Titaankäsna tootmisprotsess
1. Titaanist käsn
See on käsnataoline metallist titaan, mis on toodetud metalli termilise redutseerimise teel ja on titaani töötlemise materjalide tooraine. Seda ekstraheeritakse rutiilileniidist ja muudetakse pärast sulatamist ja sepistamist mitmesugusteks titaanisulamist materjalideks. Erineva puhtuse järgi võib käsnatitaani jagada seitsmeks klassiks, üks kuni viis, samuti klass 0 ja klass 0A. Titaanisisaldus jääb vahemikku 98,5–99,7. Mida väiksem number, seda suurem on titaanisisaldus.
Titaankäsna klassifikatsioon klassifitseeritakse peamiselt selle keemilise koostise, poorsuse ja tugevuse järgi. Spetsiifiline klassifikatsioon on järgmine:
Vastavalt keemilisele koostisele ja Brinelli kõvadusele võib titaankäsnast valmistatud tooted jagada 7 kaubamärgiks (klassiks): MHT-95, MHT-100, MHT-110, MHT-125, MHT-140, MHT-160, MHT-200.
Poorsuse ja adsorptsioonivõime järgi võib titaankäsna jagada kahte klassi: madala poorsusega ja suure poorsusega. Madala poorsusega titaankäsnal on parem hingavus, kõrge poorsusega titaankäsnal on aga suurem pindala ja parem adsorptsioonivõime.
Tugevuse järgi saab titaankäsna jagada erinevatesse klassidesse. Suurema tugevusega titaankäsn talub suuremat jõudu, sellel on parem vastupidavus ja deformatsioonivastane võime ning see sobib väikese koormuse või madala rõhuga rakendusteks. Väiksema tugevusega titaankäsn sobib väikese koormuse või madala rõhuga rakenduste jaoks.
2. Titaankäsn jaguneb peamiselt täis- ja poolprotsessideks:
Kogu protsessiprotsess hõlmab peamiselt kolme protsessi: kloorimise rafineerimine, redutseerimisdestilleerimine ja magneesiumi elektrolüüs. Esiteks klooritakse ja rafineeritakse titaanirikkad materjalid titaantetrakloriidi saamiseks ning seejärel redutseeritakse titaantetrakloriid magneesiumiga, et saada titaankäsn. Lõpuks kasutatakse elektrolüüsi redutseerimisetapis tekkiva magneesiumkloriidi redutseerimiseks klooriks ja magneesiumiks ringlussevõtuks.
Poolprotsessi käigus ostetakse otse rafineeritud titaantetrakloriidi ja pärast redutseerimist saadakse titaankäsn, jättes välja kloriidi rafineerimise ja magneesiumi elektrolüüsi. Kuna magneesium tsüklis ei osale, on pooltöötleva titaankäsna hind üldjuhul suurem.
3. Titaankäsna tootmiseks kasutatavad ained:
Olenevalt tootmisprotsessist võib tekkida erinevat tüüpi ja koguses jäätmeid ja tooteid. Üldiselt tekivad titaankäsna tootmisel nii gaasilised jäätmed, nagu kloor, vesinikkloriid ja titaantetrakloriid, kui ka tahked jäätmed, näiteks halogeniidid. Enamik neist jäätmetest tuleb korralikult töödelda või ringlusse võtta, et tagada tootmisprotsessi ohutus ja keskkonnakaitse.
Lisaks tekib titaankäsna tootmisprotsessi käigus suur hulk reovett. Need reoveed sisaldavad peamiselt selliseid aineid nagu vesinikkloriid ja titaantetrakloriid, mida tuleb heite- või ringlussevõtustandarditele vastamiseks töödelda.
4. Sekundaarne leelispesu töötlemisprotsess
See on täiustatud leelispesu väävlitustamise meetod, mis kasutab väävli eemaldamiseks kahte pidevat pesurit. Esimese astme skraberis puutub toorgaas kokku leeliselahusega, põhjustades gaasi-vedeliku reaktsiooni. Vääveldioksiid reageerib leeliselahuses oleva hüdroksiidiga, moodustades tiosulfaadi. Tavaliselt kasutatavate leeliste lahuste hulka kuuluvad naatriumhüdroksiidi lahus (NaOH) ja naatriumkarbonaadi lahus (Na2CO3). Selle reaktsiooni keemiline võrrand on SO2 + NaOH → NaHSO3.
