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发信人: BrokenPen (小棋子), 信区: MSE_express       
标  题: [合集] 海绵钛的制备
发信站: BBS 听涛站 (Sat Oct 23 13:47:14 2004), 站内

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   pplp (到底跟谁呢。。。ft) 于  (Sat Oct 23 00:46:36 2004)  提到:

摘要：现代工艺制备海绵钛的流程包括富钛材料的制备，TiCl的制备
，提纯还原以及再次提纯的过程。其中的关键在于提纯以制备高纯钛
。

关键词：TiCl  高纯钛  海绵钛  还原  提纯

钛具有许多优异的性能：低密度，高比强，高温高强，良好的耐腐蚀
性能。在结构 金属中，它在地壳的储量位居第四，仅次于 铁、铝和
镁，大于镍、铜、铬、铅、锡和锌 储量的总和。自从18世纪发现钛金
属以来，钛金属的制备方法经历了一个漫长的发展过程。由于钛金属
在高温下活泼的化学性质，从钛金属的发现到美国杜邦公司首次制造
出海绵钛经历了150年的时间。制备方法包括Hunter法，碘化法，Kro
ll法，融盐电解法等等。现代工业制备钛一般过程如下：

富钛材料的生产

富钛材料时只有钛铁矿等经过处理后而得到含钛品位较高的物料。含
钛量（TiO2）一般大于85%Wt，主要包括人造金红石和钛渣。

粗TiCl的生产

        从热力学上讲直接还原TiO2是可行的，但是由于生产成本和其他的技
术原因限制了直接还原方法的实际应用。因此，引入了氯化工艺。氯
化工艺相比之下优势体现在：1，Cl的化学性质很活泼，因而可以用于
处理一些不宜用其他方法处理得物料，尤其适用于低品位的复合共生
矿。2，各种氯化物的性质相差很大，易于提纯分离含氯化合物，并综
合利用矿物中的有用成分。3，以金属氯化物为原料，容易选择合适的
还原剂，也适用于用作融盐电解工艺。4，氯化剂价廉易得。

        氯化工艺分为竖式电炉氯化法，融盐氯化法，沸腾氯化法。下面介绍
我国和美国，日本采用的沸腾氯化法。此种方法采用了液态技术，将
具有一定粒度分布和适宜配比的富钛材料和石油焦加入沸腾床内，氯
气以一定流速通入氯化炉，两种固态物料在氯气作用下成流化状态，
于是强化了床层的传热传质过程。同时，发生氯化反应，生成TiCl4，
与CO，CO2等气体从炉顶逸出。氯化温度为800~1000℃，生产效率最高
。

        反应方程式

精制TiCl4

采用Mg热还原法每生产一吨海绵钛大约需要4吨TiCl4，而且原料TiCl
4中杂质几乎全部富集在产品中，所以要想得到合格的海绵钛，必须首
先制备纯度较高的TiCl4。

1．     对于其中的气体杂质，可使用加热法是之从TiCl4中挥发除去。因
为大多数气体随温度升高，在TiCl4中的溶解度降低。

2．     对于固体悬浮物，除了靠重力在贮藏罐中分离外，在蒸馏过程中
，其他组分气化挥发，固体悬浮物则残留在蒸发釜中。

3．     对于高沸点杂质，通过控制蒸发釜出口温度低于高沸点杂质的沸
点或升华点，是之残留在蒸发釜内。

4．     对于低沸点杂质，采用精馏法从精馏塔顶部分离除去。

5．     对于沸点相近杂质，主要是VOCl3。由于它的沸点和TiCl4的沸点
相近，而且分离系数接近，所以，用精馏法分离比较困难，生产中往
往采用化学法或者有机物除去。其中钒比较难除去，一般采用铜法除
钒。

