Принципиальная схема хлорного метода производства титана
|
Технологическая схема магниетермического процесса (рис. 8) является одной из разновидностей хлорного метода. Далее освещена та часть технологической схемы по переделам, которая относится непосредственно к получению титана. Приведены те или иные разновидности технологической схемы и аппаратурного оформления, которые позволили осуществить промышленное производство титана и успешно конкурируют благодаря каким-либо преимуществам. Таким образом, производство губчатого титана, начинаясь с обогатительных процессов (рудно-термической плавки, хлорирования и разделения хлоридов), на основной стадии — металлотермическом восстановлении — стыкуется с производством металлического магния, используемого как восстановитель титана из хлорида. Разделение реакционной массы с выделением технически чистого титана в этом случае целесообразно производить путем отгонки хлорида металла-восстановителя в вакууме (способ вакуумной сепарации), так как гидрометаллургический способ приводит к большим потерям магния и хлора и к резкому снижению качества получаемого титана. Вакуумная сепарация — очень энергоемкий процесс, однако возможность почти полностью возвратить магний и хлорид магния в производство делает его экономически выгодным. В связи с тем, что вакуумная сепарация является дорогостоящим переделом, разработано несколько аппаратурно-технологических схем, которые в основном различаются переделом очистки губчатого титана от магния и хлорида магния. Все схемы включают процесс вакуумной сепарации. В схеме с раздельными аппаратами восстановление и вакуумную сепарацию осуществляют в двух различных аппаратах. После окончания восстановления реактор извлекают из печи, охлаждают реакционную массу до температуры окружающей среды.  В схеме с совмещенным аппаратом процессы восстановления и вакуумной сепарации осуществляют в одном аппарате и в одной и той же печи или в различных печах. Недостаток схемы — сложность конструкции печи и обслуживания аппарата, так как в нем проводятся два принципиально различных процесса. При восстановлении необходим отвод тепла реакции, требуются устройства для ввода реагентов и аргона и отвода хлорида магния, следует не допускать больших перепадов температуры внутри аппарата. При сепарации тепло в реактор необходимо только подводить. Удовлетворение противоречивых требований к конструкции в какой-то мере осуществляется при использовании аппаратов с отдельно стоящим конденсатором, который связан с реактором паропроводом. Недостатки совмещенного аппарата в большой степени устраняются при применении полусовмещенных аппаратов. Комбинированная схема предполагает получение реакционной массы и частичную вакуумную сепарацию. При этом отгонку хлорида магния ведут не до конца, а до концентрации хлора 2—5 %. На это затрачивается 30—50 % времени, необходимого для полной сепарации. Остатки хлорида магния удаляют (после дробления недосепарированного блока губки) гидрометаллургическим способом, который значительно дешевле, чем вакуумная сепарация. Реагентами при выщелачивании могут быть слабая соляная кислота, раствор аммиака и др. Магний и хлорид магния, отогнанные кратковременной сепарацией, возвращаются в производство. Однако присутствие в реакционной массе даже небольших количеств неотогнанного магния приводит к тому, что продукты его гидролиза при выщелачивании захватываются титановой губкой и ухудшают ее качество. В схеме с вырезкой (высверливанием) реакционной массы после восстановления охлаждают реактор и высверливают из него реакционную массу на станке, а полученную стружку загружают в аппарат сепарации и подвергают двухстороннему обогреву (внутреннему и наружному). Преимуществом схемы является сокращение продолжительности вакуумной сепарации стружки по сравнению с сепарацией монолитной реакционной массы, а также упрощение схемы механического измельчения губчатого титана. К недостатку относится необходимость применения закрытых помещений и сухого воздуха при высверливании реакционной массы. В схеме с высверливанием может быть применена комбинированная обработка реакционной массы: неполная вакуумная сепарация и выщелачивание. В любой из рассмотренных схем может быть приемлем технологический прием, обеспечивающий переплавку конденсата магния и хлорида магния непосредственно в реакторе, а не в специальной печи. Для этой цели в качестве конденсатора аппарата сепарации устанавливают второй реактор. Магний, осажденный в оборотном реакторе, используется в последующем цикле восстановления. Недостаток такого приема — необходимость расплавления конденсата в дорогостоящим аппарате восстановления и задалживание печи на эту операцию. Несколько снижается и производительность аппарата сепарации, так как конструкция и размеры конденсатора определяются уже с учетом процесса восстановления. Качество продукции является определяющим критерием при выборе схемы, поэтому промышленное воплощение получили лишь те схемы, которые позволяют добиться наилучшего качества, в именно: схемы с сепарацией монолитовой реакционной массы. Во всех остальных схемах качество титана снижается в основном из-за повышенной концентрации кислорода и частично — азота. Многочисленные попытки создать непрерывно действующие аппараты для получения титана оказались пока безуспешными. Значительные затруднения вызывают побочные процессы, сопровождающие основной восстановительный процесс образование низших хлоридов, спекание титана и припекание к стенкам реактора и др. Работа любого аппарата непрерывного действия в значительной мере осложняются необходимостью предварительно рафинировать магний и по мере получения отделять от титана хлорид магния. Сложно подобрать непрерывный процесс очистки получаемого титана от остатков восстановителя и его хлорида. К преимуществам аппарата непрерывного действия можно отнести высокую производительность, получение однородной по составу губки, и, вероятно, более высокий коэффициент использования магния. Создание непрерывно действующих аппаратов, способных конкурировать с существующими (возможности которых исчерпаны далеко на полностью) , — сложная проблема. |
