內容簡介
《鈦冶煉工藝》詳盡地介紹了鈦冶煉生產的全過程，包括人造金紅石和鈦渣的生產，四氧化鈦的生產，海綿鈦的生產，金屬鈦的生產等。對鈦及其重要化合物的性質作了簡述，對鈦冶金過程中的-些熱力學計算和物料平衡、熱量平衡以例題形式作了定量介紹。目錄
第1章概論11.1鈦冶金髮展簡史1
1.1.1鈦的發現及實驗室研究1
1.1.2國外金屬鈦工業生產的發展情況1
1.1.3我國鈦工業生產發展及目前狀況3
1.1.4世界幾家主要海綿鈦廠簡介4
1.2鈦資源概況5
1.2.1鈦在地殼中的分布5
1.2.2鈦礦物的種類及其一般特徵6
1.2.3鈦礦物形成的礦床7
1.2.4鈦礦的儲量及其開採10
1.2.5國內外鈦精礦的化學組成15
1.2.6我國天然金紅石及鈦鐵礦精礦標準及產能15
1.3金屬鈦的套用19
1.4金屬鈦的生產方法簡介25
第2章鈦及其重要化合物的性質28
2.1鈦的性質28
2.1.1金屬鈦的物理性質和熱力學性質28
2.1.2化學性質28
2.1.3力學性能34
2.2鈦的重要化合物的性質35
2.2.1氧化物35
2.2.2鹵化物及氯氧化物40
2.2.3碳化物、氮化物、硼化物及氫化物45
2.2.4鈦的無機鹽和有機化合物49
第3章人造金紅石和鈦渣的生產50
3.1人造金紅石的生產51
3.1.1選擇性氯化法52
3.1.2還原鏽蝕法54
3.1.3稀硫酸浸出法56
3.1.4BCA稀鹽酸循環浸出法57
3.1.5濃鹽酸浸出法60
3.1.6選冶聯合稀鹽酸加壓浸出法60
3.1.7稀鹽酸流態化浸出法63
3.1.8其他方法63
3.2鈦渣熔煉63
3.2.1鈦渣熔煉概況64
3.2.2電爐還原熔煉鈦渣的原理65
3.2.3鈦渣的相結構、化學組成及主要物理性質68
3.2.4影響鈦渣熔煉的主要因素74
3.3鈦渣生產工藝流程77
3.3.1原料準備79
3.3.2電爐料製備80
3.3.3電爐熔煉80
3.3.4成品渣加工80
3.4鈦渣生產的主要設備81
3.4.1破碎磨粉設備81
3.4.2電爐料製備設備81
3.4.3電爐設備82
3.4.4燒穿器和渣包90
3.4.5磁選設備90
3.5鈦渣生產實踐90
3.5.1原料準備90
3.5.2電爐料製備91
3.5.3電爐熔煉92
3.5.4成品渣加工95
3.6鈦渣熔煉的物料平衡及熱量平衡96
3.7有代表性的鈦渣生產實例102
3.7.1QIT公司的鈦渣熔煉102
3.7.2前蘇聯的鈦渣熔煉104
3.7.3我國的鈦渣熔煉105
3.8鈦渣電爐冶煉的技術經濟指標105
3.8.1我國某廠6300kV·A電爐的技術經濟指標105
3.8.2前蘇聯半密閉電爐熔煉鈦渣的主要指標106
3.9鈦渣生產的發展方向107
3.10節能措施112
第4章粗TiCl4的生產113
4.1氯化過程的基本原理113
4.1.1氯化過程的熱力學分析113
4.1.2氯化過程的動力學分析126
4.1.3影響氯化的因素128
4.2氯化工藝130
4.2.1氯化方法概述130
4.2.2鈦渣的沸騰氯化133
4.2.3鈦渣的熔鹽氯化158
4.3節能措施164
第5章粗TiCl4的精製165
5.1精製的原理和方法165
5.1.1粗四氯化鈦中雜質的分類165
5.1.2用蒸餾和精餾的方法除去高沸點雜質和低沸點雜質的基本原理167
5.1.3除釩的原理和方法169
5.2精製工藝流程174
5.3精製主要設備175
5.3.1浮閥塔175
5.3.2銅絲塔178