镁热还原

镁热还原是是在炉与炉之间进行的。这是一个放热过程。在反应中期
，不但能维持反应进行，还需散出多余的热能以维持正常温度。所以
生产需要采用鼓排风强制冷却措施。为了使TiCl4完全还原，Mg需要过
量。首先将Mg一次加入还原反应罐中，密封，转入还原炉内，在300℃
是恒温脱水，以便除去体系中的水分。当温度达到800℃开始加入TiC
l4。在反应中，充分利用反应器内有效空间，不断暴露Mg的新解表面
，利用鼓排风带走热量。通常向反应罐内充Ar气以增大罐内压力，将
熔融的MgCl2排出反应罐。由于钛在高温下很活泼，若与空气接触很容
易与氮气，氧气，水蒸气等作用。因此反应始终用惰性气体Ar保护。
由于钛是典型的过渡金属，很可能得到中间产物。如钛的低价氯化物
，所以要保证镁过量，还原罐内尽可能消除低温区。

化学反应中可能发生的反应有：

以及以下的二次反应

说明在1100k下这些反应都可能发生。就要进一步研究TiCl4与Mg和Ti
发生反应趋势的相对大小。

可见，从热力学来看，TiCl4与Mg反应的前三个反应是主要的，而TiC
l4与Ti的二次反应中的后两个反应将是次要的。

还原产物的真空蒸馏

        还原TiCl4所的产物中化学组成大致如下：55%~60%Ti，25%~35%Mg，
9%~35%Cl。此外还有少量钛的低价氯化物。

        为除去多余的Mg和MgCl2，现在多采用真空蒸馏法。分为四个阶段：


1．     第一阶段--低温脱水。在300℃恒温脱水3小时，目的在于出去拆
卸设备过程中带入的水分。因为MgCl2很容易水解，生成MgCl2.nH2O。


生成MgO易与钛作用，是钛中氧的含量增加，所以要在低温下脱水。

2．     第二阶段--水与钛作用。温度介于350℃~600℃时MgCl2的水合物
析出部分水与钛作用，导致海绵钛中杂质氧含量增加

3．     第三阶段--镁与氧化镁大量挥发的阶段。当温度为500℃，Mg已经
开始挥发。650℃时MgCl2开始挥发。这期间可除去Mg和MgCl2总量90%
~95%。在800℃时绝大多数的Mg和MgCl2挥发完毕

4．     第四阶段--高温恒温。进一步除去被束缚在毛细孔内的MgCl2，这
个需要相当长的时间，大概为整个时间70%。

收尾工作

        最后再经过一些收尾工作，即得到合格的海绵钛。

        钛的现今生产系统是劳动力和资金十分密集的系统。目前钛从矿石提
取的方法是多工序、高温批式法，钛因此十分昂贵。如何降低生产成
本仍然是一个值得探讨的问题。




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   imsorry (食堂涨价啦) 于  (Sat Oct 23 00:48:22 2004)  提到:

好像跟我的一样

【 在 pplp (到底跟谁呢。。。ft) 的大作中提到: 】
: 摘要：现代工艺制备海绵钛的流程包括富钛材料的制备，TiCl的制备
: ，提纯还原以及再次提纯的过程。其中的关键在于提纯以制备高纯钛
: 。
: 关键词：TiCl  高纯钛  海绵钛  还原  提纯
: 钛具有许多优异的性能：低密度，高比强，高温高强，良好的耐腐蚀
: 性能。在结构 金属中，它在地壳的储量位居第四，仅次于 铁、铝和
: 镁，大于镍、铜、铬、铅、锡和锌 储量的总和。自从18世纪发现钛金
: 属以来，钛金属的制备方法经历了一个漫长的发展过程。由于钛金属
: 在高温下活泼的化学性质，从钛金属的发现到美国杜邦公司首次制造
: 出海绵钛经历了150年的时间。制备方法包括Hunter法，碘化法，Kro
: ll法，融盐电解法等等。现代工业制备钛一般过程如下：
: ...................



