高氯海绵钛产品处理方法研究

刘禹明，王 嵩，王 伟，王岳川，佟程程

(抚顺钛业有限公司，辽宁 抚顺 113001)

0 引言

镁还原-蒸馏联合法生产海绵钛的过程中，由于真空设备、人为操作等因素，会产生一些氯杂质含量高的海绵钛产品，导致最终产品降级［1］。据统计，海绵钛生产中因含氯问题降级的产品(整炉氯高及含氯芯)约占整体产品的2%，且越是大炉型，该部分产品所占比例越大，严重影响经济效益［2］。

海绵钛产品按国家标准可划分为7个等级，其中2级以上为优级品，要求产品氯杂质含量控制在0.1%以下。海绵钛中氯杂质含量超过0.1%后，产品等级显著降低，且由于3级以下产品的售价比优级品每吨低一万元以上，因此必须要对氯杂质含量高而其他杂质含量在优级品要求范围内的产品进行有效处理，使氯杂质含量降低，产品质量得到提升。

在生产过程中，如果氯杂质含量高的产品发现及时，可在取坨后不经油压、破碎环节直接进行回炉处理，该方法简单，易操作，且产品回收率高，不易产生废钛。然而对于已经破碎过的高氯海绵钛产品，本研究针对其进行了回炉处理和酸洗处理实验，旨在获得降低氯含量、提高海绵钛产品等级的处理方法。

1 实验

1.1 回炉实验

取已破碎的高氯海绵钛产品，对其进行回炉处理，过程如下:

将产品放入坩埚中，在真空条件下(30 Pa以内)高温(950℃)蒸馏25 h左右，取出挤压在一起的海绵钛颗粒，再次进行油压、破碎处理。

1.2 酸洗实验

酸洗实验方案见表1。取质量分数分别为1%、2%、5%的盐酸，按海绵钛、盐酸质量比分别为1.33∶1、1∶1、0.8∶1 的比例将高氯海绵钛产品浸泡在盐酸中，浸泡时间为1～2 d;然后用大量清水反复冲洗(用5～7倍盐酸体积的清水清洗4～6次)，直到清洗后排出水的水质无明显变化;最后送干燥室烘干，烘干温度为30～150℃，或用氦气、氩气等气体进行干燥。

表1 酸洗实验方案Table 1 Scheme of pickling experiment

2 结果与讨论

2.1 回炉实验

采用回炉方法处理高氯海绵钛产品的效果见表2。

从表2可以看出，氯含量为0.218%的海绵钛产品回炉后氯含量明显下降，达到0.091%，但杂质氧的含量显著上升，从0.067%升至0.237%，且硬度明显增加，由113 HB大幅升高至180 HB，处理后海绵钛产品等级仍为5级，没有得到提升。这是由于破碎过的海绵钛产品比表面积大，采用火法回炉，在通过高温真空蒸馏的方式去除海绵钛产品空隙中夹杂的氯化镁的过程中，产品已吸附的水蒸气及空气无法完全排出，且蒸馏设备的密封性无法得到保障，不可避免地会在蒸馏过程中增加其他杂质的含量。

表2 回炉方法处理高氯海绵钛产品的效果Table 2 Result of recycling treatment for high chlorine sponge titanium

采用火法冶金对高氯产品进行回炉虽然能够有效控制氯杂质含量，但产品等级无法得到有效提升，而且消耗大量电能［3］，经济效益差。尤其是对于氧含量较高的高氯产品，因回炉后氧含量显著升高，极可能造成产品回炉后变为废钛，因此不适合通过回炉方法来提高产品等级。

2.2 酸洗实验

因破碎后的海绵钛产品中氯化镁附着在产品表面，可用稀酸洗涤去除［4］，且海绵钛块在常温下化学性质稳定，不与酸、碱反应，因此采用稀盐酸作为酸洗试剂，对含氯高产品进行酸洗处理实验，效果见表3。

表3 酸洗方法处理高氯海绵钛产品的效果Table 3 Effect of pickling treatment for high chlorine sponge titanium

从表3可以看出，采用3种酸洗实验方案对高氯海绵钛产品中杂质元素氯含量较高的部分进行处理，用不同浓度的盐酸浸泡并采用清水冲洗，再经过真空干燥或充氩干燥，处理后产品氯含量从处理前的0.028%分别降至0.047%、0.045%、0.058%，且其他杂质含量没有明显变化，硬度也没有明显升高。酸洗后海绵钛产品的品级均从5级提高至2级，3种酸洗实验方案均可以达到降低高氯海绵钛产品中氯含量的目的。

2.3 批量酸洗处理

采用酸洗方法对氯含量较高的海绵钛产品进行批量处理，结果见表4。

表4 酸洗方法批量处理高氯海绵钛产品的效果Table 4 Effect of pickling treatment for batch of high chlorine sponge titanium

从表4可以看出，对氯、氧含量较高的海绵钛产品进行酸洗处理后，氯含量明显下降，从0.547%降至0.082%，而氧含量基本没有变化，且产品硬度亦不受影响，产品等级由级外提升至5级。

对比回炉方法，酸洗方法处理后的高氯海绵钛产品其他杂质含量没有增加，但氯含量显著降低，产品质量得到有效提升，且不用占用还原-蒸馏生产设备(不降低生产产能)，不消耗电能，生产成本较低。

2.4 经济价值

按照上述试验结果，如果将高氯海绵钛产品从5级品处理后达到2级品，按当期市场售价5级品为4.4万元/t，而2级品售价为6万元/t，由于盐酸价格较低，可忽略不计，则每吨海绵钛产品可增加销售收入1.6万元。某钛厂每年海绵钛产量约5000 t，其中因氯单项指标掉级的产品约35批，合计70 t，则经酸洗处理后，每年可提升经济效益150万元以上。

3 结论

(1)回炉处理虽能降低海绵钛产品的氯含量，但会使杂质氧的含量显著上升，不能达到提高产品等级的目的。

(2)酸洗处理能够有效去除海绵钛产品表面的氯化镁杂质，降低产品中的氯杂质含量，同时保证对其他杂质含量无影响，最终实现提高产品等级、增加经济效益的目的。

［1］莫畏，董鸿超，吴享南.钛冶炼［M］.北京:冶金工业出版社，2011:157.

［2］莫畏，邓国珠，罗方承.钛冶金［M］.北京:冶金工业出版社，2007:294.

［3］李大成，刘恒，周大利.海绵钛冶金过程工艺及设备计算［M］.北京:冶金工业出版社，2011:187.

［4］孙康.钛提取冶金物理化学［M］.北京:冶金工业出版社，2001:143.