Ti考试资料
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• （2）高品位钛渣：含TiO2 85-95%、FeO 3-4%，供氯化法生产TiCl4和氯化生产人造 金红石。
• 3.1.2 采用氯化冶金的原因与氯化冶金特点
• 1、采用氯化冶金的原因
• 由于直接还原TiO2制取氧含量达到标准的 金属钛相当困难，如用Li、Mg、Ca、Ba、 Al尽管从热力学上说这五种还原剂可以将 TiO2还原，但由于生产成本和其他技术条 件限制了这些方法的实际应用。正因为 TiO2直接还原法难实现大规模的工业生产， 所以，才迫使人们将氯化工艺引入钛提取 冶金生产过程。
• 若尾气中Pco: Pco2＝1:1，则理论配碳比应为20 ％，在实际中沸腾氯化生产中配碳比一般接近30 ％（质量系数）。这是因为在生产中除TiO2外， 还有低价氧化物和其他杂质及机械损失等。
• 4.1.2 杂质分类 • 1、总体分类 • 按照物理状态可将粗TiCl4中的杂质分为以
下四类：
• 既气态杂质、液态杂质、固态杂质、悬浮 于TiCl4中的固态颗粒。
• ③以金属氯化物为原料，容易选择合适的还原剂
• ④氯化剂价廉易得。
它的缺点是氯化剂腐蚀性强，容易侵蚀设备、恶 化劳动条件并污染环境。
3.1.3 加碳氯化反应
• 制分备为TTiiCOl24。无论TiO选2用—何—种C钛l2系矿的物直料接，氯其化主反要应有为价：成
• TiO2 + 2Cl2 TiCl4 + O2
• 1、竖式电炉氯化
• 竖式电炉氯化又分为：固定床竖炉氯化 （属间歇式作业）和连续式竖炉氯化
• 2、融盐氯化 • 3、沸腾氯化 • 沸腾氯化是将流态化技术应用于TiCl4的生
产过程。现遵义钛厂就是用该法生产TiCl4 （日本、美国也用此法）。
• 3、配碳比：
• 按照总氯化反应方程式：
• TiO2 + (1+)C + 2Cl2 = TiCl4 + (1-)CO2 + 2CO • 可由尾气中CO和CO2的分压确定 • =(Pco/2)／(Pco/2 + Pco2) • 若TiO2量为1mol，则理论配碳比为（1+）mol
1.2 钛及其合金的主要物理化学性质
• 1.2.1 钛的物理性质 • A晶体结构
金属钛具有两种同素异形态，低温<882.5℃， 稳定态为-Ti，密排六方晶系，高温 >882.5℃，稳定态为-Ti型，体心立方晶系。
196 %N2 158 %O2 45 %C 20 %Fe 57
• B硬度 • 硬度，通常是用来衡量钛质量好坏的综合指标。
的铁成分，提高原料中钛的品位。 • （2）TiCl4的生产 • 这一步的目的：是将钛由氧化物形态转变为氯化
物形态，包括氯化过程和精TiCl4的精制过程。 • （3）TiCl4的还原 • 这一步是将钛由化合物还原为金属钛的过程，在
钠法和克劳尔法中，所用还原剂为金属Na和Mg， 在融盐电解法中，这一步是钛离子在阴极上实现 的电化学反应。
• ①Fe2O3含量高，即FeO/Fe2O3 比值小，
• ②结构松散，脉石含量较少，可选 性好，精矿品位高，
• ③含有较高的MnO，所以海（河） 滨砂矿是钛矿产品的主要来源。
• 1.1.7 生产钛的三大步骤，两循环 • 一）三大步骤 • 无论是镁法、钠法还是融盐电解法生产金属钛的
过程都包括下述三个主要步骤： • 富钛料的制取 • 这一步骤的主要目的：在于尽可能除去钛铁矿中
• 二）两个循环
• 在克劳尔法生产海绵钛流程中有两个重要 的循环。这两个循环可以降低生产成本 （最高效地利用还原剂镁和氯化剂氯气） 并减轻环境污染。
• （1）镁循环
• 镁循环有内循环和外循环之别。
• （2）氯循环
• 融盐电解氯化镁在阴极上得到Cl2，将这部 分Cl2返回氯化工序，实现闭路流程，这在 钛冶金工业中称为氯循环。
（3-1）
• ΔGT°= 184300 – 58T (409 – 1940K)
• 为降低反应自由能，使ΔGT° <0，必须向系统里 不断地通入氯气和不断地排出TiCl4和氧气，直接 氯化方能实现。但是这要消耗大量的氯气，而且
氯气的利用率很低，在经济上是不可取的。
• 3.1.4 氯化工艺简介
• 根据氯化床层或反应介质的特性可将高钛 渣的氯化工艺分为三大类。
