一种镁电解抽镁方法及其应用、镁电解抽镁装置

技术领域

本发明涉及海绵钛制备技术领域，具体而言，涉及一种镁电解抽镁方法及其应用、镁电解抽镁装置。

背景技术

钛及钛合金质轻而强度高，又具有良好的耐腐蚀、耐热、耐低温等性能，广泛用于航空航天、军工、石油、化工等领域。随着钛的应用领域不断扩展，对钛的需求不断增长，为钛工业发展提供了广阔的前景。

海绵钛生产是钛材、钛粉及其它钛构件生产的基础环节，海绵钛的生产工艺包括氯化精制、还原蒸馏、镁电解、尾气处理、破碎等工序，其中还原蒸馏为海绵钛生产的核心工序，也是决定海绵钛品级的关键工序。在还原蒸馏生产过程中，四氯化钛与还原剂镁在还原罐中发生反应生成海绵钛，在实际生产过程中为了保证钛的氯化物尽可能被还原，常加入过量的还原剂金属镁，镁的使用量与使用方式对海绵钛的品级率有不同程度的影响。在还原生产过程中使用的还原剂镁包括固体镁锭、蒸馏冷凝镁和海绵钛镁电解工序自产液镁三种，其中固体镁锭杂质含量较低但价格较高，冷凝物在熔融过程中进行净化，液镁质量在生产过程中存在较大波动，但液镁是大型生产的必然选择。即，海绵钛镁电解工序产出精镁质量越不理想，对海绵钛的等级影响程度越大。

因此，降低液镁中杂质元素含量、保障液镁的质量是提高海绵钛质量与等级的有效手段。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种镁电解抽镁方法，该方法通过控制抽镁的液位，可以有效分离液镁和电解质杂质，提高液镁纯度，降低液镁中的杂质含量。

本发明的第二目的在于提供一种镁电解抽镁装置，该装置具有所抽取的液镁杂质含量低、成本低以及效率高等优点。

本发明的第三目的在于提供镁电解抽镁的方法所获得的液镁在制备海绵钛中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种镁电解抽镁方法，包括如下步骤：

镁电解过程中电解槽内形成厚度为100～200mm的液镁层、含有液镁和氯化镁的混合层、电解质层、以及渣层，抽镁时，将镁抬包的抽镁管的端部伸入液镁层内，并使所述端部与所述液镁层和所述混合层之间交界处之间的距离为5～20mm，然后在真空条件下进行抽镁处理。

本发明还提供了一种镁电解抽镁装置，适用于所述的镁电解抽镁的方法，所述镁电解抽镁装置包括相连接的镁抬包和抽真空装置；所述镁抬包上设置有抽镁管；

其中，所述镁抬包抽镁时移动至电解槽，所述电解槽上设置有液位测量杆。

本发明又提供所述的镁电解抽镁的方法所获得的液镁在制备海绵钛中的应用，采用所述液镁作为制备所述海绵钛的还原剂；

优选地，所述液镁不经过精炼处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所提供的镁电解抽镁方法，通过控制抽镁的液位，可以有效分离液镁和电解质杂质，提高液镁纯度，降低液镁中杂质含量；并且该方法在抽镁处理前抽真空，可以避免液镁氧化。

(2)本发明所提供的镁电解抽镁方法，所获得的液镁杂质含量低，可直接使用，不用进行精炼，可减少还原工段等待液镁时间，提高液镁供应效率，提高海绵钛生产效率。

(3)本发明所提供的镁电解抽镁装置，结构简单，可以有效分离液镁和电解质杂质，所获取的液镁纯度高，提高了生产效率。

(4)本发明所提供的镁电解抽镁装置，采用具有升降装置的可移动车，替代常规行车吊装镁抬包，可解决行车调配困难问题，并且其固定抬包稳定性更好，可减小抽镁过程中抬包压力的波动，不仅提高了操作安全性，而且可避免杂质被抽入液镁中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的镁电解抽镁装置的结构示意图。