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   pplp (到底跟谁呢。。。ft) 于  (Sat Oct 23 00:48:53 2004)  提到:

怪不得pw给分那么低
【 在 imsorry (食堂涨价啦) 的大作中提到: 】
: 好像跟我的一样




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   imsorry (食堂涨价啦) 于  (Sat Oct 23 00:49:52 2004)  提到:

字数比我的多，我就1000来字

【 在 pplp (到底跟谁呢。。。ft) 的大作中提到: 】
: 怪不得pw给分那么低




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   flymickey (gone with the wind) 于  (Sat Oct 23 00:51:16 2004)  提到:

没有发错版？
【 在 pplp (到底跟谁呢。。。ft) 的大作中提到: 】
: 摘要：现代工艺制备海绵钛的流程包括富钛材料的制备，TiCl的制备
: ，提纯还原以及再次提纯的过程。其中的关键在于提纯以制备高纯钛
: 。
: 关键词：TiCl  高纯钛  海绵钛  还原  提纯
: 钛具有许多优异的性能：低密度，高比强，高温高强，良好的耐腐蚀
: 性能。在结构 金属中，它在地壳的储量位居第四，仅次于 铁、铝和
: 镁，大于镍、铜、铬、铅、锡和锌 储量的总和。自从18世纪发现钛金
: 属以来，钛金属的制备方法经历了一个漫长的发展过程。由于钛金属
: 在高温下活泼的化学性质，从钛金属的发现到美国杜邦公司首次制造
: 出海绵钛经历了150年的时间。制备方法包括Hunter法，碘化法，Kro
: ll法，融盐电解法等等。现代工业制备钛一般过程如下：
: ...................



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   imsorry (食堂涨价啦) 于  (Sat Oct 23 00:51:45 2004)  提到:

没看版主都给b上了

【 在 flymickey (gone with the wind) 的大作中提到: 】
: 没有发错版？




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   rison (等待升阳) 于  (Sat Oct 23 00:52:11 2004)  提到:

海面钛不是钛白粉吧！
【 在 pplp (到底跟谁呢。。。ft) 的大作中提到: 】
: 摘要：现代工艺制备海绵钛的流程包括富钛材料的制备，TiCl的制备
: ，提纯还原以及再次提纯的过程。其中的关键在于提纯以制备高纯钛
: 。
: 关键词：TiCl  高纯钛  海绵钛  还原  提纯
: 钛具有许多优异的性能：低密度，高比强，高温高强，良好的耐腐蚀
: 性能。在结构 金属中，它在地壳的储量位居第四，仅次于 铁、铝和
: 镁，大于镍、铜、铬、铅、锡和锌 储量的总和。自从18世纪发现钛金
: 属以来，钛金属的制备方法经历了一个漫长的发展过程。由于钛金属
: 在高温下活泼的化学性质，从钛金属的发现到美国杜邦公司首次制造
: 出海绵钛经历了150年的时间。制备方法包括Hunter法，碘化法，Kro
: ll法，融盐电解法等等。现代工业制备钛一般过程如下：
: ...................



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   pplp (到底跟谁呢。。。ft) 于  (Sat Oct 23 00:52:50 2004)  提到:

这种东西植被出来都是粉体
【 在 rison (等待升阳) 的大作中提到: 】
: 海面钛不是钛白粉吧！




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   imsorry (食堂涨价啦) 于  (Sat Oct 23 00:54:25 2004)  提到:

主要是成分不一样

【 在 pplp (到底跟谁呢。。。ft) 的大作中提到: 】
: 这种东西植被出来都是粉体




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   rison (等待升阳) 于  (Sat Oct 23 00:59:00 2004)  提到:

海绵钛是炼钛的原材料，一般工厂都是从矿厂购进海面钛，纯度不同，价格也不同

那种灰灰的，比较轻的东西。最后制备的东西肯定包括钛白粉，不过要经过n道工序
【 在 pplp (到底跟谁呢。。。ft) 的大作中提到: 】
: 这种东西植被出来都是粉体