• 这类矿床的主要矿物是：钛铁矿、钛 磁铁矿和钒钛磁铁矿、赤铁矿，而金 红石矿很少。岩矿的特点是：① FeO/Fe2O3比值高，②脉石含量高， 结构致密，可选性差，不易将TiO2与 其他成分分离，所以选矿回收率较低， 精矿品位亦较低，有些原生矿至今还 未被使用。③产地集中，储量大，可 大规模开采。
• 钛砂矿的特点是：
硬度越大，杂质含量越高，其质量就越差。 • 不同的杂质对钛硬度的影响是不相同的，对钛硬
度影响最大的是氮（N）、氧（O）、碳（C）， 其次是铁（Fe）、钴（Co）、硅（Si）等。 • 海绵钛的硬度与其杂质含量的关系，布劳斯按统 计规律得出如下经验公式：
• HB=196(%N2)0.5 +158(%O2)0.5 + 45(%C)0.5 +20(%Fe)0.5 + 57
• A、气态杂质——主要包括溶解于粗TiCl4的 O2、N2、CO、CO2、Cl2、COCl2、COS、 HCl等气态杂质。
• B、液态杂质——除包括原料中杂质氯化产生的 无机物外，还包括一些固态碳质还原剂与Cl2作用 生成的有机物。如SiCl4、VOCl3、CCl4、CCl3、 COCl2、Si2OCl6、S2Cl2、SnCl4、Si2Cl6、PCl3、 CSCl2、SOCl、SCl2、CH2Cl、 CHCl2COCl、 CCl3COCl等液态杂质。
• 2、氯化冶金的特点
• 概括地说，氯化冶金工艺具有下列特点：
• ①Cl2的化学性质活泼，对原料的适应性强， 因而可以用氯化冶金法处理一些不易用其 他方法处理的物料，尤其适宜于处理低品 位复合共生矿。
• ②各种氯化物的物化性质相差较大，易于 提纯、分离氯化产物，并综合利用矿物中 各种有价组分；作业温度较其他火法冶金 低。
• 或者： •Βιβλιοθήκη BaiduHB=
• （10）氢氟酸（及其氟化氢气体） 与钛激烈反应，生成TiF3(或TiF4)， 这也是钛的最强溶剂。
• 钛对人体呈生物惰性。
• 通常把TiO2含量 > 85%的产品称为高品位 钛渣简称高钛渣。
• TiO2含量 < 85%的产品称为低品位钛渣简 称钛渣。
• （1）低品位钛渣：含TiO2 70-78%、FeO 8-12%，具有很好的酸溶性，又称酸溶性钛 渣，供硫酸法生产钛白。
• 3.1.2 采用氯化冶金的原因与氯化冶金特点
• 1、采用氯化冶金的原因
• 由于直接还原TiO2制取氧含量达到标准的 金属钛相当困难，如用Li、Mg、Ca、Ba、 Al尽管从热力学上说这五种还原剂可以将 TiO2还原，但由于生产成本和其他技术条 件限制了这些方法的实际应用。正因为 TiO2直接还原法难实现大规模的工业生产， 所以，才迫使人们将氯化工艺引入钛提取 冶金生产过程。
• 若尾气中Pco: Pco2＝1:1，则理论配碳比应为20 ％，在实际中沸腾氯化生产中配碳比一般接近30 ％（质量系数）。这是因为在生产中除TiO2外， 还有低价氧化物和其他杂质及机械损失等。
• 4.1.2 杂质分类 • 1、总体分类 • 按照物理状态可将粗TiCl4中的杂质分为以
下四类：
• 既气态杂质、液态杂质、固态杂质、悬浮 于TiCl4中的固态颗粒。
• ③以金属氯化物为原料，容易选择合适的还原剂
• ④氯化剂价廉易得。
它的缺点是氯化剂腐蚀性强，容易侵蚀设备、恶 化劳动条件并污染环境。
3.1.3 加碳氯化反应
• 制分备为TTiiCOl24。无论TiO选2用—何—种C钛l2系矿的物直料接，氯其化主反要应有为价：成
• TiO2 + 2Cl2 TiCl4 + O2
• 1、竖式电炉氯化
• 竖式电炉氯化又分为：固定床竖炉氯化 （属间歇式作业）和连续式竖炉氯化
• 2、融盐氯化 • 3、沸腾氯化 • 沸腾氯化是将流态化技术应用于TiCl4的生
产过程。现遵义钛厂就是用该法生产TiCl4 （日本、美国也用此法）。
• 3、配碳比：
• 按照总氯化反应方程式：
• TiO2 + (1+)C + 2Cl2 = TiCl4 + (1-)CO2 + 2CO • 可由尾气中CO和CO2的分压确定 • =(Pco/2)／(Pco/2 + Pco2) • 若TiO2量为1mol，则理论配碳比为（1+）mol
1.2 钛及其合金的主要物理化学性质
• 1.2.1 钛的物理性质 • A晶体结构
