海綿鈦中氯含量超標的處理方法所采用的裝置示意圖。
[0022]根據本發明示例性實施例的海綿鈦中氯含量超標的處理方法是在鎂熱還原法生產海綿鈦的裝置中進行。如圖1所示，鎂熱還原法生產海綿鈦的裝置包括反應器、真空電爐(又稱為蒸餾電爐)3、真空系統4和冷卻構件7。其中，真空系統4主要用于對反應器進行抽真空處理和真空狀態的保持。反應器包括下罐體(又稱為還原罐或蒸餾罐)I和上罐體(又稱為冷凝罐)2，上罐體2置于下罐體I上方并且上罐體2和下罐體I之間通過下罐體的罐蓋6分隔，罐蓋6的中心處設置有蒸汽出口，下罐體I置于真空電爐3中，上罐體2通過設置在頂部的真空管道5與真空系統4連通，冷卻構件7圍繞上罐體2設置以對上罐體2進行冷卻，在本實施例中，冷卻構件7包括套裝在上罐體2外的殼體和設置在所述殼體上的冷卻介質(例如水、空氣)入口和冷卻介質出口，所述殼體與上罐體2之間形成冷卻腔。在海綿鈦鎂熱還原生產工藝中，首先進行鎂熱還原反應然后進行真空蒸餾處理，鎂熱還原反應在下罐體I中進行，并且在進行鎂熱還原反應時所述蒸汽出口被關閉而在蒸餾過程中所述蒸汽出口被打開以通過蒸餾出來的氯化鎂或鎂蒸汽。蒸汽從還原罐I的蒸汽出口排出并上升至冷凝罐2罐頂的通道稱為蒸餾中間通道(或稱為蒸餾通道、中間通道)。當中間通道發生堵塞，堵塞后的蒸餾生產可能導致海綿鈦產品氯元素超標，這是因為，通道堵塞的蒸餾罐在拆分冷凝罐和還原罐時，還原罐內未蒸餾干凈的海綿鈦會接觸大量空氣，吸收空氣中的氮氣和氧氣，并且海綿鈦內的氯化鎂吸水性較強極易吸水形成氯化鎂的水合物，例如，MgCl2.12H20、MgCl2.8H20、MgCl2.6H20 (含水量為 53.8wt%)、MgCl2.4H20、MgCl2.2H20、MgCl2.1.5H20 (含水量為24wt%), MgCl2.IH2O^MgCl2.0.5H20等，在室溫條件下，主要生成穩定的六水氯化鎂，而海綿鈦中的氯化鎂水合物的多少與當時接觸的空氣潮濕程度和接觸空氣時間等因素有關。拆后的還原罐重新組裝成蒸餾罐并升溫真空蒸餾，在升溫過程中氯化鎂水合物水解并且氧、氫元素被海綿鈦吸收，氧化海綿鈦，影響海綿鈦的質量。在這種情況下，需要對獲得的氯含量超標海綿鈦進行再處理。
[0023]在一個示例性實施例中，待處理的氯含量超標的海綿鈦中鈦含量為90~99wt%,氯化鎂及氯化鎂水合物含量在lwt%以上,氣體夾雜(包括氮氣和氧氣)含量不大于10wt%。當然，海綿鈦中各物質含量的總量為100wt%。
[0024]經試驗證明，直接將檢測判定氯含量超標的海綿鈦坨直接進行回爐高溫蒸餾處理使氯化鎂再次蒸發出來，降低海綿鈦中的氯化鎂含量的效果并不明顯，不能確保海綿鈦等級率，回爐蒸餾處理后的海綿鈦中的雜質元素含量為Cl:0.15~0.3wt%,0:0.2~0.3wt%,布氏硬度> 160，海綿鈦等級為國標4、5級或等外鈦。
[0025]而根據本發明，在對上述氯含量超標海綿鈦進行處理時，首先將整坨海綿鈦或破碎至粒度為0.83~25.4mm的海綿鈦放入反應器的下罐體I中，并通過真空系統4進行抽真空處理至反應器內的真空度值≤1OOPa且真空度值越小越好，即真空度越高越好。然后，通過真空電爐3對下罐體I進行加熱，使反應器中的海綿鈦經過3~5h的低溫脫氣(溫度為150~200°C)，接著進行中溫脫氣，先后經過250~300°C、350~400°C、450~500°C和500~550°C (四個恒溫階段，中溫脫氣的四個恒溫階段的處理時間均為2~3h，以除去海綿鈦中氯化鎂水合物中的水和氣體夾雜(例如，氧氣和氮氣)。由于海綿鈦內氯化鎂水合物中的水不易分離，特別是含水量< 24wt%的氯化鎂中的水極難分離，本方法分為5個階段主要目的是使還原罐內氯化鎂水合物中的水盡量分離并脫除，避免海綿鈦被氧化。其中，低溫脫氣階段主要使MgCl2.6H20或MgCl2.4H20脫水至MgCl2.(I~1.5) H2O的形態時為止，中溫階段主要是在有氯化鎂水解產生的HCl氣氛中繼續脫去剩余結晶水，制得無水氯化鎂。若低溫、中溫脫氣的溫度如果偏高，則海綿鈦中氯化鎂水合物分離的水氧化海綿鈦；若恒溫時間較短，由于海綿鈦傳熱較差，海綿鈦內部的氯化鎂沒有在該階段充分脫氣。[0026]脫氣結束后，繼續升溫至900~1020°C進行真空蒸餾，以除去海綿鈦中的氯化鎂。