钛冶金期末复习

1.钛的生产方法：镁还原----真空蒸馏法。

2.目前MD法被公认为最有竞争力的工艺，传统的SL法和ML法已被淘汰。

3.钛被人们用于日常生活是因为钛及钛合金具有：质轻、强度高、耐腐蚀并兼有外观漂亮等综合性能。

4.具有开采价值的钛矿床可分为：岩矿床和砂矿床两大类。

5.对钛铁矿富集方法：目前工业上广泛应用的有，电炉熔炼法、酸浸法、还原锈蚀法。

其中电炉熔炼法的产品是钛渣。

其他方法的产品是人造金红石。

高钛渣主要用于焙烧成人造金红石和流态化氯化生产四氯化钛。

低品味的钛渣用于硫酸法生产钛白。

也称酸溶性钛渣。

6.熔炼高钛渣的有害杂质主要有硫和磷。

7.从工艺和经济的合理考虑应选择活性高、电导率低、灰分低、挥发分低、含硫量低和廉价的还原剂。

8.常用的氯化剂：（1）采用氯化焙烧法制取ticl4氯化剂为氯气。

（2）氯化浸出制取人造金红石使用nh4cl4、hcl和fecl3等。

9.不正常流态化包括：沟流和腾涌。

10.制取四氯化钛有流态化氯化、熔盐氯化和竖炉氯化三种氯化方法。

11.实践中可以用排出炉渣的颜色来检验配碳比是否正确，当炉渣颜色呈灰色时，说明采用的实际配碳比正合适。

当炉渣颜色呈黄色时，说明采用的实际配碳比大了。

当炉渣颜色呈黑色时，说明小了。

12.除高沸点杂质的方法是蒸馏法，除低沸点杂质的方法是精馏法。

13.精制除钒的目的不仅是为了脱色也为除氧。

14.金属镁的工业生产方法有：mgcl2熔融盐电解法和mgo的热还原法两种。

15.镁的精炼工业方法有：溶剂再熔法和蒸馏法。

16.产品硬度既是杂质含量的综合指标也是质量的综合指标。

17.真空熔炼的方法有电弧熔炼、电子束熔炼和等离子体熔炼。

18.钛白颜料主要用于涂料、油墨、塑料、造纸、化纤和橡胶等工业部门。

19.生产钛白的六大环节有：钛液的制备、钛液的水解、偏钛酸的净化、偏钛酸的前处理和煅烧、二氧化钛的粉碎和后处理。

20.钛的化合物分为：钛的简单化合物、钛的络合物。

其中钛的简单化合物包括酸化物、盐类、金属间化合物。

名词解释：
1.高钛渣：tio2含量大于90%的产品称为高品位渣，简称高钛渣。

低钛渣：tio2含量小于90%的产品称为低钛渣。

2.造渣：炉料融化后，炉体的FeO含量通常为8%---10%,仍需将炉体内残留的FeO 进一步还原，称为造渣。

氯化：将氯气或含氯化合物在一定温度下与金属或金属化合物碳化物或其他化合物反应生成氯化物的反应。

3.氯化冶金：往物料中添加氯化剂使欲提取的金属成分转变为氯化物，为制取纯金属做准备的冶金方法。

4.流态化：利用流动流体的作用将固体颗粒群悬浮起来而使固体颗粒具有某些流体表现特征，从而强化气固间或液固间的接触过程。

5.沟流：当固体物料颗粒间粘结，使气体在床层的固体粘结块旁通过。

腾涌：当流态化层内的气泡逐渐汇合长大甚至气泡直径可以接近反应器直径时，床层上部物料呈活塞状向上运动，物料到达某一高度的气泡崩裂又坠下。

6.钛坨：还原产物海绵钛在真空蒸馏过程中经长期的高温烧结，逐渐致密化毛细孔逐渐缩小，树枝状结构消失，最后呈陀状整块。

7.真空冶炼：在低于常压下进行的特殊冶金工艺。

8.钛白：二氧化钛俗称钛白，是一种重要的化工产品，是当今最佳的一种百色颜料。

简答题：
1、TiCl4的物理性质：常温下四氯化钛是无色透明液体，在空气中冒白烟，具有
强烈的刺激性气味TiCl4呈单分子存在，偶极距为0，不导电，TiCl4是共价键化合物，固体TiCl4为白色晶体，属于单斜晶系。