5. Seebikivi sulasoola ahju tööpõhimõte
See kasutab põlemisgaasi ja sulasoola vahelist soojusvahetust, et juhtida soojusenergiat kuuma soolavoolu tsirkulatsiooni kaudu. Täpsemalt, soolamaterjal kuumutatakse sulamistemperatuurini, et moodustada sula sool, ja selles sisalduv soojusenergia salvestatakse soojussalvestisse. Sulasoolas sisalduvat soojusenergiat kasutatakse seejärel kõrgtemperatuurse ja kõrgsurveauru tootmiseks, mis muundatakse elektrienergiaks. Lõpuks suunatakse järelejäänud kuum ja külm soolvesi tagasi sulasoola ahju kuumutamiseks, et saavutada soojusenergia ringlussevõtt. See tööpõhimõte muudab naatriumhüdroksiidi sulatatud soola ahju tõhusaks ja keskkonnasõbralikuks energia muundamisseadmeks, mida saab laialdaselt kasutada paljudes valdkondades, nagu päikeseenergia tootmine, tööstuslik küte jne.
6. Tööstusliku soola kuivatamise tolmu töötlemismeetod
Füüsikaline meetod: kasutage kaaliumnitraadi küllastunud lahuse valmistamiseks tööstusliku soola ja naatriumkloriidi lahustuvuse erinevust. Pärast jahutamist muutub suurem osa sellest kristalliliseks sademeks, samas kui naatriumkloriid on emalahuses. , eraldage filtreeritud kristallid emalahusest.
Keemiline meetod: Esmalt lahustage tööstuslik sool vees lahuse saamiseks, lisage üleliigne hõbenitraadi lahus, hõbeda ioonid reageerivad kloriidioonidega, moodustades hõbekloriidi sademe, seejärel lisage lahusele liigne vesinikkloriidhape, et sadestada üleliigsed hõbeioonid, ja filtreerige. Lõpuks kuumutatakse filtreeritud lahust liigse vesinikkloriidhappe eemaldamiseks.
Kloorimisjäätmete sool on sulasoola kloorimise protsessis tekkivad jäätmed, peamiselt soola sisaldavad jäätmed ja soolajäägid. Nende jäätmete teke on kloorimisprotsessi vältimatu produkt ning nende komponendid ja koostis on seotud kloorimisel kasutatavate toorainete ja lahustitega. Klooritud jäätmesoola töötlemismeetodid hõlmavad purustamist, leelisreaktsiooni, filtripressi, täppisfiltreerimist, ultrafiltreerimist ja muid etappe. Töötlemisprotsessi käigus saadud tooteid saab kasutada ressurssidena. Näiteks võib pressfiltreerimisel saadud raud-titaanräbu kasutada ressurssidena või laduda üldjäätmetena. Ultrafiltreerimisel saadud naatriumkloriidi soolvett saab kasutada toorainena naatriumkloriidi valmistamise protsessis ioonmembraani elektrolüüsi teel või tahke sool saadakse pärast aurustamist ja regenereerimist.
Peamised erinevused käsnaga titaankloriidi heitgaasitöötlussüsteemi ja elektrolüütilise magneesiumi heitgaasitöötlussüsteemi vahel on järgmised:
Kloorimise jääkgaasi puhastussüsteem töötleb peamiselt kloorimistsehhis tekkivaid heitgaase, mis hõlmavad peamiselt happelisi gaase nagu kloor ja vesinikkloriid. Heitgaaside puhastamise ja väljajuhtimise saavutamiseks teostab süsteem leelispesu, muundab happelised gaasid keemiliste reaktsioonide kaudu sooladeks ning teostab heitgaaside väljajuhtimist.
Magneesiumi elektrolüütilise jääkgaasi puhastussüsteem töötleb peamiselt elektrolüütilise magneesiumi tsehhis tekkivat heitgaasi, mis sisaldab peamiselt kloorigaasi ja magneesiumiauru. Heitgaaside puhastamiseks ja väljastamiseks eemaldab süsteem tolmu, kondenseerib magneesiumiauru magneesiumiosakesteks ja kogub kloorigaasi taaskasutamiseks. Samal ajal hakkab süsteem teostama ka gaasi difusiooni juhtimist, et tõhusalt kontrollida magneesiumiauru, mis ei ole tsehhi sees heitgaasis tolmu eemaldatud, ja vältida selle levimist keskkonda väljaspool töökoda.
