December 14, 2025
جوهر صهر الفرن الكهربائي لخبث التيتانيوم يتضمن خلط الإلمنيت مع عامل اختزال صلب، مثل الأنثراسيت (أو فحم الكوك البترولي أو فحم الكوك)، وإدخال الخليط في فرن كهربائي للصهر الاختزالي. خلال هذه العملية، يتم اختزال أكاسيد الحديد الموجودة داخل الخام بشكل انتقائي إلى حديد معدني، بينما تتركز أكاسيد التيتانيوم في الخبث. بعد فصل الخبث والحديد، يتم الحصول على خبث التيتانيوم والحديد المعدني المنتج الثانوي. يتكون مركز التيتانيوم بشكل أساسي من TiO₂ و FeO، مع مكونات إضافية مثل SiO₂ و CaO و MgO و Al₂O₃ و V₂O₅. تتطلب عملية الصهر تفاعل أكسيد الحديد مع الكربون في ظل ظروف درجة حرارة عالية واختزال قوي لتكوين خبث التيتانيوم المنصهر والحديد المعدني، اللذين يتم فصلهما بعد ذلك بشكل فعال بسبب الاختلافات في الثقل النوعي ونقطة الانصهار. تشمل التفاعلات الكيميائية:
1. Fe₂O₃ + C = 2FeO + CO
2. FeO + C = Fe + CO
يتميز خبث التيتانيوم بنقطة انصهار عالية، وتآكل قوي، وتوصيلية عالية، وزيادة حادة في اللزوجة بالقرب من نقطة انصهاره. تخضع هذه الخصائص لتغييرات كبيرة مع الاختلافات في التركيب أثناء الصهر.
يُظهر الإلمنيت توصيلية كهربائية كبيرة في حالته المنصهرة، تتراوح من 2.0 إلى 2.5 كيلو ثانية/متر عند 1500 درجة مئوية وتزداد إلى 5.5 إلى 6.0 كيلو ثانية/متر عند 1800 درجة مئوية. مع تقدم الاختزال والصهر، تتغير تركيبة المصهور، مما يؤدي إلى انخفاض محتوى FeO وزيادة في TiO₂ وأكاسيد التيتانيوم الأقل تكافؤًا، مما يؤدي إلى رفع التوصيلية بسرعة. على سبيل المثال، يمتلك خبث التيتانيوم الكندي سوري توصيلية تبلغ 15-20 كيلو ثانية/متر عند 1750 درجة مئوية، وهي أعلى بكثير من توصيلية الخبث العادي (100 ثانية/متر عند نفس درجة الحرارة) والإلكتروليتات الأيونية مثل NaCl السائل (حوالي 400 ثانية/متر عند 900 درجة مئوية). اختلافات درجة الحرارة لها تأثير ضئيل على توصيلية خبث التيتانيوم، مما يشير إلى خصائص الموصل الإلكتروني.
تحدد التوصيلية العالية لخبث التيتانيوم طبيعة الصهر بالقوس المفتوح في الأفران الكهربائية، حيث يكون مصدر الحرارة الأساسي هو حرارة القوس بين نهاية القطب وسطح البركة المنصهرة، والمعروفة باسم "الصهر بالقوس المفتوح". في المقابل، يعتمد الخبث عالي المقاومة على مقاومة حرارة الخبث، والتي تسمى "الصهر بالقوس المغمور". في البداية، قد يُظهر صهر خبث التيتانيوم خصائص القوس المغمور على المدى القصير، ولكن مع تقدم العملية، يصبح الصهر بالقوس المفتوح هو السائد، حيث تمثل حرارة القوس ما يصل إلى 97٪ في المراحل اللاحقة.
يحتوي خبث التيتانيوم، الذي يتكون بشكل أساسي من أكسيد التيتانيوم، على نقطة انصهار عالية تتراوح من 1580 إلى 1700 درجة مئوية، وتزداد مع محتوى TiO₂. يتطلب الصهر بدرجة حرارة عالية حرارة مركزة في منطقة الاختزال.
يتميز خبث التيتانيوم بخصائص خبث قصيرة، مع لزوجة منخفضة عند ذوبانه بالكامل فوق نقطة انصهاره. ومع ذلك، تزداد اللزوجة بشكل حاد بالقرب من نقطة الانصهار بسبب نطاق درجة حرارة التبلور الضيق، مما يؤدي إلى ترسب المواد الصلبة البلورية التي تجعل المصهور لزجًا، مما يعيق سيولة الخبث وتفريغه.
