Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
того титана магнием или натрием, а также восстановление окислов титана кальцием (гидрохлоридом кальция) и алюминием.
В настоящее время промышленной производство титана основано на восстановлении четыреххлористого титана магнием (магниетермический способ) или натрием (натриетермический способ).
В первом случае для разделения продуктов восстановления титановой губки, магния и хлористого магния применят в основном способ отгонки магния и хлористого магния от титановой губки при температуре около 1000C и остаточном давлении в реакторе от нескольких миллиметров ртутного столба в начале процесса до нескольких микронов в конце (так называемый способ вакуумной сепарации).
Во втором случае для разделения продуктов восстановления титановой губки, хлористого натрия и незначительного количества непрореагировавшего натрия применяют способ выщелачивания полученного после восстановления реакционной массы слабым раствором соляной кислоты (так называемый гидрометаллургический способ).
Магниетермический способ
Магний один из наиболее распространенных в природе элементов. Содержание его в земной коре составляет 2,35%. Благодаря крупным месторождениям магниевого сырья, высокопроизводительной технологии получения металла электролизом и сравнительно небольшой стоимости металла, производство магния осуществляется в крупных промышленных масштабах.
Магний отличается высоким сродством к хлору ( = 55ккал/г-атомхлора), которое при 800C на 12,0ккал/г-атомхлора (= 43ккал/г-атомхлора), что вполне достаточно для полного восстановления магнием. Соотношение температур плавления и кипения магния и образующегося в результате восстановления благоприятно для проведения процесса в интервале температур 720-900C. Магний и титан практически взаимно не растворимы.
Все это, а также технологические особенности процесса восстановления титана делают магний одним из наиболее благоприятных восстановителей для организации крупного производства титановой губки магниетермическим способом.
Патент на получение титановой губки магниетермическим способом был выдан в 1940г в США американскому исследователю Кроллю, проводившему опыты на крупнолабораторной установке.
Титановая губка, получаемая магниетермическим способом, в промышленных условиях содержит обычно 0,030,15% O2; 0,010,04% N2; 0,020,15% Fe2; 0,0020,005% H2; 0,020,12% Cl; 0,010,05% Si; 0,010,03% C; около 0,01% Al; 0,01% Ni; 0,01% V и другие примеси.
Вместе с TiCl4 в губку вносится около 40% всего азота, более 20% кислорода, около 15% железа и значительная часть углерода. Вместе с магнием в губку вносится около 20% N2, 40% O2, 15% Fe. Около 5070% железа, содержащегося в титановой губки попадает в нее в результате взаимодействия титана с материалом реактора. Установлено, что большая часть примесей из материала реактора переходит в титан в период вакуумной сепарации, особенно в последний период, когда температура на границе стенок реактора достигает максимальных значений.
Физико-химические основы восстановления
Магниетермическое производство металлического титана основано на использовании реакции:
+=+(ж.пар)(ж.пар)(тв)(ж.пар)В стандартных условиях эта реакция характеризуется высокими по абсолютной величине и отрицательными по знаку значениями энтальпии и энергии Гиббса:
Температурная зависимость константы равновесия не может являться монотонной функцией, поскольку участвующие в реакции исходные и конечные вещества претерпевают фазовые превращения.
По аналогии со сложными реакциями, которые протекают через промежуточные соединения, восстановление титана можно представить как ступенчатое восстановление четыреххлористого титана из его низших хлоридов:
Протекающие при этом реакции условно можно разбить на две группы:
- Реакции восстановления четыреххлористого титана до низших хлоридов и металла:
(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)
- Вторичные реакции взаимодействия четыреххлористого титана с продуктами реакции группы 1. и реакции диспропорционирования низших хлоридов титана:
Реакция обычно осуществляется в атмосфере инертного газа. Равновесие процесса магниетермического восстановления четыреххлористого титана устанавливается при исчезающее малой концентрации тетрахлорида.
В начале процесса реакция восстановления протекает на зеркале жидкого магния, которое постепенно покрывается пленкой образующегося хлористого магния, хорошо смачивающего магний. Пленка затрудняет контакт магния с и препятствует дальнейшему протеканию реакции на зеркале магния. Фронт реакции к этому времени смещается к стенкам реактора, где условия взаимодействия с магнием наиболее благоприятны вследствие стекания соли с поверхности магния, поднимающегося за счет сил поверхностного натяжения ли капиллярных сил по стенкам реактора или по капиллярам образовавшейся на стенках губки. В дальнейшем, реакции идут в основном на стенках реактора или боковой поверхности губки с ростом ее от боков к центру реактора. Реакция в газовой фазе не идет.
Конструкции реакторов и печей восстановления
Восстановление четыреххлористого титана магнием сопровождается выделением большого количества тепла. Энтальпия суммарной реакции в стандартных условиях составляет 123,6 ккал/г-атомтитана. В современных реакторах тепловыделение составляет около 100-200тыс.ккал/ч. Значительная часть этого тепла должны быть отведена от реактора.
Объемные соотнош
Service Unavailable
The server is temporarily unable to service your request due to maintenance downtime or capacity problems. Please try again later.