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      鈦礦石是如何變形

      2019/8/2 9:22:28點擊:

      從鈦元素的發現到第一次制得較純的金屬鈦經歷了120年的歷程。又由實驗室第一次獲得純鈦到首次進行工業生產,又花費了近40年的時間。許多研究者做了大量的探索,遭受一次又一次失敗,終于在1948杜邦公司取得了成功,生產出了噸位級的海綿鈦。


      海綿鈦如此來之不易,那么鈦礦石又是怎樣變成海綿鈦的呢?以下我們一起來見證鈦礦石的蛻變之旅。

      Step 1  從礦石到高鈦渣

      高鈦渣是經過物理生產過程而形成的鈦礦富集物俗稱,通過電爐加熱熔化鈦礦,使鈦礦中二氧化鈦和鐵熔化分離后得到的二氧化鈦高含量的富集物。高鈦渣既不是廢渣,也不是副產物,而是生產四氯化鈦、鈦白粉和海綿鈦產品的料。鈦渣是由鈦精礦冶煉而成。

      Step 2  氯化——從礦石到四氯化鈦

      氯化法將高鈦渣與石油焦按一定比例配料,粉碎,通入氯氣進行反應,生成四氯化鈦氣體,經過冷凝,得到液化的四氯化鈦液體,過濾、蒸餾,得到四氯化鈦成品。其化學方程式:

      TiO2+2C+2Cl2→TiCl4+2CO

      TiO2+C+2Cl2→TiCl4+CO2


      四氯化鈦為無色或微黃色液體,熔點-25℃有刺激性酸味在空氣中發煙。主要用作生產海綿鈦、鈦白粉三氯化鈦。其制取方法很多,主要有沸騰氯化熔鹽氯化。沸騰氯化是現行生產四氯化鈦的主要方法(中國、日本、美國采用),其次是熔鹽氯化(獨聯體國家采用)。沸騰氯化一般是以鈣鎂含量低的高品位富鈦料為原料,而熔鹽氯化則可使用含高鈣鎂的原料。

      1、沸騰氯化

      沸騰氯化是采用細顆粒富鈦料與固體碳質(石油焦還原劑,在高溫、氯氣流的作用下呈流態化狀態進行氯化反應,從而制取四氯化鈦的方法。該法具有加速氣-固相間傳質及傳熱過程,強化生產的特點。國內外目前沸騰氯化使用的原料有高鈦渣、天然金紅石、人造金紅石等。

      2、熔鹽氯化

      金屬熱還原法生產出的海綿狀金屬鈦。純度%質量)一般為99.1-99.7。雜質元素%(質量)總量為0.3-0.9,雜質元素%(質量)為0.06-0.20,硬度(HB)為100-157,根據純度的不同分為MHTiOMHTi4五個等級。海綿鈦生產是鈦工業的基礎環節,它是鈦材鈦粉及其他鈦構件的原料。、熔鹽氯化是將磨細的鈦渣或金紅石和石油焦懸浮在熔鹽(主要由KClNaClMgCl2 CaCl2 組成)介質中,并通入氯氣,從而制取四氯化鈦的方法。一般也可使用電解鎂的廢電解質,在973K~1073K 條件下充入氯氣,故氯化反應的速度受到熔體的性質、組成,還原劑的種類,原料的性質,氯化溫度,氯氣濃度及通入速度,熔體高度,配碳量等因素的影響。

      Mg 還原法

      還原的實質是:

      880℃~950℃下的氬氣氣氛中,讓四氯化鈦與金屬鎂進行反應得到海綿狀的金屬鈦氯化鎂,用真空蒸餾除去海綿鈦中的氯化鎂和過剩的鎂,從而獲得純鈦,蒸餾冷凝物可經熔化回收金屬鎂,氯化鎂經熔鹽電解回收鎂和氯氣。從精制四氯化鈦中制取金屬鈦,分為還原和蒸餾兩個步驟。在較長一段時間,還原、蒸餾都是分步進行的,而目前已趨向聯合化、大型化。

      鎂還原

      鎂還原的主要反應為:

      TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2

      在還原過程中,TiCl4 中的微量雜質,如:

      AlCl3FeCl3SiCl4VOCl3 等均被鎂還原生成相應的金屬,這些金屬全部混在海綿鈦中。而混雜在鎂中的雜質鉀、鈣、鈉等,也是還原劑,它們分別將TiCl4 還原并生成相應的雜質氯化物。鎂還原過程包括:TiCl4液體的氣化氣體TiCl4和液體Mg 的外擴散→TiCl4 Mg 分子吸附在活性中心在活性中心上進行化學反應結晶成核鈦晶粒長大→MgCl2 脫附→MgCl2 外擴散。這一過程中的關鍵步驟是結晶成核,隨著化學反應的進行伴有非均相成核

      真空蒸餾

      經排放MgCl2 操作后的鎂還原產物 55~60%的、含有25%~30t%的MgCl2 10%~15%,及少量TiCl3 TiCl2,常用蒸餾法將海綿鈦中的鎂和MgCl2分離。還原產物海綿鈦在真空蒸餾過程中經受長期高溫燒結,逐漸致密化、毛細孔逐漸縮小,樹枝狀結構消失,最后呈一坨狀整塊,俗稱鈦坨。

      Step 3  破碎、篩選、包裝

       

      金屬熱還原法生產出的海綿狀金屬鈦。純度%質量)一般為99.1-99.7。雜質元素%(質量)總量為0.3-0.9,雜質元素%(質量)為0.06-0.20,硬度(HB)為100-157,根據純度的不同分為MHTiOMHTi4五個等級。海綿鈦生產是鈦工業的基礎環節,它是鈦材鈦粉及其他鈦構件的原料。、

       

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