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海绵钛生产蒸馏过程中杂质去除机理和动力学研究

批准号:
51874108
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
吴复忠
依托单位:
学科分类:
资源循环利用
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
田琴、戴新义、麦毅、王超、李玮、解艳芳、王霄

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
海绵钛真空蒸馏后期5~10%挥发性杂质的去除时间占蒸馏周期的70%,导致蒸馏生产的周期长、能耗高。项目通过研究真空蒸馏过程钛坨温度场分布、传热特性和杂质输运通道结构等因素对镁和氯化镁等挥发性杂质在蒸馏开始阶段的表面蒸馏速率和蒸馏后期的毛细孔内蒸馏速率的影响,研究挥发性杂质在蒸馏过程中的输运特性;利用海绵孔—挥发性杂质界面势函数,建立基于钛坨温度场分布、传热特性和杂质输运通道结构的挥发性杂质蒸馏的热力学和动力学模型,解析挥发性杂质蒸馏动力学的限制性环节,阐明挥发性杂质在蒸馏过程中的物理化学行为;最终依靠建立的热力学和动力学模型阐明挥发性杂质的去除机理,为实现利用Kroll法短流程直接制备高纯海绵钛和蒸馏过程的节能降耗提供理论依据和技术途径。
英文摘要
Removal of last 5~10% of the volatile impurities wastes the 70% of total distillation period in the vacuum distillation process, which was time and energy intensive. Thus, it's difficult to provide theoretical support and control technology in practical production which aims at removing volatile impurities in the greatest degree. The effects of temperature field distribution, heat transfer characteristics and the structures of the impurities transportation corridor of sponge titanium on the surface distillation rate of the volatile impurities such as magnesium and magnesium chloride in the initial stage and distillation rate and in a capillary hole in the final stage will be discussed in the vacuum distillation process. Besides, we inquire the transport characteristics of volatile impurities in the process of distillation. According to the potential function of the interfaces of the sponge-like pores and the impurities, the thermodynamics and dynamics models of volatile impurities distillation will be established, based on the temperature field distribution of sponge titanium, heat transfer characteristics and the structures of impurities transportation channels. Furthermore, the bottlenecks of distillation kinetics in volatile impurities would be analyzed, the physical and chemical behaviors of volatile impurities in distillation process will also be illuminated. Finally, the removal mechanism of volatile impurities is being explored by the thermodynamics and dynamics models. It provides a theoretical basis and technical approach for the realizations of energy conservation and consumption reduction of high-level sponge titanium by using the Kroll method.
钛及钛合金广泛应用于航空航天、国防军事、石油化工和临床医疗等领域,是提高国防装备、保障国家战略安全、经济建设和社会发展不可或缺的重要战略物资。海绵钛产量是衡量一个国家钛工业规模的重要指标,中国是全球海绵钛生产能力最大的国家,但工艺技术与生产装备整体水平较低、生产工序能耗较高、缺乏稳定提供航空用海绵钛原料的能力与保障体系。.项目针对镁热法海绵钛生产过程挥发性杂质蒸馏速率慢的问题,通过对海绵钛中可挥发性和非挥发性杂质来源、杂质分布规律等进行了系统的研究,研究了温度场分布、传热特性对Mg和MgCl2蒸馏过程的影响规律,量化了蒸馏过程的能量损失,为蒸馏过程参数的调整提供了依据。基于增广Young-Laplace方程和动力学理论,建立了薄液膜区二维稳态下的流动和蒸发的耦合传热传质模型,根据挥发性杂质去除的热力学模型,建立海绵钛孔中单一流体的蒸发薄液膜区形貌和联合传热模型,研究了过热度、钛坨温度场分布、输运通道特性对Mg和MgCl2熔体薄膜轮廓、蒸发压力、蒸发质量通量和热通量的影响。研究结论和结果为实现利用Kroll法短流程直接制备高纯海绵钛和蒸馏过程的节能降耗、提高生产效率提供理论依据和技术途径。.在项目资助下,共完成发表SCI学术论文9篇,授权国家发明专利3项。培养毕业博士研究生1名、硕士研究生8名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Facile fabrication of a three-dimensional coral-like silicon nanostructure coated with a C/rGO double layer by using the magnesiothermic reduction of silica nanotubes for high-performance lithium-ion battery anodes
利用二氧化硅纳米管的镁热还原,轻松制备涂有 C/rGO 双层的三维珊瑚状硅纳米结构,用于高性能锂离子电池阳极
DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.158569
发表时间: 2021-05
期刊: Journal of Alloys and Compounds
影响因子: 6.2
作者: [Tianhao Wang, Xiang Ji, Fuzhong Wu, Wanliang Yang, Xinyi Dai, Xuejiao Xu, Jing Wang, Dan Guo, Meili Chen]
通讯作者: Meili Chen
DOI: 10.3389/fenrg.2022.850431
发表时间: 2022-03
期刊: Frontiers in Energy Research
影响因子: 3.4
作者: [Kangquan Yang, Chengqi Zhang, Hui Yuan, Fuzhong Wu]
通讯作者: Fuzhong Wu
DOI: --
发表时间: 2022
期刊: 有色金属(冶炼部分)
影响因子: --
作者: [龙家机, 王文豪, 李玮, 吴复忠]
通讯作者: 吴复忠
DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.08.093
发表时间: 2021-08
期刊: Ceramics International
影响因子: 5.2
作者: [X. Ji;Dai Xinyi;Fuzhong Wu;M. Yi;Haijun Chen;Yi-Jing Gu]
通讯作者: X. Ji;Dai Xinyi;Fuzhong Wu;M. Yi;Haijun Chen;Yi-Jing Gu
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    MXene-聚合物复合改性硅负极的可控制备及储锂机制研究
    • 批准号:
      52264046
    • 项目类别:
      地区科学基金项目
    • 资助金额:
      33万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      吴复忠
    • 依托单位:
    海绵钛还原过程TiCl4非平衡相变规律及相变流场特性研究
    • 批准号:
      51574094
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      63.0万元
    • 批准年份:
      2015
    • 负责人:
      吴复忠
    • 依托单位:
    利用贫锰矿进行烧结烟气脱硫的反应机理及基础研究
    • 批准号:
      51064005
    • 项目类别:
      地区科学基金项目
    • 资助金额:
      27.0万元
    • 批准年份:
      2010
    • 负责人:
      吴复忠
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金