Получение карналлита магнием

  Реактор с реакционной массой тщательно уплотняют и проверяют на герметичность и откачивают до остаточного давления ниже 0,2мм.рт.ст., после чего включают электрообогрев. При повышении температуры до 300-350°C из реакционной массы удаляется основное количество влаги, которая содержится в увлажненном хлористом магнии или адсорбируется на внутренних стенках реактора. До этой температуры выделяющаяся влага не окисляет титановой губки, которая покрыта слоем хлористого магния и магния. При температуре выше 480°C вся выделяющаяся влага взаимодействует с титановой губкой, загрязняя ее кислородом и водородом. При повышении температуры в реакторы выше 600–700°C и остаточном давлении ниже 1мм.рт.ст. начинается бурная возгонка магния и хлористого магния, в результате чего вакуум в аппарате падает, а температура в конденсаторе резко растет. В это время приходится периодически отключать электрообогрев печи, чтобы избежать перегрева конденсатора и забивания вакуумной системы возгонами. Уже через 8–12 часов после начала бурной возгонки основное количество магния и хлористого магния отгоняется от титановой губки. После этого остаточное давление в аппарате начинает быстро падать. С этого момента начинается высокотемпературная выдержка (до 1000°C), в течении которой при постепенном снижении остаточного давления в реакторе до 10–20мкм из губки удаляются остатки хлористого магния. После определения конца вакуумной сепарации электрообогрев печи отключают, реактор заполняют аргоном и одновременно снижают контрвакуум в печи. После охлаждения аппарата с содержащейся в нем губкой до температуры окружающей среды воздуха его демонтируют. Реактор направляют в отделение переработки губки, а конденсатор – в отделение переплавки конденсата. Выплавленный из конденсата магний возвращают в процесс восстановления, а хлористый магний направляют на электролиз для получения из него хлора и магния, которые возвращаются в процесс.

  С точки зрения повышения производительности аппаратов восстановления и вакуумной сепарации представляет интерес совмещение этих двух процессов в одном аппарате. Один из вариантов такого аппарата представляет собой реактор восстановления, над которым располагается конденсатор.

Извлечение  титановой губки:

  Образующаяся в реакторе титановая губка прочно приваривается к его стенкам. Наиболее прочно к стенкам приваривается гарнисажная часть губки. Отделить титановую губка от стенок реактора из нержавеющей стали легче чем от стенок реактора из обычной стали, так как между губкой и материалом реактора образуется прослойка из промежуточного сплава титана с нержавеющей сталью, которая легче отделяется от стенок реактора.

  Обычно после окончания процесса вакуумной сепарации и охлаждения блок титановой губки извлекают из него, отделяя гарнисажную губку с помощью пневмомолотков. Затем подрезают центральную кричную часть металла, после чего блок губки извлекают из реактора. Операция извлечения губки из реактора таким способом – очень тяжелая и трудоемкая. Механические же способы вырезания титановой губки из реактора до настоящего времени не нашли широкого применения вследствии интенсивного окисления титановой губки в процессе резания. Извлеченный из реактора и очищенный блок титановой губки поступает на разделку (нижняя часть, гарнисаж и поверхностные пленки, которые содержать повышенное количество примесей обрабатываются отдельно). Основной блок губки – крицу подвергают крупному дроблению. В дальнейшем губку измельчают обычно в системе щековых дробилок, после чего ее рассеивают на фракции.

  Полученную титановую губку загружают в герметичную тару, в которой она хранится и транспортируется потребителям. После загрузки губки тару иногда вакуумируют, после чего в нее задают осушенный инертный газ. Эти предосторожности иногда необходимы при длительном хранении для предотвращения увлажнения остатков хлористого магния, содержащихся в титановой губке.

Условия проведения:

  Аппаратурное оформление и разработка процесса восстановления обуславливается специфическими качествами титана и магния, а конкретно:

1. титан в нагретом состоянии активно взаимодействует с кислородом, азотом, углеродом, парами воды. Не считая того, при нагреве выше 1353К титан с железом образует легкоплавкую эвтектику;
2. восстановление четыреххлористого титана магнием сопровождается выделением огромного количества тепла, которое требуется отводить от аппарата;
3. поскольку в процессе восстановление количество образующегося хлорида магния по размеру в 10.4 раз превосходит количество образующегося титана, то для обеспечения наибольшего использования емкости аппарата хлористый магний нужно удалять;
4. контакт четыреххлористого титана и расплавленного магния с воздухом при их внедрении в аппарат недопустим как с точки зрения их загрязнения, так и по условиям техники сохранности. Поэтому нужно обеспечить условия герметичной их загрузки в аппарат.

  В настоящее время для производства титана употребляются герметичные аппараты, изготовленные из нержавеющей стали, оборудованные устройствами для загрузки магния и четыреххлористого титана, а также слива хлористого магния. Аппарат помещают в печь, оснащенную воздушным коллектором для остывания реакционной зоны аппарата. Процесс восстановления ведут в защитной атмосфере инертного газа – гелия либо аргона.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Материальный  баланс

Материальный  баланс:

  Для производства 1т титановой губки потребуется пропорционально реакции (исходя из стехиометрии реакции и молекулярных масс вещества):

Четыреххлористого титана: ;

Магния: ;

Принимая во внимание, что почти все примеси  из переходят в губку получаем:

Si: ;

Fe: ;

V: ;

Т.к. суммарная  масса примесей, попадающих в 1т титановой  губки из четыреххлористого титана составит менее 80г на тонну, будем  при расчете ими пренебрегать.

Составляем материальный баланс:

Тепловой баланс реакции восстановления TiCl4

Для расчета  количества энергии, введенной при  нагреве исходных компонентов до температуры проведения процесса (1100К) и остывания продуктов реакции  до температуры 298,15К воспользуемся «Shomate Equation»:

Параметры A,B,C,D,E,F,H берем из справочника

Для расчета  теплового эффекта реакции воспользуемся  справочными значениями энтальпии  образования исходных компонентов  и продуктов реакции.

Рассчитываем  выделение тепла от экзотермии реакции  используя энтальпии образования  принимающих участие в реакции  веществ:

Аналогично, используя  параметр H1100-H298.15, вычисляем разницу  теплоты получаемых и исходных компонентов (теплота нагрева до 1100К и остывания  до 298.15К):

Таким образом, количество тепла, подлежащее отведению  составит:

Пересчитывая  граммы в моли, получаем суммарный  тепловой эффект реакции при получении 1кг металлического титана и заполняем  таблицу:

Составляем тепловой баланс: