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西方国家提炼钛金属的方法

发布日期:2023-01-29浏览次数:540

是一种银白色的过渡金属,其特征为重量轻、强度高、具金属光泽,耐湿氯气腐蚀。但钛不能应用于干氯气中,即使是温度0℃以下的干氯气,也会发生剧烈的化学反应,生成四氯化钛,再分解生成二氯化钛,甚至燃烧。只有当氯气中的含水量高于0.5%的时候,钛在其中才能保持可靠的稳定性。



据了解,地壳中钛的含量相当丰富,为4400克/吨,在各种元素中位第9,在金属元素中仅次于铝、铁、镁,位列第四,是铜的80倍. 地球表面十公里厚的地层中,含钛达千分之六随便从地下抓起一把泥土,其中都含有千分之几的钛


而钛之所以被称为“稀有金属”,一方面的原因是钛虽然分布广泛,但却缺少密集的富矿,在地壳中含钛矿物有140多种,但现具有开采价值的仅十余种.另一方面的原因是金属钛的冶炼技术难度很大,成本据高不下,难以普及应用。


目前世界各国的冶金专家的主要研究方向就是降低钛和其合金的冶炼成本,并取得了不错的进展。其中粉末冶金由于其具有近净成型、能耗低、材料利用率高等优势,已成为今后钛冶金工业发展的主要方向之一,所以目前出现了很多钛粉的制造方法,主要包括机械合金化、氢化脱氢法(HDH)、雾化法、金属热还原法和熔盐电解法。



本期,我们为大家单独介绍金属热还原法中的Armstrong法和Kroll法。



Armstrong 制备法


Armstrong法的核心设备是Armstrong反应器,金属钠以气体的形式被送入反应器,TiCl4蒸汽喷入液态钠气流里,反应在喷嘴出口处立即发生,生成的钛粉被过量的钠气流所携带。之后钛、钠和氯化钠通过过滤、蒸馏和洗涤而得以分离,从而产出钛及钛合金粉。粉末的特性(粒度分布、形态、流动性和密度)可按各种用途通过改变系统参数进行调控。这种方法是一种低成本、连续纳还原法,生产出来的钛及钛合金粉的成本仅是传统方法的一个分数,并且生产环境好,实际上不产生废物,将逐步淘汰劳动与设备密集的传统冶金法。


Kroll 法


还有一种广泛应用的制取钛的方法就是Kroll法,也就是镁还原法,原理就是在800℃~1000℃及氩气氛围下,利用液态金属镁还原TiCl4得到金属钛。该工艺的主要过程包括:含钛物料加碳氯化制取TiCl4;镁热还原TiCl4制取海绵钛;电解MgCl2回收金属镁。最后一个过程是镁的循环使用步骤,虽然此法具有生产工序一体化、设备大型化、操作机械化和自动化甚至到智能化的发展趋势,但是此法工艺是一炉一炉间歇进行的,而且在生产过程中还必须对反应炉进行装料、高温加热和卸料操作,再加上后续还原产物的真空蒸馏除杂和固结加工过程,导致成本居高不下。再者就是TiCl4和Cl2具有强腐蚀性,生产过程中对设备及环境损害极大,因此设备的投资很大和后续环保花费很大。因此限制了钛的广泛大规模应用。



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