टाइटेनियम स्लैग का गलन सिद्धांत

1. टाइटेनियम स्लैग गलन का सिद्धांत और प्रक्रिया प्रवाह

का मूलटाइटेनियम स्लैग के लिए इलेक्ट्रिक फर्नेस गलनमें इल्मेनाइट को एक ठोस अपचायक एजेंट, जैसे एन्थ्रेसाइट (या पेट्रोलियम कोक या कोक) के साथ मिलाना और मिश्रण को अपचयन गलन के लिए एक इलेक्ट्रिक फर्नेस में डालना शामिल है। इस प्रक्रिया के दौरान, अयस्क के भीतर मौजूद आयरन ऑक्साइड को चुनिंदा रूप से धात्विक आयरन में कम किया जाता है, जबकि टाइटेनियम ऑक्साइड स्लैग में समृद्ध हो जाते हैं। स्लैग और आयरन को अलग करने के बाद, टाइटेनियम स्लैग और उप-उत्पाद धात्विक आयरन प्राप्त होते हैं। टाइटेनियम सांद्रण में मुख्य रूप से TiO₂ और FeO होते हैं, जिसमें SiO₂, CaO, MgO, Al₂O₃, और V₂O₅ जैसे अतिरिक्त घटक होते हैं। गलन प्रक्रिया में उच्च तापमान, दृढ़ता से कम करने की स्थिति में आयरन ऑक्साइड को कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करना शामिल है ताकि पिघला हुआ टाइटेनियम स्लैग और धात्विक आयरन बन सके, जिसे बाद में विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण और गलनांक में अंतर के कारण प्रभावी ढंग से अलग किया जाता है। शामिल रासायनिक प्रतिक्रियाओं में शामिल हैं:

1. Fe₂O₃ + C = 2FeO + CO

2. FeO + C = Fe + CO

2. इलेक्ट्रिक फर्नेस गलन की मुख्य विशेषताएं

टाइटेनियम स्लैग उच्च गलनांक, मजबूत संक्षारकता, उच्च चालकता और इसके गलनांक के पास चिपचिपाहट में तेज वृद्धि की विशेषता है। ये गुण गलन के दौरान संरचना में बदलाव के साथ महत्वपूर्ण बदलाव से गुजरते हैं।

2.1 उच्च चालकता और ओपन आर्क मेल्टिंग विशेषताएं

2.1.1 टाइटेनियम स्लैग की उच्च चालकता

इल्मेनाइट अपनी पिघली हुई अवस्था में पर्याप्त विद्युत चालकता प्रदर्शित करता है, जो 1500°C पर 2.0 से 2.5 ks/m तक होता है और 1800°C पर 5.5 से 6.0 ks/m तक बढ़ जाता है। जैसे-जैसे अपचयन और गलन आगे बढ़ता है, पिघल संरचना बदलती है, जिससे FeO सामग्री में कमी आती है और TiO₂ और निम्न-संयोजक टाइटेनियम ऑक्साइड में वृद्धि होती है, जो तेजी से चालकता को बढ़ाते हैं। उदाहरण के लिए, कैनेडियन सोरेल टाइटेनियम स्लैग में 1750°C पर 15-20 ks/m की चालकता होती है, जो साधारण स्लैग (उसी तापमान पर 100 s/m) और तरल NaCl जैसे आयनिक इलेक्ट्रोलाइट्स (लगभग 400 s/m पर 900°C) की तुलना में काफी अधिक है। तापमान में बदलाव का टाइटेनियम स्लैग की चालकता पर न्यूनतम प्रभाव पड़ता है, जो इसके इलेक्ट्रॉनिक कंडक्टर विशेषताओं को दर्शाता है।

2.1.2 ओपन आर्क मेल्टिंग विशेषताएं

टाइटेनियम स्लैग की उच्च चालकता इलेक्ट्रिक फर्नेस में इसकी ओपन आर्क मेल्टिंग प्रकृति को निर्धारित करती है, जहां प्राथमिक ताप स्रोत इलेक्ट्रोड सिरे और पिघले हुए पूल की सतह के बीच आर्क ताप होता है, जिसे "ओपन आर्क गलन" के रूप में जाना जाता है। इसके विपरीत, उच्च-प्रतिरोध स्लैग स्लैग ताप प्रतिरोध पर निर्भर करता है, जिसे "जलमग्न आर्क गलन" कहा जाता है। प्रारंभ में, टाइटेनियम स्लैग का गलन अल्पकालिक जलमग्न आर्क विशेषताओं को प्रदर्शित कर सकता है, लेकिन जैसे-जैसे प्रक्रिया आगे बढ़ती है, ओपन आर्क गलन हावी हो जाता है, जिसमें आर्क ताप बाद के चरणों में 97% तक होता है।

2.2 गलन प्रक्रिया पर गलनांक और चिपचिपाहट का प्रभाव

2.2.1 गलनांक

टाइटेनियम स्लैग, मुख्य रूप से टाइटेनियम ऑक्साइड से बना है, जिसमें 1580 से 1700°C तक उच्च गलनांक होता है, जो TiO₂ सामग्री के साथ बढ़ता है। उच्च तापमान गलन के लिए अपचयन क्षेत्र में केंद्रित ताप की आवश्यकता होती है।

2.2.2 चिपचिपाहट

टाइटेनियम स्लैग में एक छोटी स्लैग विशेषता होती है, जो पूरी तरह से इसके गलनांक से ऊपर पिघलने पर कम चिपचिपाहट के साथ होती है। हालांकि, गलनांक के पास चिपचिपाहट तेजी से बढ़ जाती है, एक संकीर्ण क्रिस्टलीकरण तापमान सीमा के कारण, जिससे क्रिस्टलीय ठोस का अवक्षेपण होता है जो पिघल को चिपचिपा बनाता है, स्लैग तरलता और निर्वहन को बाधित करता है।

2.3 उच्च रासायनिक गतिविधि और फर्नेस प्रभाव

टाइटेनियम स्लैग, मुख्य रूप से TiO₂ से मिलकर बनता है जिसमें काफी कम-संयोजक टाइटेनियम ऑक्साइड होता है, उच्च रासायनिक गतिविधि प्रदर्शित करता है, जो अधिकांश धातु और गैर-धातु सामग्री को संक्षारित करता है। फर्नेस बॉडी की रक्षा के लिए, अपचयन गलन के दौरान फर्नेस लाइनिंग पर टाइटेनियम स्लैग की एक परत लटकी होती है।

2.4 टाइटेनियम स्लैग पिघल का उबलना

अपचयन प्रतिक्रिया मुख्य रूप से पिघल सतह पर होती है, लेकिन ठोस चार्ज का अचानक ढहना या पिघल के माध्यम से उच्च-कार्बन आयरन का उतरना धात्विक आयरन-स्लैग इंटरफेस पर हिंसक प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर कर सकता है, जिससे बड़ी मात्रा में CO गैस उत्पन्न होती है जो स्लैग उबलने और छपकाने का कारण बनती है। इससे इलेक्ट्रोड डूब सकते हैं, तात्कालिक धारा बढ़ सकती है, शॉर्ट सर्किट हो सकता है और गलन अस्थिर हो सकता है। निरंतर फीडिंग और बंद गलन विधियां उबलने को कम कर सकती हैं और फर्नेस की स्थिति को स्थिर कर सकती हैं।

2.5 अशुद्धता तत्वों का प्रभाव

टाइटेनियम स्लैग का गलनांक TiO₂ सामग्री और अपचयन डिग्री (Ti₂O₃/TiO₂ अनुपात) के साथ बढ़ता है। इष्टतम गलन अंत बिंदु लगभग O/Ti = 1.76 है, जहां सिस्टम में सबसे कम यूटेक्टिक बिंदु होता है। FeO, MgO, CaO, MnO, और Al₂O₃ जैसे अशुद्धता तत्व TiO₂ के साथ द्विआधारी यौगिक और यूटेक्टिक बिंदु बनाते हैं, जो कुछ सामग्री सीमाओं के भीतर गलनांक को कम करते हैं, जो अच्छे स्लैग-फॉर्मिंग एजेंट के रूप में कार्य करते हैं। हालांकि, अत्यधिक अशुद्धियाँ टाइटेनियम स्लैग ग्रेड को कम करती हैं।

