عملية إنتاج الإسفنج التيتانيوم

1. اسفنجة التيتانيوم

وهو عبارة عن تيتانيوم معدني يشبه الإسفنج يتم إنتاجه عن طريق الاختزال الحراري للمعدن وهو المادة الخام لمواد معالجة التيتانيوم. يتم استخلاصه من إلمينيت الروتيل وتحويله إلى مواد مختلفة من سبائك التيتانيوم بعد الصهر والتزوير. وفقًا لدرجة النقاء المختلفة، يمكن تقسيم التيتانيوم الإسفنجي إلى سبع درجات، من 1 إلى 5، بالإضافة إلى الدرجة 0 والدرجة 0A. يتراوح محتوى التيتانيوم من 98.5 إلى 99.7. كلما كان الرقم أصغر، كلما زاد محتوى التيتانيوم.

يتم تصنيف تصنيف درجة إسفنجة التيتانيوم بشكل أساسي وفقًا لتركيبها الكيميائي ومساميتها وقوتها. التصنيف المحدد هو كما يلي:

وفقًا للتركيب الكيميائي وصلابة برينل، يمكن تقسيم منتجات إسفنج التيتانيوم إلى 7 علامات تجارية (درجات): MHT -95، MHT -100، MHT -110، MHT -125، MHT -140، MHT -160، MHT -200.

وفقا للمسامية والقدرة على الامتصاص، يمكن تقسيم إسفنجة التيتانيوم إلى درجتين: مسامية منخفضة ومسامية عالية. تتمتع إسفنجة التيتانيوم منخفضة المسامية بتهوية أفضل، بينما تتمتع إسفنجة التيتانيوم عالية المسامية بمساحة سطح أكبر وقدرة امتصاص أفضل.

وفقًا لمستوى القوة، يمكن تقسيم إسفنجة التيتانيوم إلى درجات مختلفة. يمكن لإسفنجة التيتانيوم ذات القوة العالية أن تتحمل قوة أكبر، ولها متانة أفضل وقدرة مقاومة للتشوه، وهي مناسبة لبعض سيناريوهات الحمل الخفيف أو الضغط المنخفض. إسفنجة التيتانيوم ذات القوة المنخفضة مناسبة لبعض تطبيقات الحمل الخفيف أو الضغط المنخفض.

2. تنقسم إسفنجة التيتانيوم بشكل أساسي إلى عمليات كاملة وشبه عملية:

تشتمل عملية العملية برمتها بشكل أساسي على ثلاث عمليات: تكرير الكلورة، والتقطير الاختزالي، والتحليل الكهربائي للمغنيسيوم. أولاً، تتم معالجة المواد الغنية بالتيتانيوم بالكلور وتكريرها لإنتاج رابع كلوريد التيتانيوم، ومن ثم يتم اختزال رابع كلوريد التيتانيوم مع المغنيسيوم للحصول على إسفنجة التيتانيوم. وأخيرًا، يتم استخدام التحليل الكهربائي لاختزال كلوريد المغنيسيوم المتولد في خطوة الاختزال إلى غاز الكلور والمغنيسيوم لإعادة التدوير.

تقوم العملية شبه العملية بشراء رابع كلوريد التيتانيوم المكرر مباشرة وتنتج إسفنجة تيتانيوم بعد الاختزال، مع حذف عمليات تكرير الكلوريد والتحليل الكهربائي للمغنيسيوم. وبما أن المغنيسيوم لا يشارك في الدورة، فإن تكلفة إسفنجة التيتانيوم شبه المعالجة تكون أعلى بشكل عام.

3. المواد المستخدمة في صناعة اسفنج التيتانيوم:

اعتمادًا على عملية الإنتاج، قد تتولد أنواع وكميات مختلفة من النفايات والمنتجات. بشكل عام، أثناء إنتاج إسفنج التيتانيوم، يتم توليد كل من النفايات الغازية مثل الكلور وكلوريد الهيدروجين ورابع كلوريد التيتانيوم، والنفايات الصلبة مثل الهاليدات. وتحتاج معظم هذه النفايات إلى المعالجة أو إعادة التدوير بشكل صحيح لضمان السلامة وحماية البيئة لعملية الإنتاج.