當真空蒸餾的處理時間達到20~90h，所述反應器內的真空度值≤20Pa且持續時間> 5h時，停止加熱所述反應器，并向反應器內通入惰性保護氣體(例如氮氣)同時向真空電爐的爐體內充入空氣，以使反應器內的壓強大于大氣壓強且壓差控制為14.7~30kPa，然后停止抽真空處理，并冷卻所述反應器。在真空蒸餾階段，若溫度、真空度和蒸餾時間達不到上述要求，則海綿鈦中的氯化鎂蒸餾不干凈。[0027]其中，在真空系統4提供的動力下，低溫脫氣和中溫脫氣產生的氣體(例如，水蒸汽、氧氣和氮氣)從下罐體I上升至上罐體2并通過真空系統4排出，真空蒸餾產生的蒸餾物(主要為氯化鎂)從下罐體I上升至上罐體2并在上罐體2中冷凝，在本實施例中，通過從冷卻介質入口通入空氣并從冷卻介質出口排出，使上罐體2中的氯化鎂蒸汽在空氣對流作用下自然冷卻。
[0028]根據本發明的方法，先進行低溫和中溫脫氣處理，避免了在蒸餾過程中海綿鈦被氧化、氮化，且減少了氯化鎂水解對海綿鈦質量的影響，可以有效降低海綿鈦中的氯含量，提聞海綿欽等級率。
[0029]進一步地，在真空蒸餾的步驟中，控制真空電爐與反應器內的壓差為6~15kPa。以避免真空電爐與反應器內的壓差過大，導致高溫蒸餾的過程中導致反應器罐體變形。另外，可以避免真空電爐與反應器內的壓差過小，有可能引起的蒸餾電爐加熱器短路跳閘，這是因為空氣越稀薄，越易導電。
[0030]根據本發明的方法，先進行脫氣處理，避免了在蒸餾過程中海綿鈦被氧化、氮化，且減少了氯化鎂水解對海綿鈦質量的影響，可以有效降低海綿鈦中的氯含量，提高海綿鈦等級率。
[0031]為了更好地理解本發明的上述示例性實施例，下面結合具體示例對其進行進一步說明。
[0032]示例 I
[0033]將整坨海綿鈦放入已生產過海綿鈦并通過清理的反應器內，用盲板密封反應器底部，罐蓋密封反應器并對反應器內抽空至60Pa做氣密性檢漏測試，合格后將裝有海綿鈦的反應器置入真空電爐中，在真空度60Pa的條件下經3h、150~200°C低溫脫氣；接著經中溫脫氣，其溫度依先后階段控制為250~300°C、350~400°C、450~500°C、500~550°C四個恒溫段，并各恒溫2h。脫氣結束后，將電爐溫度升至900~1020°C恒溫繼續真空蒸餾，蒸餾過程中利用空氣對流自然冷卻蒸餾物，900~1020°C恒溫時間為37h時，反應器內真空度值< 4Pa持續7h，停止加熱反應器，向反應器內充入氬氣，同時向真空電爐的爐體內充入空氣，以使反應器內的壓強大于大氣壓強且壓差控制為15.9kPa，斷開真空管道，取出反應器并置入冷卻器中冷卻至常溫。
[0034]經檢測，處理后的海綿鈦中雜質元素含量為:C1:0.09wt%、O:0.08wt%，布氏硬度為117，海綿鈦等級為國標2級。
[0035]示例2
[0036]將破碎至粒度為0.83~25.4mm的海綿鈦放入已生產過海綿鈦并通過清理的反應器內，用盲板密封反應器底部，罐蓋密封反應器并對反應器內抽空至90Pa做氣密性檢漏測試，合格后將裝有海綿鈦的反應器置入真空電爐中，在真空度90Pa的條件下經5h、150~200°C低溫脫氣；接著經中溫脫氣，其溫度依先后階段控制為250~300°C、350~400°C、450~500°C、500~550°C四個恒溫段，并各恒溫3h。脫氣結束后，將電爐溫度升至900~1020°C恒溫繼續真空蒸餾，蒸餾過程中利用空氣對流自然冷卻蒸餾物，當反應器內真空度值< 15Pa持續6h，且蒸餾時間53h，停止加熱反應器，向反應器內充入氬氣，同時向真空電爐的爐體內充入空氣，以使反應器內的壓強大于大氣壓強且壓差控制為29kPa，斷開真空管道，取出反應器并置入冷卻器中冷卻至常溫。
[0037]經檢測，處理后的海綿鈦中雜質元素含量為:C1:0.15wt%、O:0.llwt%，布氏硬度為121，海綿鈦等級為國標3級。
[0038]可以看出，經本發明的方法處理后的海綿鈦中雜質元素含量為Cl ( 0.15wt%,O≤0.llwt%，布氏硬度≤121，海綿鈦等級均在國標3級以下。
[0039]綜上所述，本發明的處理方法能夠有效地降低氯含量高的海綿鈦中的氯含量、氧含量和布氏硬度，防止海綿鈦氧化，提高了海綿鈦等級率，并且整個工藝處理的時間較短，特別是高溫真空蒸餾階段的處理時間縮短，降低了生產設備損耗和生產成本。