يُظهر خبث التيتانيوم، الذي يتكون بشكل أساسي من TiO₂ مع أكسيد التيتانيوم ذي التكافؤ المنخفض، نشاطًا كيميائيًا عاليًا، مما يؤدي إلى تآكل معظم المواد المعدنية وغير المعدنية. لحماية جسم الفرن، يتم تعليق طبقة من خبث التيتانيوم على بطانة الفرن أثناء الصهر الاختزالي.
يحدث تفاعل الاختزال في المقام الأول على سطح المصهور، ولكن الانهيارات المفاجئة للشحنات الصلبة أو هبوط الحديد عالي الكربون عبر المصهور يمكن أن يؤدي إلى تفاعلات عنيفة عند واجهة الحديد المعدني والخبث، مما يولد كميات كبيرة من غاز أول أكسيد الكربون الذي يسبب غليان الخبث وتناثره. يمكن أن يؤدي هذا إلى غمر الأقطاب الكهربائية، وزيادة التيار اللحظي، والتسبب في حدوث دوائر قصيرة، وزعزعة استقرار الصهر. يمكن أن تؤدي طرق التغذية المستمرة والصهر المغلق إلى تخفيف الغليان واستقرار ظروف الفرن.
تزداد نقطة انصهار خبث التيتانيوم مع محتوى TiO₂ ودرجة الاختزال (نسبة Ti₂O₃/TiO₂). نقطة النهاية المثلى للصهر هي حوالي O/Ti = 1.76، حيث يكون للنظام أدنى نقطة يوتكتيكية. تشكل عناصر الشوائب مثل FeO و MgO و CaO و MnO و Al₂O₃ مركبات ثنائية ونقاط يوتكتيكية مع TiO₂، مما يقلل من نقطة الانصهار ضمن نطاقات محتوى معينة، وتعمل كعوامل جيدة لتكوين الخبث. ومع ذلك، فإن الشوائب المفرطة تقلل من درجة خبث التيتانيوم.
يتم حساب محتوى الكربون النظري، بناءً على تحويل كل Fe₂O₃ إلى FeO، وتقليل 96٪ من FeO إلى حديد معدني، وتقليل 30٪ من TiO₂ إلى Ti₃O₅، ومراعاة 2٪ من الكربنة للحديد في البركة المنصهرة، وهو 7.98٪ من الخام المضاف. يمثل مسحوق فحم الكوك المحول 9.85٪ من إضافة الخام، بمحتوى كربون فعلي يبلغ حوالي 12٪.
بسبب عدم التطابق بين الفرن الكهربائي والمحول والأفران التجريبية المحدودة، يتم ضبط الجهد الثانوي التشغيلي الحالي للصهر على 100 فولت.
يتم شحن كل فرن بـ 1.49 طن من مركز التيتانيوم، مع إضافة 0.78 طن مرة واحدة كمزيج مع الأسفلت ومسحوق فحم الكوك وتعبئته. تتم إضافة الـ 0.71 طن المتبقية بشكل متقطع أثناء الصهر من خلال فتحة القطب الكهربائي لضبط الدرجة وتجنب تحول الخبث، والقشرة، والتناثر. يصهر كل فرن لمدة 180 دقيقة، ويتذبذب بين 150 و 240 دقيقة. عند التفريغ، يتم إيقاف تشغيل الطاقة، ويتم استخدام الأكسجين للحرق من خلال فم الفرن. يتم خلط الخبث والحديد وتفريغهما في صينية خبث، والتي تحتوي على فتحة بقطر 100 مم في الأسفل للإزالة، وتستغرق من 5 إلى 8 دقائق. بعد التصلب، يتم سكب الحديد المنصهر في صينية رمل لتكوين سبائك حديد بوزن 80 إلى 90 كجم. بعد التفريغ، يتم توصيل مخرج الفرن، ويتم إضافة حوالي 60 كجم من الخام و 7 كجم من مسحوق فحم الكوك على طول فتحات الأقطاب الكهربائية الثلاثة، ثم يتم الطرق، وإضافة المواد، والتدك بمطرقة، وتفريغ الأقطاب الكهربائية، وإغلاق المفتاح، وإرسال الطاقة لصهر الفرن التالي. يبلغ وقت إمداد الطاقة للفرن الثاني حوالي 10 إلى 20 دقيقة.