金属钛具有两种同素异形态，低温<882.5℃， 稳定态为-Ti，密排六方晶系，高温 >882.5℃，稳定态为-Ti型，体心立方晶系。
196 %N2 158 %O2 45 %C 20 %Fe 57
• B硬度 • 硬度，通常是用来衡量钛质量好坏的综合指标。
的铁成分，提高原料中钛的品位。 • （2）TiCl4的生产 • 这一步的目的：是将钛由氧化物形态转变为氯化
物形态，包括氯化过程和精TiCl4的精制过程。 • （3）TiCl4的还原 • 这一步是将钛由化合物还原为金属钛的过程，在
钠法和克劳尔法中，所用还原剂为金属Na和Mg， 在融盐电解法中，这一步是钛离子在阴极上实现 的电化学反应。
• ①Fe2O3含量高，即FeO/Fe2O3 比值小，
• ②结构松散，脉石含量较少，可选 性好，精矿品位高，
• ③含有较高的MnO，所以海（河） 滨砂矿是钛矿产品的主要来源。
• 1.1.7 生产钛的三大步骤，两循环 • 一）三大步骤 • 无论是镁法、钠法还是融盐电解法生产金属钛的
过程都包括下述三个主要步骤： • 富钛料的制取 • 这一步骤的主要目的：在于尽可能除去钛铁矿中
• 二）两个循环
• 在克劳尔法生产海绵钛流程中有两个重要 的循环。这两个循环可以降低生产成本 （最高效地利用还原剂镁和氯化剂氯气） 并减轻环境污染。
• （1）镁循环
• 镁循环有内循环和外循环之别。
• （2）氯循环
• 融盐电解氯化镁在阴极上得到Cl2，将这部 分Cl2返回氯化工序，实现闭路流程，这在 钛冶金工业中称为氯循环。
（3-1）
• ΔGT°= 184300 – 58T (409 – 1940K)
• 为降低反应自由能，使ΔGT° <0，必须向系统里 不断地通入氯气和不断地排出TiCl4和氧气，直接 氯化方能实现。但是这要消耗大量的氯气，而且
氯气的利用率很低，在经济上是不可取的。
• 3.1.4 氯化工艺简介
• 根据氯化床层或反应介质的特性可将高钛 渣的氯化工艺分为三大类。
• 这类矿床的主要矿物是：钛铁矿、钛 磁铁矿和钒钛磁铁矿、赤铁矿，而金 红石矿很少。岩矿的特点是：① FeO/Fe2O3比值高，②脉石含量高， 结构致密，可选性差，不易将TiO2与 其他成分分离，所以选矿回收率较低， 精矿品位亦较低，有些原生矿至今还 未被使用。③产地集中，储量大，可 大规模开采。
• 钛砂矿的特点是：
硬度越大，杂质含量越高，其质量就越差。 • 不同的杂质对钛硬度的影响是不相同的，对钛硬
度影响最大的是氮（N）、氧（O）、碳（C）， 其次是铁（Fe）、钴（Co）、硅（Si）等。 • 海绵钛的硬度与其杂质含量的关系，布劳斯按统 计规律得出如下经验公式：
• HB=196(%N2)0.5 +158(%O2)0.5 + 45(%C)0.5 +20(%Fe)0.5 + 57
• A、气态杂质——主要包括溶解于粗TiCl4的 O2、N2、CO、CO2、Cl2、COCl2、COS、 HCl等气态杂质。
• B、液态杂质——除包括原料中杂质氯化产生的 无机物外，还包括一些固态碳质还原剂与Cl2作用 生成的有机物。如SiCl4、VOCl3、CCl4、CCl3、 COCl2、Si2OCl6、S2Cl2、SnCl4、Si2Cl6、PCl3、 CSCl2、SOCl、SCl2、CH2Cl、 CHCl2COCl、 CCl3COCl等液态杂质。
• 2、氯化冶金的特点
• 概括地说，氯化冶金工艺具有下列特点：
• ①Cl2的化学性质活泼，对原料的适应性强， 因而可以用氯化冶金法处理一些不易用其 他方法处理的物料，尤其适宜于处理低品 位复合共生矿。
• ②各种氯化物的物化性质相差较大，易于 提纯、分离氯化产物，并综合利用矿物中 各种有价组分；作业温度较其他火法冶金 低。
• 或者： •Βιβλιοθήκη BaiduHB=
• （10）氢氟酸（及其氟化氢气体） 与钛激烈反应，生成TiF3(或TiF4)， 这也是钛的最强溶剂。
• 钛对人体呈生物惰性。
• 通常把TiO2含量 > 85%的产品称为高品位 钛渣简称高钛渣。
• TiO2含量 < 85%的产品称为低品位钛渣简 称钛渣。
• （1）低品位钛渣：含TiO2 70-78%、FeO 8-12%，具有很好的酸溶性，又称酸溶性钛 渣，供硫酸法生产钛白。