Üldiselt seisneb peamine erinevus käsnaga titaankloriidi jääkgaasi puhastussüsteemi ja elektrolüütilise magneesiumigaasi puhastussüsteemi vahel erinevates heitgaasikomponentides ja -meetodites.
7. Käsnaga titaankloriidi jääkgaasi töötlemisprotsess ja elektrolüütilise magneesiumigaasi töötlemise protsess:
Käsna titaankloriidi saagaasi töötlemise protsess hõlmab peamiselt järgmisi samme:
Märgpuhastustöötlus: Esiteks tuleb heitgaasi töödelda märgpuhastusega. See samm hõlmab peamiselt heitgaaside saatmist puhastusseadmetesse ja selle pesemiseks veega pihustamist. Selle protsessi käigus lahustuvad HCl ja NaCl vees ning TiCl4 hüdrolüüsib, pestes tahked tolmuosakesed vette. Puhastusseadmetes saab kasutada pesutorne, tsentrifugaalskrabereid, pihusti neeldumistorne ja vahu tolmukogujaid jne.
Kloori eemaldamine: Kloori edasiseks eemaldamiseks võib sõltuvalt kloori kontsentratsioonist kasutada erinevaid meetodeid. Kui kloori kontsentratsioon heitgaasis on madal, pihustatakse sageli lubjapiima (Ca(OH)2) ja kloor reageerib lubjapiimaga, tekitades Ca(ClO)2. Kui kloori kontsentratsioon heitgaasis on madal, kuid jääkgaasi maht on suur, kasutatakse pritsimiseks sageli NaOH-d või Na2CO3, millega kloor reageerib, moodustades NaClO, mida saab kasutada pleegituspulbrina. Kui kloori kontsentratsioon heitgaasis on kõrge, kuid jääkgaasi maht on väike, võib kloori absorbeerimiseks kasutada FeCl2 pihustust. Selles protsessis valmistatakse FeCl2 eluent rauaviilide eelnevalt reageerimisel HCl-ga. Pärast elueerimist tekib FeCl3. FeCl3 lisatakse rauaviilidega ja redutseeritakse ringlussevõtuks FeCl2-ks.
Magneesiumi jääkgaasi elektrolüütilise töötlemise protsess hõlmab peamiselt järgmisi samme:
Magneesiumi elektrolüüs: elektrolüüsitöökoda elektrolüüsib redutseerimistsehhis toodetud magneesiumkloriidi magneesiumi ja kloorigaasi tootmiseks. Elektrolüüsil toodetud magneesium suunatakse redutseerimistsehhi titaankäsna tootmiseks redutseeriva ainena, gaas kloor aga titaantetrakloriidi tootmiseks kloorimistsehhi.
Elektrolüüs ja aurutamine jääkgaasi töötlemine: elektrolüüsi ja taasaurutamise heitgaasi puhastussüsteem täidab happeliste heitgaaside puhastamise ja tühjendamise funktsioone magneesiumi elektrolüüsisüsteemis ja taasaurutamistöökojas. Need happelised heitgaasid koosnevad peamiselt kloorist ja vesinikkloriidist.
8. Titaankäsna kloorimisprotsessi käigus tekivad saasteained:
Orgaanilised kloriidid: nagu titaantetrakloriid, kloroform, diklorometaan jne. Need organokloriidid on sageli mürgised ja võivad põhjustada keskkonnareostust.
Anorgaanilised kloriidid: näiteks kloor, vesinikkloriid jne. Need anorgaanilised kloriidid on samuti mürgised ning võivad põhjustada keskkonna- ja bioloogilisi ohte.
Muud saasteained: kloorimisprotsessi käigus võivad tekkida mõned muud saasteained, näiteks fosgeen (COCl2), mis on samuti mürgised ained.
