海绵钛生产中镁的循环利用(circulative utilization of magnesium in production of titanium sponge)

将镁热还原法生产海绵钛的过剩镁和由反应产物MgCl₂制得的金属镁返回四氯化钛还原作业用作还原剂的过程。实现镁的循环利用可大幅度降低镁耗、电耗和海绵钛的生产成本。

镁的循环海绵钛生产中镁的循环途径(见图)有二：(1)还原过程排放的MgCl₂(约占MgCl₂生成总量的94％～98％)和还原反应前排出的返回蒸馏冷凝物中的MgCl₂，经电解、精炼制得的金属镁再返回TiCl₄还原作业；(2)蒸馏所得冷凝物(Mg+MgCl₂)连同冷凝器直接返回TiCl₄还原作业。循环过程中镁和MgCl₂的损失包括：TiCl₄还原作业在排放MgCl2及其传输过程中的损失，还原一蒸馏拆罐时的机械损失以及MgCl₂电解、精炼及液镁传输过程中的损失。补加的镁量即为镁在循环过程中的损失量，也可换算为吨钛产品的净镁耗量。

镁循环与能耗的关系为了降低净镁耗量，除必须严格工艺操作制度以减少镁在还原一蒸馏过程的损失外，还要提高MgCl2电解的技术水平，降低生产吨镁所需MgCl₂的用量。按化学计量，生产1t镁需3.917tMgCl₂，实际生产约需4.0t。

在镁热还原法生产海绵钛中，用作还原剂的镁可看作是一种能量载体。镁耗愈低，能耗亦愈低。还原一蒸馏过程实现镁循环生产吨钛产品的金属镁能耗量由三部分构成：

式中∑E_Mg为吨钛的金属镁的能耗量，kW•h；E_净耗Mg为吨镁还原过程排放的MgCl₂经电解制得的镁能耗，kW•h；E_冷凝Mg为还原一蒸馏作业中循环使用的蒸馏镁能耗，此时E_冷凝Mg=0；K₁、K₂、K₃分别为生产吨钛产品时净耗镁、电解镁和冷凝镁的单耗，t。

实现镁循环作业后，由于E_冷凝Mg=0，所以；又由于E_电解Mg<E_净耗Mg，K₁《K₂，因而镁能耗较比未实现镁循环前大为减少，即海绵钛生产能耗亦大幅度降低。