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   tigern (WhitePlumBlossom) 于  (Sat Oct 23 00:59:32 2004)  提到:

re

但是依然很有用

有关四氯化钛的制备是可以用于钛白粉的
【 在 rison (等待升阳) 的大作中提到: 】
: 海面钛不是钛白粉吧！




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   tigern (WhitePlumBlossom) 于  (Sat Oct 23 01:00:31 2004)  提到:

海绵钛犹如海绵铜，是游离钛的一种存在形式
【 在 rison (等待升阳) 的大作中提到: 】
: 海绵钛是炼钛的原材料，一般工厂都是从矿厂购进海面钛，纯度不同，价格也不同
: 那种灰灰的，比较轻的东西。最后制备的东西肯定包括钛白粉，不过要经过n道工序




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   aslongas (在燃烧的天空下) 于  (Sat Oct 23 01:02:34 2004)  提到:

不该在这个版出现啊……
看不懂……
【 在 pplp (到底跟谁呢。。。ft) 的大作中提到: 】
: 摘要：现代工艺制备海绵钛的流程包括富钛材料的制备，TiCl的制备
: ，提纯还原以及再次提纯的过程。其中的关键在于提纯以制备高纯钛
: 。
: 关键词：TiCl  高纯钛  海绵钛  还原  提纯
: 钛具有许多优异的性能：低密度，高比强，高温高强，良好的耐腐蚀
: 性能。在结构 金属中，它在地壳的储量位居第四，仅次于 铁、铝和
: 镁，大于镍、铜、铬、铅、锡和锌 储量的总和。自从18世纪发现钛金
: 属以来，钛金属的制备方法经历了一个漫长的发展过程。由于钛金属
: 在高温下活泼的化学性质，从钛金属的发现到美国杜邦公司首次制造
: 出海绵钛经历了150年的时间。制备方法包括Hunter法，碘化法，Kro
: ll法，融盐电解法等等。现代工业制备钛一般过程如下：
: ...................



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   rison (等待升阳) 于  (Sat Oct 23 01:03:06 2004)  提到:

海面钛是要经过提纯的吧！

自然界有单独的海面钛吗？
【 在 tigern (WhitePlumBlossom) 的大作中提到: 】
: 海绵钛犹如海绵铜，是游离钛的一种存在形式




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   tigern (WhitePlumBlossom) 于  (Sat Oct 23 01:04:29 2004)  提到:

就是这个意思

自然界没有单独存在的钛和铜

我指的意思是它们都是单质存在的意思
【 在 rison (等待升阳) 的大作中提到: 】
: 海面钛是要经过提纯的吧！
: 自然界有单独的海面钛吗？




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   oo (熔点) 于  (Sat Oct 23 01:05:02 2004)  提到:

禁止版聊

【 在 tigern (WhitePlumBlossom) 的大作中提到: 】
: 就是这个意思
: 自然界没有单独存在的钛和铜
: 我指的意思是它们都是单质存在的意思




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   tigern (WhitePlumBlossom) 于  (Sat Oct 23 01:06:46 2004)  提到:

不是版聊，是版磋，在版上磋商
【 在 oo (熔点) 的大作中提到: 】
: 禁止版聊




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   oo (熔点) 于  (Sat Oct 23 01:08:08 2004)  提到:

还板擦呢

【 在 tigern (WhitePlumBlossom) 的大作中提到: 】
: 不是版聊，是版磋，在版上磋商




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   oo (熔点) 于  (Sat Oct 23 01:08:22 2004)  提到:

你当这里是浴室 啊

【 在 tigern (WhitePlumBlossom) 的大作中提到: 】
: 不是版聊，是版磋，在版上磋商




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   amusement (7级水元素|水平一是猪) 于  (Sat Oct 23 01:22:55 2004)  提到:

海（面）钛
【 在 rison (等待升阳) 的大作中提到: 】
: 海面钛是要经过提纯的吧！
: 自然界有单独的海面钛吗？




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   amusement (7级水元素|水平一是猪) 于  (Sat Oct 23 01:58:11 2004)  提到:

你们也写？
【 在 imsorry (食堂涨价啦) 的大作中提到: 】
: 好像跟我的一样