TiCl4化学性质：TiCl4是共价键的化合物，它的热稳定性很好，在2500K下仅有部分分解，只有在5000K高温下才能完全分解为钛和氯，但是TiCl4是很活泼的化合物它可以和许多金属、气体、卤素、卤化物、水、硫、氧化物、硫化物、含氢化合物和有机物等元素或化合物反应。

2、钛的性质：
物理性质：金属钛具有两种同素异形态，低温（<882.5℃）稳定态为α型，密排六方晶系；高温稳定态为β型，体心立方晶系。

导热性较差，比不锈钢略低；导电性能较差，近似于不锈钢，具有起导性，是顺磁性物质；钛表面氧化膜对钛的光反射能力影响很大，氧化膜的存在显著降低其对可见光的反射能力，对紫外光的反射能力影响较小；钛具有可塑性。

化学性质：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；过渡元素、氢、铍、硼族和氮族元素与钛生成金属间化合物和有限固溶体；锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外）、锕、钍等不与钛发生反应或基本不发生反应。

3、TiCl4在工业中的用途：生产金属钛的原料; 生产钛
白的原料；生产三氯化钛的原料；生产钛酸醋及其衍生物等钛有机化合物的原料；生产聚乙烯和三聚乙醛的催化剂也是生产聚丙烯及其它烯烃聚合催化剂的原料；发烟剂。

此处还可用于陶瓷玻璃、皮革和纺织印染等工业。

4、TiCl3的物理性质：通常在高温下还原TiCl4 所制取的是α型，烷基铝
还原TiCl4得到的是β型TiCl3。

铝还原TiCl4得到的是γ型α。

将r型TiCl3研磨的到δ型。

TiCl3。

5、硫和磷是熔炼高钛渣的有害杂质在熔炼过程中二者的去向：硫：一部分以硫
化物形式挥发逸出；一部分进入渣中；另一部分进入金属相。

磷：小部分在熔炼过程中挥发；大部分进入金属相；另一部分进入渣相。

6、氯化冶金的特点：优点：（1）对原料的适应性强，甚至能处理成分复杂的贫矿；（2）作业温度较其它火法冶金低；（3）物料中的有价成分分离效率高综合利用好。

缺点：氯化剂腐蚀性强易侵蚀设备，恶化劳动条件并污染环境。

7、冷凝TiCl4的原理：经过初步除尘的炉气，含有较多的CO、CO2、Cl2、HCl
等气体，常采用冷凝法使有价成分TiCl4气体和他们分离。

大多数气体杂质的凝固点都很低，唯TiCl4较高。

采用冷凝的方法在常温下或比常温稍低的温度下，使炉气中的TiCl4气体冷凝成液态，而其它气体则从尾气中逸出，从而达到分离的目的。

8、TiCl4精练中气体杂质容易除去的原因：大部分气体杂质在TiCl4的溶解度不
大，并随温度的升高而降低，在沸腾时容易从中逸出，所以容易除去气体杂
质。

9、四氯化钛精炼中铜丝除钒的机理：TiCl4与铜反应生成中间产物CuCl-TiCl3后
者还原生成不溶性的沉淀。

TiCl4 + Cu = CuCl-TiCl3
CuCl-TiCl3 + VOCl3 = VOCl2 + CuCl + TiCl4
影响因素是水，加入水可以使TiCl4发生部分水解生成TiOCl2，在有AlCl3存在时，可将重新转化为TiCl4。

10、还原制取海绵钛的原理：镁还原TiCl4 的主要反应为：TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
从热力学观点来看，温度越低，还原反应自发进行的倾向性越大。

还原过程包括：TiCl4 液体的气化→气体TiCl4 和和液体Mg的为扩散→TiCl4和Mg分子吸附在活性中心→在活性中心上进行化学反应→结晶
核成核→钛晶粒长大→MCl2脱附→MCl2外扩散
其中关键步骤时结晶成核。

11、真空电耗熔炼的原理和工艺过程
原理：真空自耗电弧熔炼是在压或惰性气氛中，钛电极棒在直流电弧的高温作用下迅速熔化并在水冷铜坩埚内再凝固的过程。

过程的实质是借助于直流电弧的热能把已知化学成分的金属自耗电极在低压或在惰性气氛中进行重
新熔炼。

在钛的真空自耗电极熔炼中，发生了熔化和凝固两个可逆的相变过程。

工艺流程：熔化→液态金属的扩散→凝固
12、钛白的分类：（1）颜料钛白、（2）非颜料钛白。

非颜料钛白：（1）搪瓷
钛白、（2）电焊条钛白、（3）冶金钛白、（4）电子陶瓷钛白、（5）纳米钛白。

13、废气的处理方法：第一步：必须经湿法净制处理，即用排风机将废气送如净
制设备内，哟暖和水喷淋洗涤。

地二步：必须进一步除氯。

方法有：（1）排出的废气的氯气浓度低时常用石灰乳Ca( OH )2 喷淋。

二者反应生成Ca ( ClO )2（2）排出的废气的氯气浓度低，但尾气量大时常常采用NaOH和Na2CO3喷淋（3）排出的废气的氯气浓度大，但尾气量小时可用FeCl2喷淋吸收。