يوجد الإلمنيت، بالصيغة الكيميائية FeTiO₃ ومحتوى TiO₂ النظري البالغ 52.6٪، بشكل شائع على شكل FeTiO₃ والإلمنيت المتآكل في الطبيعة. يشكل الإلمنيت المتآكل تركيبات طور فيزيائية مختلفة، مثل البروكيت، والبروكيت المعدل، والتيتانيوم الأبيض، والروتيل، مع زيادة عمق التجوية ومحتوى TiO₂. أثناء التجوية، تشكل شوائب الأكسيد الأخرى محاليل صلبة مع FeTiO₃، معبرًا عنها بالصيغة العامة m((Fe,Mg,Mn).TiO₂).n((Fe,Cr,Al)₂O₃)، حيث m + n = 1.
ينقسم خام التيتانيوم ذو القيمة التعدينية إلى خام صخري ورملي. يتكون الخام الصخري، المكون من الإلمنيت (FeTiO₃)، من محتوى TiO₂ يبلغ حوالي 45-53٪، مع الحديد في شكل FeO، ونسبة عالية من FeO/Fe₂O₃، ومحتوى MgO مرتفع، وهيكل معدني كثيف. يحتوي الرمل، المتكون من الخام الصخري المتآكل، على محتوى Fe₂O₃ مرتفع، ونسبة منخفضة من FeO/Fe₂O₃، ومحتوى منخفض من الشوائب، وهيكل معدني فضفاض، ومحتوى TiO₂ يصل إلى 95-100٪ في خام الروتيل.
يتكون خبث التيتانيوم، المتكون بعد صهر الإلمنيت في فرن كهربائي، من مرحلتين رئيسيتين:
·
90-95٪ طور التيتانيوم شبه اللوحي: يتكون من (FeTi₂O₅)a(MgTi₂O₅)b(Al₂TiO₅)c(MnTi₂O₅)d(V₂TiO₅)e(Ti₃O₅)f، والمعروف أيضًا باسم طور المحلول الصلب للتيتانيت الأسود، حيث a + b + c + d + e + f = 1. على سبيل المثال، التركيب النموذجي لخبث سوري هو (FeTi₂O₅)0.31(MgTi₂O₅)0.30(Al₂TiO₅)0.06(MnTi₂O₅)0.008(V₂TiO₅)0.012(Ti₃O₅)0.31.
·
·
5-10٪ طور زجاجي سيليكاتي: (Ca, Al, Mg, Fe, Ti)SiO₃، بتركيب نموذجي من SiO₂ 60٪، Al₂O₃ 18-20٪، CaO 9-10٪، MgO 1-4٪، FeO 2-4٪، و TiO₂ 3-4٪.
·
ينقسم خبث التيتانيوم المصهور بالفرن الكهربائي إلى خبث تيتانيوم قابل للذوبان في الأحماض وخبث كلوريد التيتانيوم. يستخدم خبث التيتانيوم القابل للذوبان في الأحماض، المصهور من مركز التيتانيوم بانزهيوا، لإنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم بطريقة حمض الكبريتيك وله الخصائص التالية:
1. قابلية جيدة للذوبان في الأحماض، بمعدل تحلل حمضي ≥94٪.
2. كميات مناسبة من شوائب المذيبات المشتركة FeO و MgO لأداء تفاعل تحلل حمضي جيد.
3. محتوى التيتانيوم الأقل تكافؤًا المتحكم فيه.
4. يجب ألا تتجاوز الشوائب (الكبريت والفوسفور والكروم والفاناديوم) الضارة بإنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم المعايير.
يتميز خبث كلوريد التيتانيوم، المستخدم لإنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم بطريقة الكلوريد، بالخصائص التالية:
1. محتوى TiO₂ مرتفع، بشكل عام ≥92٪.
2. محتوى CaO + MgO، الذي يشكل التصاقًا أثناء الكلورة، بشكل عام ≤1٪.
3. توزيع حجم الجسيمات الذي يلبي متطلبات التمييع.
نحن شركة تصنيع أفران كهربائية محترفة. لمزيد من الاستفسارات، أو إذا كنت بحاجة إلى أفران القوس المغمور، أو أفران القوس الكهربائي، أو أفران تكرير المغرفة، أو معدات صهر أخرى، فيرجى عدم التردد في الاتصال بنا على susan@aeaxa.com