بالإضافة إلى ذلك، سيتم توليد كمية كبيرة من مياه الصرف الصحي أثناء عملية إنتاج إسفنجة التيتانيوم. تحتوي هذه المياه العادمة بشكل أساسي على مواد مثل كلوريد الهيدروجين ورابع كلوريد التيتانيوم، والتي تحتاج إلى معالجة للوفاء بمعايير التصريف أو معايير إعادة التدوير.

4. عملية معالجة الغسيل القلوي الثانوية

إنها طريقة محسنة لإزالة الكبريت من الغسيل القلوي، والتي تستخدم جهازي غسيل مستمرين لإزالة الكبريت. في المرحلة الأولى من جهاز غسل الغاز، يلامس الغاز الخام المحلول القلوي، مما يسبب تفاعل الغاز والسائل. يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الهيدروكسيد الموجود في المحلول القلوي لتكوين الثيوسلفات. تشمل المحاليل القلوية شائعة الاستخدام محلول هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) ومحلول كربونات الصوديوم (Na2CO3). المعادلة الكيميائية لهذا التفاعل هي SO2 + NaOH → NaHSO3.

5. مبدأ العمل لفرن الملح المصهور الصودا الكاوية

إنه يستخدم التبادل الحراري بين غاز الاحتراق والملح المنصهر لتوصيل الطاقة الحرارية من خلال دوران تدفق الملح الساخن. وعلى وجه التحديد، يتم تسخين المادة الملحية إلى درجة انصهارها لتكوين ملح منصهر، ويتم تخزين الطاقة الحرارية الموجودة فيها في جهاز تخزين حراري. يتم بعد ذلك استخدام الطاقة الحرارية الموجودة في الملح المنصهر لتوليد بخار عالي الحرارة والضغط، والذي يتم تحويله إلى طاقة كهربائية. وأخيرًا، يتم إرجاع المحلول الملحي الساخن والبارد المتبقي إلى فرن الملح المنصهر للتسخين لتحقيق إعادة تدوير الطاقة الحرارية. مبدأ العمل هذا يجعل فرن الملح المنصهر بالصودا الكاوية عبارة عن معدات تحويل طاقة فعالة وصديقة للبيئة والتي يمكن استخدامها على نطاق واسع في العديد من المجالات، مثل توليد الطاقة الحرارية الشمسية، والتدفئة الصناعية، وما إلى ذلك.

6. طريقة معالجة غبار تجفيف الملح الصناعي
الطريقة الفيزيائية: الاستفادة من فرق الذوبان بين الملح الصناعي وكلوريد الصوديوم لتحضير محلول مشبع من نترات البوتاسيوم. بعد التبريد، يصبح معظمه راسبًا بلوريًا، بينما يتواجد كلوريد الصوديوم في المحلول الأم. ، افصل البلورات المفلترة عن السائل الأم.

الطريقة الكيميائية: يتم أولاً إذابة الملح الصناعي في الماء لعمل محلول، ثم يضاف محلول نترات الفضة الزائد، وتتفاعل أيونات الفضة مع أيونات الكلوريد لتكوين راسب كلوريد الفضة، ثم يضاف حمض الهيدروكلوريك الزائد إلى المحلول لترسيب أيونات الفضة الزائدة، وتصفى. وأخيرا، يتم تسخين المحلول المرشح لإزالة حمض الهيدروكلوريك الزائد.

ملح نفايات الكلورة هو النفايات المتولدة في عملية كلورة الملح المنصهر، وهي بشكل رئيسي النفايات المحتوية على الملح وبقايا الملح. إن توليد هذه النفايات هو نتيجة حتمية لعملية الكلورة، وترتبط مكوناتها وتركيبها بالمواد الخام للكلورة والمذيبات المستخدمة. تشمل طرق معالجة ملح النفايات المكلورة السحق، والتفاعل القلوي، وضغط الترشيح، والترشيح الدقيق، والترشيح الفائق وخطوات أخرى. يمكن استخدام المنتجات التي تم الحصول عليها أثناء عملية المعالجة كموارد. على سبيل المثال، يمكن استخدام خبث الحديد والتيتانيوم الذي يتم الحصول عليه عن طريق الترشيح بالضغط كموارد أو تكديسه كنفايات عامة. يمكن استخدام محلول كلوريد الصوديوم الذي يتم الحصول عليه عن طريق الترشيح الفائق كمواد خام لعملية تحضير الصودا الكاوية عن طريق التحليل الكهربائي للغشاء الأيوني أو يتم الحصول على الملح الصلب بعد التبخر والاسترداد.