3. मुख्य प्रक्रिया स्थितियाँ और संचालन

3.1 कार्बन सामग्री

सैद्धांतिक कार्बन सामग्री, सभी Fe₂O₃ को FeO में बदलने, 96% FeO को धात्विक आयरन में कम करने, 30% TiO₂ को Ti₃O₅ में कम करने, और पिघले हुए पूल में आयरन के 2% कार्बराइजेशन के लिए जिम्मेदार होने के आधार पर गणना की जाती है, जो जोड़े गए अयस्क का 7.98% है। परिवर्तित कोक पाउडर अयस्क के अतिरिक्त का 9.85% है, जिसमें लगभग 12% की वास्तविक कार्बन सामग्री है।

3.2 विद्युत पैरामीटर

इलेक्ट्रिक फर्नेस और ट्रांसफार्मर के बीच बेमेल और सीमित परीक्षण फर्नेस के कारण, गलन के लिए वर्तमान ऑपरेटिंग माध्यमिक वोल्टेज 100V पर सेट है।

3.3 गलन संचालन

प्रत्येक फर्नेस को 1.49 टन टाइटेनियम सांद्रण से चार्ज किया जाता है, जिसमें 0.78 टन को एक बार में डामर और कोक पाउडर के साथ मिश्रण के रूप में जोड़ा जाता है और संकुचित किया जाता है। शेष 0.71 टन को ग्रेड को समायोजित करने और स्लैग टर्निंग, क्रस्टिंग और छपकाने से बचने के लिए इलेक्ट्रोड छेद के माध्यम से गलन के दौरान रुक-रुक कर जोड़ा जाता है। प्रत्येक फर्नेस 180 मिनट तक पिघलता है, जो 150 और 240 मिनट के बीच उतार-चढ़ाव करता है। निर्वहन पर, बिजली बंद कर दी जाती है, और ऑक्सीजन का उपयोग फर्नेस के मुंह से जलने के लिए किया जाता है। स्लैग और आयरन को मिलाया जाता है और स्लैग ट्रे में डिस्चार्ज किया जाता है, जिसमें हटाने के लिए नीचे φ100mm का छेद होता है, जिसमें 5 से 8 मिनट लगते हैं। जमने के बाद, पिघले हुए आयरन को 80 से 90kg आयरन इनगॉट बनाने के लिए एक रेत ट्रे में डाला जाता है। निर्वहन के बाद, फर्नेस आउटलेट को प्लग किया जाता है, और लगभग 60kg अयस्क और 7kg कोक पाउडर को तीन इलेक्ट्रोड छेदों के साथ जोड़ा जाता है, इसके बाद पाउंडिंग, सामग्री जोड़ना, हथौड़े से टैंपिंग करना, इलेक्ट्रोड का निर्वहन करना, स्विच बंद करना और अगली फर्नेस को पिघलाने के लिए बिजली भेजना। दूसरी फर्नेस के लिए बिजली आपूर्ति का समय लगभग 10 से 20 मिनट है।

4. टाइटेनियम स्लैग और टाइटेनियम अयस्क की चरण संरचना

4.1 इल्मेनाइट की चरण संरचना

इल्मेनाइट, जिसका रासायनिक सूत्र FeTiO₃ है और सैद्धांतिक TiO₂ सामग्री 52.6% है, आमतौर पर प्रकृति में FeTiO₃ और वेदर इल्मेनाइट के रूप में पाया जाता है। वेदर इल्मेनाइट विभिन्न भौतिक चरण संरचनाएँ बनाता है, जैसे ब्रुकसाइट, संशोधित ब्रुकसाइट, सफेद टाइटेनियम और रूटाइल, जिसमें बढ़ती हुई वेदरिंग गहराई और TiO₂ सामग्री होती है। वेदरिंग के दौरान, अन्य ऑक्साइड अशुद्धियाँ FeTiO₃ के साथ ठोस समाधान बनाती हैं, जिसे सामान्य सूत्र m((Fe,Mg,Mn).TiO₂).n((Fe,Cr,Al)₂O₃) द्वारा व्यक्त किया जाता है, जहाँ m + n = 1।

