有色金属冶金学7-钛冶金

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1、第3章钛冶金（MetallurgyOnTitanium）3.1概述Introduction3.1.1冶金简史1791年英国格列盖尔(W.Gregor)研究钛铁矿时发现了钛的二氧化物1795年德国克拉普罗特(M.H.Klaproth)发现元素钛并命名为titanium1910年美国亨特(M.A.Hunter)用金属钠还原TiCl4制得了较纯的金属钛1925年瓦阿克尔(VanArkel)用碘化钛热离解法得到了高纯金属钛1940年卢森堡人克劳尔(W.J.Kroll)用金属镁还原TiCl4制得了金属钛该法已经成为海绵钛生产

2、的传统方法第二篇稀有金属冶金钛在地壳中丰度为0.56%第九位，按结构金属算，仅次于铁、铝，属于第三金属。钛是一种典型的亲岩石元素，存在于所有的岩浆岩中，分布极广：遍布于岩石、砂土、粘土、海水、动植物甚至月球和陨石中。TiO2-FeO-Fe2O3三者可以可以形成无限固熔体，按照不同比例可形成多种化合物。已经发现的含钛1％以上的矿石有140多种，但有工业价值的只有十几种，其中工业应用的是：钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）和白钛矿（CaTiSiO2）。1948年，世界产量2吨，目前全世界年产量10万吨。我国从1

3、949年开始建设钛冶炼工业。钛的矿物资源3.1.2钛的性质(1)钛的物理性质第IVB族，原子序数22，原子量47.90。银白色,外观似钢。钛有两种晶型，在882℃以下为-钛(h.c.p);高于882℃为-钛(b.c.c)。密度4.505g/cm3,熔点166010℃，沸点3262℃。钛中的C、N、O杂质对钛的硬度、脆性影响很大；Fe增加硬度、降低耐蚀性；微量O、N（2）钛的化学性质钛的化学性质相当活泼，可与很多元素反应或形成固溶体。金属钛在-196~500℃温度范围内，在空气中很稳定。钛有强烈的吸气性质。钛的

4、耐蚀性。3.1.3钛的用途钛材有三大特点：比强度大；耐腐蚀；温度适应范围广，在-253~500℃。在航空、航天工业上应用。空中金属；在化工（烧碱、造纸）、冶金（浸出槽、罐、管道、泵等）石油（开采、石化）等工业应用。陆地金属；船舶制造、海水淡化、海洋石油开采等：前苏联建造的3000t级核潜艇6—7艘，用钛合金板制作双层壳体。这些核潜艇具有无磁性，下潜深度深(达900m)和航：速快等特点，每艘用钛560t；海上金属。在国防工业中的应用：火箭、导弹外壳、喷嘴、火箭发动机、高压容器、液体燃料贮箱、机翼．兵器：炮筒、车辆、装

5、甲板、防弹背心、头盔、雷达三角支架、坦克天窗在医疗领域中的应用：人造关节、假肢、轮椅、牙齿矫形器、金属缝线。在日用品方面的应用：网球、羽毛球的球拍；高尔夫球的球棒长柄、金属面；击剑用的面罩；登山用的冰杖、登山钉、螺钉；钓鱼用的绕线架；滑雪用的把手、滑雪板；旅行用自行车的车身、各零部件功能材料：超导、储氢合金、形状记忆合金3.1.4钛矿物钛通常以二氧化钛或钛酸盐的形态存在.生产钛主要矿物原料是金红石和钛铁矿.金红石中TiO2的质量分数为95%左右，密度4.2~4.3g/cm3,主要产自澳大利亚。钛铁矿组成为FeTiO

6、3，分布最广。密度4.56~5.20g/cm3，呈黑色或黑褐色。中国的钛资源：岩矿主要集中在四川攀西地区，占全国总量的90％以上，还有河北承德的大庙地区；砂矿集中在广东、广西、海南3.1.5现行钛冶金工业的生产流程现行钛工业生产根据产品不同分为两种类型:第一类型：以金属钛为目标产品的海绵钛制取(占钛冶金总量的8%)－金属钛工艺;第二类型：钛白生产.(占钛冶金总量92%)不论Hunter法（钠还原）还是Kroll（镁还原）生产钛的过程,都包括三个主要步骤、涉及二个循环：（1）富钛料的制取。若用金红石为原料，这一步可省

7、略。这一步的主要目的是尽可能除取钛铁矿中组分铁，提高原料中钛的品位。（2）TiCl4的生产。这一步是将钛由氧化物形态转变成氯化物形态。包括氯化过程和粗TiCl4的精制、纯化过程。（3）TiCl4的还原。这一步是将钛由氯化物还原为金属钛的过程。三个步骤制取金属钛的两种方法：（4）镁循环。内循环与外循环。（5）氯循环。产品：钛白、海绵钛、金属钛及其制品、钛铁合金、金属钛粉、人造金红石、四氯化钛、钛渣。两个循环氯循环Mg循环3.2钛铁矿精矿的还原熔炼——预富集方法之一富集含钛物料的原因（1）在后续工序中，减少其他原料消耗

8、，降低生产成本；（2）减轻后续分离、净化、处理副产品工序的负担，简化工艺过程；（3）增大设备单位容积的产能。钛铁矿精矿还原熔炼原理：钛精矿中主要伴生FeO和Fe2O3，由于钛和铁对氧的亲和力不同，它们的氧化物生成自由焓有较大的差异，因此，经过选择性还原熔炼，分别获得生铁和富钛渣。工艺简介：在矿热式电弧炉内，于1600－1800℃高温下还原熔炼钛铁矿。一般以无