附图标记：

1-镁抬包；2-抽真空装置；3-抽镁管；4-电解槽；5-液位测量杆；6-可移动车；7-升降装置；8-质量测量装置。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一方面，本发明提供了一种镁电解抽镁方法，具体是一种生产海绵钛过程中的获取液镁的方法，其中镁电解是指镁电解工序，也即将熔融氯化镁进行电解的工序，抽镁方法具体包括如下步骤：

镁电解(指熔融氯化镁经电解)过程中，电解槽4内形成厚度为100～200mm的液镁层，含有液镁和氯化镁的混合层，电解质层，以及，渣层。其中液镁层为熔融金属镁。混合层为含有熔融金属镁和熔融氯化镁的混合料。液镁层位于混合层的上端，混合层的下端还依次包括电解质层和渣层。

其中，所述液镁层和所述混合层之间形成交界处(即液镁层和混合层的共同的边界)，抽镁时，将镁抬包1的抽镁管3的端部(即抽镁管3的管口)伸入液镁层的液面内，并使所述端部与所述交界处之间的距离为5～20mm(包括但不限于7mm、10mm、13mm、15mm、18mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，即使抽镁管3的端部位于液镁层液面内距交界处5～20mm处，然后在真空条件下进行抽镁处理。

本发明通过控制抽镁的液位，可以有效分离液镁和电解质杂质，提高液镁纯度，降低液镁中杂质含量。并且，本发明在抽镁处理前抽真空，可以避免液镁氧化。

具体地，通过控制抽镁液位，在保证尽可能将液镁完全抽走的同时，可避免电解质杂质进入镁抬包1内，一方面可避免液镁留在电解槽4内与氯气反应生成氯化镁影响电流效率，另一方面可避免电解质杂质进入镁抬包1而影响液镁质量(品质)，进而影响海绵钛质量(品质)。

采用本发明所提供的抽镁方法，所获得的液镁杂质含量低，可直接使用，不用进行精炼工艺，减少还原工段等待液镁时间，提高液镁供应效率，提高海绵钛生产效率。

一优选实施方式中，所述镁抬包1的下端设置有升降装置7，通过调节所述镁抬包1和/或所述升降装置7的高度，使所述端部与所述交界处之间的距离为5～15mm。

一优选实施方式中，为了尽可能将液镁完全抽走并不抽取杂质，所述端部与所述交界处之间的距离为6～15mm，包括但不限于7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

一优选实施方式中，所述真空条件的真空度为-50kPa～-100kPa，包括但不限于-60kPa、-70kPa、-80kPa、-90kPa中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

一优选实施方式中，所述真空条件所用的惰性保护气为氩气。

一优选实施方式中，所述抽镁处理的液镁流量为100～200kg/min，包括但不限于120kg/min、140kg/min、150kg/min、180kg/min中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。采用该输出流量可以避免液镁发生震荡，导致抽出杂质，因此进一步提高了所获得的液镁的纯度。

一优选实施方式中，采用所述镁电解抽镁方法所得到的液镁中的杂质含量≤0.05wt.％，即液镁的纯度≥99.95％。更优选为液镁中的杂质含量≤0.04wt.％。

第二方面，本发明提供了一种镁电解抽镁装置，具体是一种用于镁电解工序所产生的液镁的抽取装置，适用于所述的镁电解抽镁的方法，所述镁电解抽镁装置的结构示意图如图1所示，其包括相连接的镁抬包1和抽真空装置2。可以理解的是，镁抬包1和抽真空装置2之间通过真空管相连接。