खनन मूल्य का टाइटेनियम अयस्क चट्टान अयस्क और प्लेसर में विभाजित है। चट्टान अयस्क, जो इल्मेनाइट (FeTiO₃) से बना है, में लगभग 45-53% की TiO₂ सामग्री होती है, जिसमें आयरन FeO के रूप में होता है, एक उच्च FeO/Fe₂O₃ अनुपात, उच्च MgO सामग्री और घनी खनिज संरचना होती है। प्लेसर, जो वेदर चट्टान अयस्क से बनता है, में एक उच्च Fe₂O₃ सामग्री, कम FeO/Fe₂O₃ अनुपात, कम अशुद्धता सामग्री, ढीली खनिज संरचना और रूटाइल अयस्क में 95-100% तक की TiO₂ सामग्री होती है।

4.2 टाइटेनियम स्लैग की चरण संरचना

टाइटेनियम स्लैग, इलेक्ट्रिक फर्नेस में इल्मेनाइट को पिघलाने के बाद बनता है, जिसमें दो मुख्य चरण होते हैं:

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90-95% स्यूडो-प्लेट टाइटेनियम चरण: (FeTi₂O₅)a(MgTi₂O₅)b(Al₂TiO₅)c(MnTi₂O₅)d(V₂TiO₅)e(Ti₃O₅)f से बना है, जिसे ब्लैक टाइटनाइट ठोस समाधान चरण के रूप में भी जाना जाता है, जहाँ a + b + c + d + e + f = 1। उदाहरण के लिए, सोरेल स्लैग की विशिष्ट संरचना (FeTi₂O₅)0.31(MgTi₂O₅)0.30(Al₂TiO₅)0.06(MnTi₂O₅)0.008(V₂TiO₅)0.012(Ti₃O₅)0.31 है।

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5-10% सिलिकेट विट्रियस चरण: (Ca, Al, Mg, Fe, Ti)SiO₃, जिसमें SiO₂ 60%, Al₂O₃ 18-20%, CaO 9-10%, MgO 1-4%, FeO 2-4%, और TiO₂ 3-4% की विशिष्ट संरचना है।

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इलेक्ट्रिक फर्नेस द्वारा पिघलाया गया टाइटेनियम स्लैग एसिड-घुलनशील टाइटेनियम स्लैग और टाइटेनियम क्लोराइड स्लैग में विभाजित है। एसिड-घुलनशील टाइटेनियम स्लैग, पंजिहुआ टाइटेनियम सांद्रण से पिघलाया जाता है, जिसका उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड विधि द्वारा टाइटेनियम डाइऑक्साइड के उत्पादन के लिए किया जाता है और इसमें निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

1. अच्छा एसिड घुलनशीलता, जिसमें एसिडोलिसिस दर ≥94% है।

2. अच्छे एसिडोलिसिस प्रतिक्रिया प्रदर्शन के लिए सह-विलायक अशुद्धियाँ FeO और MgO की उपयुक्त मात्रा।

3. नियंत्रित निम्न-संयोजक टाइटेनियम सामग्री।

4. टाइटेनियम डाइऑक्साइड उत्पादन के लिए हानिकारक अशुद्धियाँ (सल्फर, फास्फोरस, क्रोमियम, वैनेडियम) मानकों से अधिक नहीं होनी चाहिए।

टाइटेनियम क्लोराइड स्लैग, जिसका उपयोग क्लोराइड विधि द्वारा टाइटेनियम डाइऑक्साइड के उत्पादन के लिए किया जाता है, में निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

1. उच्च TiO₂ सामग्री, आमतौर पर ≥92%।

2. CaO + MgO सामग्री, जो क्लोरीनीकरण के दौरान आसंजन बनाती है, आमतौर पर ≤1%।

3. कण आकार वितरण द्रवकरण आवश्यकताओं को पूरा करता है।

हम एक पेशेवर इलेक्ट्रिक फर्नेस निर्माता हैं। आगे की पूछताछ के लिए, या यदि आपको जलमग्न आर्क फर्नेस, इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस, लेडल रिफाइनिंग फर्नेस, या अन्य पिघलने वाले उपकरण की आवश्यकता है, तो कृपया हमसे संपर्क करने में संकोच न करें  susan@aeaxa.com