附加：
1金红石是一种黄色至红棕色的矿物，其主要成分是TiO2，还含有一定量的铁、铌和钽。

铁是由于它与钛铁矿共生的结果。

2钛铁矿理论分子式为FeTiO3，其中TiO2理论含量为52.63％。

但钛铁矿的实际组成是与其成矿原因和经历的自然条件有关。

可以把自然界的钛铁矿看成是FeO-TiO2和其他杂质氧化物组成的固溶体。

3从钛铁矿到海绵钛的工艺流程：
钛铁矿→采矿→选矿→钛精矿→富集→富钛料→氯化→粗TiCl4 →精制→纯TiCl4 →镁还原→海绵钛
富集: 还原熔炼氯化: 加碳氯化精制: 精馏+蒸馏+除钒镁还原: 镁还原+蒸馏除镁
富集含钛物的原因：减少其它原料消耗，降低生产成本；减轻后续分离、净化和处理副产物工序的负担，简化工艺过程；增大设备单位容积的产能。

4还原熔炼法：以无烟煤或石油焦为还原剂，在1600～1800℃高温下还原熔融的
钛铁矿。

由于密度不同，渣相浮在上面，熔融铁水位于下面。

主要方程式: FeTiO3+C(CO)=Fe+TiO2+CO(CO2)
优点：工艺简单，副产品金属铁可以直接应用，不产生固体和液体废料，电炉煤气可以回收利用，三废少，工厂占地面积小，是一种高效的冶炼方法。

缺点：主要是分离除铁，除去非铁杂质能力差，耗电量大，限于电力充足地区使用。

5还原熔炼的三个温度区间：电炉还原熔炼钛铁矿的最高温度约达2000K。

从热力学上这些反应均可进行；并随温度的升高，反应的倾向均增大。

~1500k ：固相反应；主要是氧化铁被还原为铁，TiO2还原很少
1500k～1800k：液相还原反应，除氧化铁被还原为铁，部分TiO2还原为低价氧化钛
1800k~：TiO2还原为低价氧化钛的量增加，并生成TiC和Ti-Fe合金
6采用氯化冶金的原因：因为TiO2直接还原法无法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。

氯化反应过程中加碳的原因：在900℃时，在没有还原剂存在的条件下，氯气和TiO2的反应的△Gө=115kJ。

因此，在标准状态下无还原剂时，以及在氯化作业温度范围内，TiO2与Cl2不可能自发反应生成TiCl4。

但是在加入还原剂C的情况下，反应△Gө<0，反应在标准状态下可以自发进行。

7熔盐氯化的特点：适用于CaO, MgO 含量高的富钛料。

产物杂质少，产物中TiCl4分压高产生废盐，增加了“三废”处理的负担
8粗制四氯化钛中的杂质分类以及处理方法：气体杂质可以采取加热的方法使之从TiCl4中挥发除去。

固体悬浮物在蒸馏过程中，残留在蒸发釜内。

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，使之残留在蒸发釜内。

（蒸馏法）
低沸点杂质采用精馏法从精馏塔顶部挥发除去。

（精馏法）
沸点相近的杂质VOCl3采用化学或者用有机物处理法除去。

9精馏法原理：来自塔釜的蒸气进入精馏塔后上升，并与来自塔顶的回流液相遇，发生传热、传质作用。

挥发性较小的TiCl4将逐渐被富集于液相，相反，挥发性较大的SiCl4则在上升气相中逐渐增浓。

只要塔板级数足够多，就可以实现TiCl4与低沸点杂质相分离的目的。

10镁还原反应：(1/2)TiCl4+Mg=(1/2)Ti+MgCl2
排出MgCl2的目的：1.使海绵钛表面始终处于裸露状态；2.有效利用罐的容积11采用真空蒸馏的原因：降低沸点提高挥发速度防止生成Ti－Fe合金。