所述镁抬包1上设置有抽镁管3。电解槽4上设置有抽镁口。在进行抽镁处理前，将镁抬包1的抽镁管3连接至电解槽4的抽镁口。

其中，所述镁抬包1抽镁时移动至电解槽4的抽镁口一侧，所述电解槽4上设置有用于测量液镁液位的液位测量杆5。

该镁电解抽镁装置可以有效分离液镁和电解质杂质，装置结构简单，所获取的液镁纯度高。

一优选实施方式中，所述镁抬包1的下端还设置有可移动车6。

设置可移动车6，采用其替代常规行车吊装镁抬包，可解决行车调配困难问题，并且其固定抬包稳定性更好，可减小抽镁过程中抬包的波动，进而提高了操作安全性。并且还可以避免液体波动导致杂质被抽入液镁中。

一优选实施方式中，所述镁抬包1和所述可移动车6之间还设置有高度可调节的升降装置7。设置升降装置7，便于对镁抬包1和抽镁管3的高度进行调节。

在本发明一些具体的实施方式中，所述升降装置7的可调节高度为0.5～200mm，例如1mm、5mm、10mm、30mm、50mm、80mm、100mm、130mm、150mm或180mm。

其中，升降装置7例如包括液压升降机，但不限于此。

一优选实施方式中，所述可移动车6和所述升降装置7之间还设置有质量测量装置8，其用于测量所抽取的液镁的质量，便于其作为还原剂生产海绵钛。

一优选实施方式中，抽镁管3的长度为2～5m，例如3m或者4m。

一优选实施方式中，电解槽4的高为3～4m，电解槽4内的液体总深度为2.8m，其中液镁层的高度为100～200mm。

一优选实施方式中，镁抬包1的底部设置有排镁口，用于将液镁加入到还原炉进行海绵钛生产。

第三方面，本发明提供了所述的镁电解抽镁的方法所获得的液镁在制备海绵钛中的应用，采用所述液镁作为制备所述海绵钛的还原剂。

一优选实施方式中，所述液镁不经过精炼处理。

采用上述抽镁方法，获得的液镁可直接使用，作为制备所述海绵钛的还原剂，而不用经过精炼，因此减少了还原工段等待液镁时间，提高了液镁供应效率，进而提高了海绵钛生产效率。

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供了一种镁电解抽镁装置，参见图1，其包括可移动车6，设置在可移动车6上方的高度可调节的升降装置7(液压升降机)，设置在升降装置7上方的质量测量装置8(电子秤)，以及设置在质量测量装置8上方的镁抬包1。镁抬包1的一侧连接有抽真空装置2(真空泵)，镁抬包1的另一侧设置有电解槽4，电解槽4和镁抬包1之间设置有抽镁管3，电解槽4上还设置有液位测量杆5(液位杆)。

实施例2

本实施例提供了一种镁电解抽镁方法，采用实施例1的镁电解抽镁装置，抽镁方法包括如下步骤：

温度和压力达到抽镁条件后，使可移动车6行至电解槽4的抽镁口旁，锁轮固定，行车将镁抬包1调至可移动车6上方，确认对准位置后缓慢下降至可移动车6上，固定镁抬包1，通过质量测量装置8测量并记录镁抬包1质量为m

电解槽4内由上至下依次包括液镁层、混合层、电解质层和渣层，液镁层和混合层之间形成交界处。采用液位测量杆5测量电解槽4中液体总深度为2.8m，其中液镁层的厚度为100mm。

将抽镁管3的端部沿电解槽4抽镁口伸入液镁层内，调节可移动车6上的升降装置7，使抽镁管3的端部与交界处之间的距离为20mm。打开抽真空装置2的真空阀，抽真空至-50kPa，进行抽镁，期间液镁流量为100kg/min。持续抽真空至抽镁结束，关闭真空阀，拆除真空管和抽镁管3，测量并记录镁抬包1质量为m

调配行车将镁抬包转运至还原工段添加液镁作为制备所述海绵钛的还原剂，两次加液镁，不足的添加少量镁锭补足质量和液位，经过还原、蒸馏、冷凝和破碎后，得到海绵钛。

实施例3

本实施例提供的镁电解抽镁方法，采用实施例1的镁电解抽镁装置，抽镁方法包括如下步骤：

温度和压力达到抽镁条件后，使可移动车6行至电解槽4的抽镁口旁，锁轮固定，行车将镁抬包1调至可移动车6上方，确认对准位置后缓慢下降至可移动车6上，固定镁抬包1，通过质量测量装置8测量并记录镁抬包1的质量为m