الاختلافات الرئيسية بين نظام معالجة غاز عادم كلوريد التيتانيوم الإسفنجي ونظام معالجة غاز عادم المغنيسيوم كهربائياً هي كما يلي:

يقوم نظام معالجة الغاز الخلفي بالكلور بشكل رئيسي بمعالجة غاز النفايات المتولد في ورشة الكلورة، والذي يتضمن بشكل أساسي الغازات الحمضية مثل الكلور وكلوريد الهيدروجين. من أجل تحقيق تنقية وتصريف غاز النفايات، سيقوم النظام بإجراء معالجة الغسيل القلوي، وتحويل الغازات الحمضية إلى مواد ملحية من خلال التفاعلات الكيميائية، وتحقيق تصريف غاز النفايات.

يقوم نظام معالجة الغاز الخلفي من المغنيسيوم التحليلي بشكل أساسي بمعالجة غاز النفايات المتولد في ورشة المغنيسيوم التحليل الكهربائي، والتي تشتمل بشكل أساسي على غاز الكلور وبخار المغنيسيوم. من أجل تنقية وتفريغ غاز العادم، سيقوم النظام بإزالة الغبار، وتكثيف بخار المغنيسيوم إلى جزيئات المغنيسيوم، وجمع غاز الكلور لإعادة استخدامه. وفي الوقت نفسه، سيقوم النظام أيضًا بالتحكم في انتشار الغاز للتحكم بشكل فعال في بخار المغنيسيوم الذي لم تتم إزالة الغبار منه في غاز العادم داخل الورشة ومنعه من الانتشار إلى البيئة خارج الورشة.

بشكل عام، يكمن الاختلاف الرئيسي بين نظام معالجة غاز ذيل كلوريد التيتانيوم الإسفنجي ونظام معالجة غاز ذيل المغنيسيوم كهربائياً في مكونات غاز النفايات المختلفة وطرق المعالجة.

7. عملية معالجة غاز ذيل كلوريد التيتانيوم الإسفنجي وعملية معالجة غاز ذيل المغنيسيوم كهربائياً:

تتضمن عملية معالجة غاز ذيل كلوريد التيتانيوم الإسفنجي بشكل أساسي الخطوات التالية:

معالجة التنقية الرطبة: أولاً، يجب معالجة غاز النفايات عن طريق التنقية الرطبة. تتضمن هذه الخطوة بشكل أساسي إرسال غاز النفايات إلى معدات التنقية ورشها بالماء للغسيل. خلال هذه العملية، سوف يذوب حمض الهيدروكلوريك وكلوريد الصوديوم في الماء، وسوف يتحلل TiCl4، مما يؤدي إلى غسل جزيئات الغبار الصلبة في الماء. يمكن لمعدات التنقية استخدام أبراج الغسيل، وأجهزة تنقية الغاز بالطرد المركزي، وأبراج امتصاص الرذاذ، ومجمعات الغبار الرغوي، وما إلى ذلك.

إزالة الكلور: من أجل إزالة الكلور بشكل أكبر، يمكن استخدام طرق مختلفة اعتمادًا على تركيز الكلور. عندما يكون تركيز الكلور في غاز العادم منخفضًا، غالبًا ما يتم رش حليب الجير (Ca(OH)2)، ويتفاعل الكلور مع حليب الجير لتوليد Ca(ClO)2. إذا كان تركيز الكلور في غاز العادم منخفضًا ولكن حجم الغاز الخلفي كبير، غالبًا ما يتم استخدام NaOH أو Na2CO3 للرش، وسيتفاعل الكلور معهم لتكوين NaClO، والذي يمكن استخدامه كمسحوق تبييض. إذا كان تركيز الكلور في غاز العادم مرتفعًا ولكن حجم الغاز الخلفي صغير، فيمكن استخدام رذاذ FeCl2 لامتصاص الكلور. في هذه العملية، يتم تحضير شاطف FeCl2 عن طريق تفاعل برادة الحديد مع حمض الهيدروكلوريك مسبقًا. بعد الشطف، يتم إنشاء FeCl3. تتم إضافة FeCl3 مع برادة الحديد ويتم تقليله إلى FeCl2 لإعادة التدوير.