5.3.3蒸餾釜178
5.3.4冷凝器179
5.4精製工藝179
5.4.1對粗TiCl4的要求179
5.4.2精餾塔的操作180
5.4.3銅絲塔的操作182
5.5節能措施184
5.6對精TiCl4的質量要求184
第6章鎂熱還原法生產海綿鈦185
6.1鎂還原TiCl4反應的理論基礎185
6.1.1鎂還原反應的熱力學186
6.1.2還原反應的機理和動力學189
6.2真空蒸餾的理論基礎195
6.2.1真空蒸餾的原理和過程195
6.2.2真空蒸餾動力學198
6.3生產準備201
6.3.1原材料準備(加液鎂工藝)201
6.3.2還原設備準備(滲鈦工藝)202
6.4鎂還原TiCl4的生產工藝和主要設備203
6.4.1工藝流程203
6.4.2鎂還原生產過程及工藝條件的選擇204
6.4.3還原結束及產品冷卻、拆卸206
6.4.4還原設備206
6.5真空蒸餾工藝流程和主要設備212
6.5.1還原蒸餾分開式生產的工藝流程212
6.5.2Ⅰ型半聯合法(及聯合法)和倒U形聯合法流程212
6.5.3真空蒸餾主要設備215
6.6真空蒸餾生產工藝220
6.6.1蒸餾設備的安裝和準備220
6.6.2真空蒸餾過程及工藝條件的選擇220
6.6.3真空蒸餾結束221
6.6.4真空蒸餾可能發生的故障和處理221
6.6.5自控與車間布置223
6.7海綿鈦的後處理223
6.7.1產品取出225
6.7.2產品破碎225
6.7.3產品挑選226
6.7.4產品包裝227
6.8提高產品質量的措施227
6.8.1鐵227
6.8.2氯根(Cl-)229
6.8.3氮230
6.8.4氧231
6.8.5其他雜質231
6.8.6產品硬度232
6.9鎂熱法海綿鈦生產的成本分析233
6.10節能措施233
6.11對鎂熱法海綿鈦生產過程的評價234
6.11.1世界幾個主要海綿鈦生產國近幾年的產能和產量234
6.11.2我國海綿鈦生產線情況統計236
6.11.3海綿鈦生產過程的評價236
6.11.4海綿鈦生產目前狀況及發展趨勢237
第7章鈉熱還原法生產海綿鈦240
7.1鈉熱還原TiCl4生產海綿鈦的熱力學240
7.1.1鈉熱還原反應標準自由焓變化ΔG0T與溫度T的關係240
7.1.2鈉熱反應的反應熱243
7.1.3NaNaCl二元系、TiCl3NaCl二元系、TiCl2NaCl二元系和TiCl3TiCl2NaCl三元系簡介244
7.2鈉熱還原法生產海綿鈦的工藝流程247
7.3還原劑鈉的淨化提純和準備247
7.4鈉熱還原TiCl4製取海綿鈦的生產方法249
7.4.1一段還原法250
7.4.2二段還原法257
7.4.3從反應產物中分離出鈦259
7.5鈉熱還原法所得海綿鈦的質量260
7.6節能措施261
7.7鈉熱法與鎂熱法海綿鈦生產的比較262
第8章其他製取金屬鈦的方法264
8.1以TiCl4為原料製取金屬鈦265
8.2以TiO2為原料製取金屬鈦267
8.2.1TiO2的金屬熱還原267
8.2.2TiO2直接電解還原製取金屬鈦270
8.3TiCl4的電解還原272
8.3.1電解質體系的選擇272
8.3.2鈦氯化物在熔鹽中的理論分解電壓273
8.3.3電解工藝275
8.4TiO2的熔鹽電解276
8.5鈦粉的生產278
8.5.1TiO2的鈣還原法278
8.5.2海綿鈦直接粉碎法278
8.5.3熔鹽電解法278
8.5.4熔鹽電解精煉處理殘鈦法生產鈦粉(見8.6)278