电解槽4内由上至下依次包括液镁层、混合层、电解质层和渣层，液镁层和混合层之间形成交界处。采用液位测量杆5测量电解槽4中液体总深度为2.8m，其中液镁层的高度为150mm。

将抽镁管3的端部沿电解槽4抽镁口伸入液镁层内，调节可移动车6上的升降装置7，使抽镁管3的端部与交界处之间的距离为10mm。打开抽真空装置2的真空阀，抽真空至-100kPa，进行抽镁，期间液镁流量为150kg/min。持续抽真空至抽镁结束，关闭真空阀，拆除真空管和抽镁管3，测量并记录镁抬包1质量为m

调配行车将镁抬包转运至还原工段，添加液镁作为制备所述海绵钛的还原剂，两次加液镁，不足的添加少量镁锭补足质量和液位，经过还原、蒸馏、冷凝和破碎后，得到海绵钛。

实施例4

本实施例提供的镁电解抽镁方法采用实施例1的镁电解抽镁装置，其包括如下步骤：

在温度和压力达到抽镁条件后，使可移动车6行至电解槽4的抽镁口旁，锁轮固定，行车将镁抬包1调至可移动车6上方，确认对准位置后缓慢下降至可移动车6上，固定镁抬包1，通过质量测量装置8测量并记录镁抬包1质量为m

电解槽4内由上至下依次包括液镁层、混合层、电解质层和渣层，液镁层和混合层之间形成交界处。采用液位测量杆5测量电解槽4中液体总深度为2.8m，其中液镁层的高度为200mm。

将抽镁管3的端部沿电解槽4抽镁口伸入液镁层内，调节可移动车6上的升降装置7，使抽镁管3的端部与交界处之间的距离为5mm。打开抽真空装置2的真空阀，抽真空至-80kPa，进行抽镁，期间液镁流量为200kg/min。持续抽真空至抽镁结束，关闭真空阀，拆除真空管和抽镁管3，测量并记录镁抬包1质量为m

调配行车将镁抬包转运至还原工段添加液镁作为制备海绵钛的还原剂，两次加液镁，不足的添加少量镁锭补足质量和液位，经过还原、蒸馏、冷凝和破碎后，得到海绵钛。

对比例1

本对比例提供的镁电解抽镁方法为：用行车将镁抬包吊至电解槽抽镁口上方并吊住，插入抽镁管进行抽镁，直至抽镁重量达到理论计算量将抬包吊起，转移至还原区还原。经过还原、蒸馏、冷凝和破碎后，得到海绵钛。

对比例2

本对比例提供的镁电解抽镁方法为：用行车将镁抬包吊至电解槽抽镁口上方并吊住，插入抽镁管进行抽镁，直至抽镁重量达到理论计算量将抬包吊起，转移至精炼炉进行精炼，精炼后转移至还原区还原。经过还原、蒸馏、冷凝和破碎后，得到海绵钛。

上述各实施例和各对比例中所抽取的液镁的使用量以及补足所用少量镁锭的使用量，各实施例和各对比例中所抽取的液镁中的Mg含量(质量分数)，以及各实施例和各对比例所制得的海绵钛的品级如表1所示。

表1中的对比例3为仅采用镁锭(不采用液镁)制得海绵钛。

表1液镁和镁锭使用量、液镁中Mg含量和海绵钛品级

通过对比例1和对比例2可知，常规抽镁后不进行精炼，会导致液镁中杂质较多，进而制得的海绵钛的品级较低。

通过比较各个实施例和对比例3可知，采用本发明提供的抽镁方法所获得的液镁杂质含量低，可直接使用，无需经过精炼，即可获得与采用镁锭制得的海绵钛基本一致的品级。并且该方法成本低，生产效率高。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。