تشتمل عملية معالجة غاز ذيل المغنيسيوم كهربائيًا بشكل أساسي على الخطوات التالية:

التحليل الكهربائي للمغنيسيوم: ستقوم ورشة التحليل الكهربائي بتحليل كلوريد المغنيسيوم المنتج في ورشة الاختزال لإنتاج غاز المغنيسيوم والكلور. يتم إرسال المغنسيوم الناتج عن التحليل الكهربائي إلى ورشة الاختزال كعامل اختزال لإنتاج إسفنجة التيتانيوم، بينما يتم إرسال غاز الكلور إلى ورشة الكلورة لإنتاج رابع كلوريد التيتانيوم.

التحليل الكهربائي وإعادة تبخير معالجة الغاز الخلفي: يقوم نظام التحليل الكهربائي وإعادة تبخير معالجة الغاز الخلفي بوظائف تنقية وتفريغ غازات النفايات الحمضية في نظام التحليل الكهربائي للمغنيسيوم وورشة إعادة التبخير. تتكون غازات النفايات الحمضية بشكل رئيسي من الكلور وكلوريد الهيدروجين.

8. يتم إنتاج الملوثات أثناء عملية كلورة إسفنجة التيتانيوم:

الكلوريدات العضوية: مثل رابع كلوريد التيتانيوم، والكلوروفورم، وثنائي كلورو ميثان، وغيرها. وهذه الكلوريدات العضوية غالباً ما تكون سامة وقد تسبب تلوثاً بيئياً.

الكلوريدات غير العضوية: مثل الكلور وكلوريد الهيدروجين وغيرها، وهذه الكلوريدات غير العضوية سامة أيضًا وقد تسبب مخاطر بيئية وبيولوجية.

ملوثات أخرى: قد يتم إنتاج بعض الملوثات الأخرى أثناء عملية الكلورة، مثل غاز الفوسجين (COCl2)، وهي مواد سامة أيضًا.

9. مبدأ الأكسدة لنظام معالجة غاز عادم كلوريد التيتانيوم الإسفنجي:

بشكل أساسي في ظل ظروف معينة من درجات الحرارة والضغط، يتم استخدام الأكسجين الموجود في الهواء لأكسدة رابع كلوريد التيتانيوم الموجود في غاز العادم إلى ثاني أكسيد التيتانيوم. على وجه التحديد، يمكن تقسيم عملية تفاعل الأكسدة إلى الخطوات التالية:

يتفاعل الكلور مع الأكسجين لتكوين أيونات الكلورات: Cl2+O2=2ClO3
تتفاعل أيونات الكلورات مع رابع كلوريد التيتانيوم لتكوين ثاني أكسيد التيتانيوم والكلور: TiCl4+2ClO3=TiO2+2Cl2+O2

تتم هذه العملية عند درجة حرارة معينة (مثل 600-800 درجة) وضغط (ضغط عادي). وفي الوقت نفسه، يجب إضافة محفز (مثل خامس أكسيد الفاناديوم، وما إلى ذلك) لتقليل طاقة تنشيط التفاعل وتعزيز التفاعل. يمكن إعادة تدوير ثاني أكسيد التيتانيوم الناتج كمنتج ثانوي، في حين يمكن إعادة استخدام الكلور في إنتاج الكلورة.

تجدر الإشارة إلى أن عملية الأكسدة تتم تحت ظروف معينة من درجات الحرارة والضغط، لذا يجب التحكم بدقة في ظروف التفاعل، كما يجب الاهتمام بإعادة تدوير الكلور الموجود في غاز العادم لتقليل تكاليف الإنتاج والتلوث البيئي.