8.5.5氫化脫氫法(HDHProcess)278
8.6殘鈦的回收利用——鈦的電解精煉279
8.6.1廢殘鈦的來源279
8.6.2殘鈦回收處理後的利用280
8.6.3鈦的熔鹽電解精煉280
8.6.4電解精煉的電解槽結構284
8.6.5陰極析出物的濕法冶金處理284
8.6.6電解精煉鈦的質量285
8.7高純鈦的生產——碘化物熱離解法286
第9章緻密金屬鈦的生產289
9.1電弧熔煉法289
9.1.1非自耗電極真空電弧爐289
9.1.2自耗電極真空電弧爐291
9.1.3自耗電極真空電弧熔煉工藝291
9.1.4自耗電極真空電弧熔煉實例293
9.2粉末冶金法294
第10章MgCl2的電解和粗鎂的精煉296
10.1氯化鎂電解的基本原理298
10.1.1電解的基本原理298
10.1.2電流效率和電能效率的計算299
10.2鎂電解的主要設備302
10.2.1電解槽302
10.2.2氯壓機和陽極氯氣處理系統308
10.2.3陰極氣體處理系統309
10.3鎂電解操作工藝311
10.3.1電解槽的烤槽和啟動311
10.3.2電解槽的加料和排廢電解質313
10.3.3出鎂313
10.3.4出渣314
10.3.5電解槽的溫度和極距314
10.3.6電解槽故障及消除方法316
10.3.7鎂電解槽的節能317
10.4鎂的精煉318
第11章鈦冶金中的三廢處理和工業衛生321
11.1三廢處理321
11.1.1廢氣和廢渣的處理321
11.1.2廢水和廢液的處理324
11.2工業衛生及安全325
11.2.1氯和一些氯化物對人體的危害及安全知識326
11.2.2放射性物質的危害328
11.2.3CO的危害329
11.2.4安全防禦措施329
參考文獻332
附錄339
表1常用鈦化合物的基本性質339
表2TiCl4及其中所含雜質的某些性質340
表3鎂還原系各組分性質比較341
表4中國、美國、日本、前蘇聯海綿鈦標準的主要技術指標341
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前言
鈦及鈦合金，由於其優良的理化性質和套用效能，在國民經濟許多部門有著廣泛的用途。過去因為價格昂貴，很長時間主要用於國防軍工，民用不多。近年來，隨著我國鈦冶煉技術的進步，質量提高，成本降低，套用領域擴大，銷售量激增。在這種情況下，老的鈦廠不斷擴產，新的鈦廠紛紛上馬，呈現出蓬勃發展的趨勢。因此，鈦廠職工的培訓，需要教材；工程技術人員需要參考書；另外，在我國高等教育中，很長一段時間以來，由於種種原因，一些學校減少了生產實習次數，還有一些學校取消了課程設計和畢業設計，基本上都轉向做論文，學生工程訓練有所削弱，因此，高校有色及稀有金屬冶金專業也需要這方面的教材和專著。為適應社會需求和滿足高校教學之需，我們編寫了本書。本書一方面總結了編者長期從事鈦冶金教學、培訓與科研工作的資料，同時結合國內鈦冶煉企業的實際情況而編寫，重點介紹了鈦冶煉的工藝過程，對鈦冶金過程中的一些熱力學計算和物料平衡、熱量平衡以例題形式作了定量介紹。力求做到：過程全、信息新、內容廣、有理論、有實踐。
在編寫過程中，得到恩師彭少方教授的鼓勵和關心，得到攀鋼鋼企金沙鈦業有限公司汪智德總經理、張建安副總經理的大力支持，萬仁述高工提供了一部分資料，在此對他們表示衷心感謝。
由於編者水平有限，時間倉促，不妥之處敬請讀者批評指正。
編著者
於四川大學