9. Käsnaga titaankloriidi heitgaaside puhastussüsteemi oksüdatsioonipõhimõte:
Peamiselt teatud temperatuuri- ja rõhutingimustel kasutatakse õhus olevat hapnikku heitgaasis sisalduva titaantetrakloriidi oksüdeerimiseks titaandioksiidiks. Täpsemalt võib oksüdatsioonireaktsiooni protsessi jagada järgmisteks etappideks:
Kloor reageerib hapnikuga, moodustades kloraadiioone: Cl2+O2=2ClO3
Kloraadiioonid reageerivad titaantetrakloriidiga, moodustades titaandioksiidi ja kloori: TiCl4+2ClO3=TiO2+2Cl2+O2
See protsess viiakse läbi teatud temperatuuril (nt 600-800 kraadi) ja rõhul (normaalrõhk). Samal ajal tuleb reaktsiooni aktiveerimise energia vähendamiseks ja reaktsiooni soodustamiseks lisada katalüsaatorit (nagu vanaadiumpentoksiid jne). Saadud titaandioksiidi saab ringlusse võtta kõrvalsaadusena, samas kui kloori saab taaskasutada kloorimise tootmisel.
Tuleb märkida, et oksüdatsiooniprotsess viiakse läbi teatud temperatuuri- ja rõhutingimustes, mistõttu tuleb reaktsioonitingimusi rangelt kontrollida ja tähelepanu tuleks pöörata kloori ringlussevõtule heitgaasis, et vähendada tootmiskulusid ja keskkonnareostust.
10. Tipptasemel titaani ja titaanisulamite ning titaankäsna vaheline seos:
Esiteks viitavad tipptasemel titaan ja titaanisulamid titaanile ja titaanisulamitele, millel on suurepärased omadused ja eriotstarbelised kasutusalad, nagu kõrge tugevus, kõrge sitkus, korrosioonikindlus, kõrge temperatuuritalitlus jne. Titaankäsn on titaanisulam, mida toodab titaantetrakloriidi ja magneesiumi reaktsioon. Tavaliselt kasutatakse seda toorainena kõrgekvaliteedilise titaani ja titaanisulamite tootmiseks.
Täpsemalt, tipptasemel titaani ja titaanisulamite ning titaankäsna vaheline seos kajastub peamiselt järgmistes aspektides:
Tooraine: Titaankäsn on üks tooraine tipptasemel titaani ja titaanisulamite tootmiseks. Titaankäsna edasise töötlemise ja legeerimisega saab toota suurepäraste omadustega tipptasemel titaani ja titaanisulameid.
Tootmisprotsess: kõrgekvaliteedilise titaani ja titaanisulamite tootmisprotsessid on sarnased titaankäsna tootmisprotsessidega, mis nõuavad mitmeid sulatamist, töötlemist ja kuumtöötlust. Tipptasemel titaani ja titaanisulamite tootmisprotsess on aga keerulisem ja keerukam, nõudes kõrgemaid tehnilisi nõudeid ja rangemat kvaliteedikontrolli.
Kasutusvaldkonnad: tipptasemel titaani ja titaanisulameid kasutatakse peamiselt kosmose-, sõja-, naftakeemia- ja muudes valdkondades ning neil on lai kasutusala. Titaankäsna kasutatakse peamiselt kõrge tugevusega, korrosioonikindlate titaanisulamist osade tootmiseks, mida on vaja kosmosetööstuses, autodes ja muudes valdkondades.
Üldiselt on tipptasemel titaani ja titaanisulamite ning titaankäsna vahel tihe seos. Nende tootmisprotsesside, toorainete ja kasutusvaldkondade vahel on teatud sarnasusi, kuid tootmistehnoloogia, toote jõudluse ja kasutusalade osas on ka teatud erinevusi.
11. Tipptasemel titaani puhastamise protsessi käik on järgmine:
Tooraineks valitakse kõrge puhtusastmega titaandioksiid ja redutseerimiseks lisatakse redutseerijat.
Redutseeritud titaandioksiid marineeritakse lisandite eemaldamiseks.
Pärast peitsimist pestakse titaandioksiid veega ja kuivatatakse ning seejärel lisatakse redutseerija kõrgel temperatuuril redutseerimiseks.
Redutseeritud titaanist käsn purustatakse ja jahvatatakse, et saada peenosakestega titaankäsn.
Peeneteraline käsn-titaan sulatatakse kõrgel temperatuuril ning lisandite ja gaaside eemaldamiseks kasutatakse vaakumsulatustehnoloogiat.
Pärast rafineerimist valatakse titaankäsn pidevalt ja survevaluga, et saada kõrge puhtusastmega titaani valuplokid.
Kõrgtemperatuurse sepistamise tehnoloogia abil sepistatakse titaankangid kõrgel temperatuuril, et saada kõrge puhtusastmega titaanmaterjale.