10. العلاقة بين التيتانيوم وسبائك التيتانيوم الراقية وإسفنجة التيتانيوم:

بادئ ذي بدء، تشير سبائك التيتانيوم والتيتانيوم المتطورة إلى سبائك التيتانيوم والتيتانيوم ذات الخصائص الممتازة والاستخدامات الخاصة، مثل القوة العالية والمتانة العالية ومقاومة التآكل وأداء درجات الحرارة العالية وما إلى ذلك. إسفنجة التيتانيوم عبارة عن سبيكة تيتانيوم يتم إنتاجها بواسطة تفاعل رابع كلوريد التيتانيوم والمغنيسيوم. يتم استخدامه عادة كمواد خام لإنتاج سبائك التيتانيوم والتيتانيوم المتطورة.

على وجه التحديد، تنعكس العلاقة بين سبائك التيتانيوم والتيتانيوم الراقية وإسفنجة التيتانيوم بشكل أساسي في الجوانب التالية:

المواد الخام : يعتبر اسفنج التيتانيوم من المواد الخام المستخدمة في إنتاج سبائك التيتانيوم والتيتانيوم المتطورة. ومن خلال المعالجة الإضافية وسبائك إسفنجة التيتانيوم، يمكن إنتاج سبائك التيتانيوم والتيتانيوم المتطورة ذات الخصائص الممتازة.

عملية الإنتاج: تشبه عمليات إنتاج التيتانيوم وسبائك التيتانيوم المتطورة عمليات إسفنجة التيتانيوم، والتي تتطلب سلسلة من الصهر والمعالجة والمعالجة الحرارية. ومع ذلك، فإن عملية إنتاج التيتانيوم وسبائك التيتانيوم المتطورة أكثر تعقيدًا وتطورًا، وتتطلب متطلبات فنية أعلى ومراقبة أكثر صرامة للجودة.

مجالات التطبيق: يتم استخدام سبائك التيتانيوم والتيتانيوم المتطورة بشكل رئيسي في مجالات الطيران والجيش والبتروكيماويات وغيرها من المجالات، ولها مجموعة واسعة من الاستخدامات. يتم استخدام إسفنجة التيتانيوم بشكل أساسي لإنتاج أجزاء سبائك التيتانيوم عالية القوة والمقاومة للتآكل المطلوبة في مجال الطيران والسيارات وغيرها من المجالات.

بشكل عام، هناك علاقة وثيقة بين التيتانيوم وسبائك التيتانيوم الراقية وإسفنجة التيتانيوم. هناك بعض أوجه التشابه بين عمليات الإنتاج والمواد الخام ومجالات التطبيق، ولكن من حيث تكنولوجيا الإنتاج وأداء المنتج ومجالات التطبيق هناك أيضًا بعض الاختلافات.

11. إن تدفق العملية لتنقية التيتانيوم المتطورة هو كما يلي:

يتم اختيار ثاني أكسيد التيتانيوم عالي النقاء كمادة خام، ويتم إضافة عامل اختزال لمعالجة الاختزال.

يتم تخليل ثاني أكسيد التيتانيوم المخفض لإزالة الشوائب.

بعد التخليل، يتم غسل ثاني أكسيد التيتانيوم بالماء وتجفيفه، ثم تتم إضافة عامل اختزال لخفض درجة الحرارة العالية.

يتم سحق إسفنجة التيتانيوم المختزلة وطحنها للحصول على إسفنجة جسيمات دقيقة من التيتانيوم.

يتم صهر التيتانيوم الإسفنجي ذو الحبيبات الدقيقة عند درجات حرارة عالية ويتم استخدام تقنية الصهر الفراغي لإزالة الشوائب والغازات.

بعد التكرير، يتم صب إسفنجة التيتانيوم بشكل مستمر وصبها بالقالب للحصول على سبائك تيتانيوم عالية النقاء.

باستخدام تقنية الحدادة بدرجة الحرارة العالية، يتم تشكيل سبائك التيتانيوم عند درجات حرارة عالية للحصول على مواد تيتانيوم عالية النقاء.