[0040]盡管上面已經通過結合示例性實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應該清楚，在不脫離權利 要求所限定的精神和范圍的情況下，可對本發明的示例性實施例進行各種修改和改變。
【權利要求】
1.一種海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，所述海綿鈦為鎂熱還原法生產得到的海綿鈦，所述方法包括以下步驟: 將海綿鈦放入反應器中，并對所述反應器進行抽真空處理至反應器內的真空度值(IOOPa ； 加熱反應器，使反應器中的海綿鈦先后經過150~200°C的低溫脫氣以及250~3000C >350~400°C、450~500°C和500~550°C四個恒溫階段的中溫脫氣，以除去海綿鈦內氯化鎂水合物中的水和氣體夾雜； 脫氣結束后，繼續升溫至900~1020°C進行真空蒸餾，以除去海綿鈦中的氯化鎂。
2.根據權利要求1所述的海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，所述低溫脫氣的處理時間為3~5h，所述中溫脫氣的四個恒溫階段的處理時間均為2~3h，所述真空蒸餾的處理時間為20~90h。
3.根據權利要求1所述的海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，當真空蒸餾的處理時間達到20~90h，所述反應器內的真空度值≥20Pa且持續時間≥5h時，停止加熱所述反應器。
4.根據權利要求3所述的海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，所述方法還包括在所述停止加熱反應器的步驟之后，向所述反應器內通入惰性保護氣體以使所述反應器內的壓強大于大氣壓強且壓差控制為14.7~30kPa，然后停止所述抽真空處理，并冷卻所述反應器。
5.根據權利要求1所述的海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，所述方法還包括在所述將海綿鈦放入反應器的步驟之前，將海綿鈦破碎至粒度為0.83~25.4mm的步驟。
6.根據權利要求1所述的海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，所述氣體夾雜包括氧氣和氮氣。
7.根據權利要求6所述的海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，所述海綿鈦中鈦含量為90~99wt%，氯化鎂及其水合物含量在lwt%以上以及氣體夾雜含量不大于10wt%o
8.根據權利要求1至7中任意一項所述的海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，所述方法是在鎂熱還原法生產海綿鈦的裝置中進行，所述鎂熱還原法生產海綿鈦的裝置包括反應器、真空電爐、冷卻構件和用于抽真空的真空系統，其中， 所述反應器包括下罐體和上罐體，上罐體置于下罐體上方并且上罐體和下罐體之間通過下罐體的罐蓋分隔，所述罐蓋上設置有蒸汽出口，下罐體置于真空電爐中，上罐體通過設置在頂部的真空管道與真空系統連通，冷卻構件圍繞上罐體設置以對上罐體進行冷卻； 在對氯含量超標海綿鈦進行處理時，海綿鈦放入所述反應器的下罐體中，通過所述真空系統進行抽真空處理，并通過所述真空電爐進行加熱，在真空系統提供的動力下，所述低溫脫氣和中溫脫氣產生的氣體從下罐體上升至上罐體并通過真空系統排出，所述真空蒸餾產生的氯化鎂蒸汽從下罐體上升至上罐體并在所述上罐體中冷凝。
9.根據權利要求8所述的海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，在所述真空蒸餾的步驟中，控制所述真空電爐與所述反應器內的壓差為6~15kPa。
10.根據權利要求8所述的海綿鈦中氯含量超標的處理方法，其特征在于，所述反應器為經 過滲鈦處理或已用于海綿鈦生產的反應器。
【文檔編號】C22B9/02GK103740951SQ201310731580
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】楊健, 劉彬, 許虎誠, 黃子良, 姜方新 申請人:攀鋼集團鈦業有限責任公司