高纯钛粉生产工艺

高纯钛粉生产工艺

一、国际钛粉公司为了进一步完善阿姆斯特郎工艺技术，日前对此技术进行了工业试验。这一技术采用把 TiCl4 蒸气喷射到流动钠流中，通过反应生成纯钛金属，混合的氯化物蒸气可以用来反应生成钛合金粉末。

二、等离子氢还原法此法为美国等离子骤冷技术公司发明用等离子氢还原,可制得高纯亚微米级钛粉或氢化钛粉。

三、连续熔盐流法该法由美国矿务局奥尔巴尼实验室研究成功在连续搅拌的反应器中, 由nacl运载的ticl2流与由nacl运载的钠流反应生成钛, 用倾析法或酸洗法除去残余的盐, 制得高纯钛粉

四、气相还原法①奥尔巴尼实脸室研究出的工艺在充有氩气的反应器中，加热至1000℃ , 泵入ticl4使其呈气态, 将镁蒸汽由氩气运载进入反应器, 反应生成钛和氯化镁, 分离后制得高纯钛粉②英国NKR公司的专利技术将熔融还原剂钠、镁等于100--900℃连续落入反应器, 鼓入650--900℃的气体使还原剂雾化, 通过雾化还原剂与气体之间的反应, 生成还原产物和含还原产物的钛粒, 分离后除去钛粒中的还原产物制得钛粉。

五、气体雾化法日本住友公司开发的这一新法, 是在高频感应螺旋管内将棒状海绵钛熔化, 喷入高压氩气, 制得高纯钛微粉。其价格低廉基本上与铝粉价格相近。据称, 这种钛粉可用冷静压成型。

六、杜邦公司开发成功了能够以低成本获得高纯度钛粉的新生产工艺。新工艺通过从原矿石提炼的四氯化钛（TiCl4）和二氧化钛

（TiO2）来生产钛粉。与原来通过从四氯化钛提炼的海绵钛来生产钛锭及钛坯的金红石法相比，具有生产工艺简单、可使用廉价原矿石等优点。

原有生产工艺是在利用原矿石、氯及焦炭生产出四氯化钛后，再加入氧来获得二氧化钛。这种方法称为氯法。新的钛粉生产工艺在原有四氯化钛的生产工艺中结合了新开发的生产工序。杜邦公司在采用这种方法时原矿石使用的是纯度较低的钛铁矿。结果，与原来用采高纯度钛铁矿来生产钛的方法相比，成本只有不到其1/3。新工艺将力争在2010年投入使用。

低成本钛粉的冶金方法

钛粉的冶金方法能够在低成本下生产近实际形状的部件。但至今,钛工业却处于进退两难的境地:若使用低成本的海绵钛细粉,则其含有的氯化物会导致它的性能(特别是抗疲劳性)较差; 若使用预制合金钛粉( prealloyed powders) ,则成本较高。几年前,一个试验厂采用电解法生产了氯化物含量小于150 ×10 - 4 %的海绵钛细粉。最近,人们对通过更加优化的工艺用这种方法生产海绵钛重新产生了兴趣。目前,氯化物含量小于10 ×10 - 4 %的工业纯(CP)钛粉可以通过破碎氢化钛锭后再脱氢制取。本文论述了采用金属氢化还原法(MHR)生产钛粉的工艺特征,这种方法是与俄亥俄州ADMA 产品公司一起在俄罗斯开发的。该方法中,使用了机械合金(MA) 粉来诱发化学反应以实现在低温、低成本下生产钛粉。

用氧化钛生产钛的传统工艺是个复杂过程,其中包括氧化物转化为氯化物和将氯化物还原成金属钛的过程。通常, 海绵钛是在800 ℃以上,用镁还原TiCl4 制取的。浸出这种副产品MgCl2 ,可以得到氯化物含量不大于1500 ×10 - 4 %的海绵钛。该方法生产的钛之所以成本高是因为它的能耗高、高温涉及的一些问题以及除去MgCl2 的难度比较大。如果钛能够直接从TiO2 中还原出来,那么其生产成本就可以降低。这种还原反应的可行性在以前已有过证明。目前所知道的工业还原氧化物的可行的方法就是高温下(1100 ℃) 的MHR 工艺。其反应式如下:

TiO2 + Ca2H2 →Ti + 2CaO + H2 ⑶

MHR 工艺通过一次反应生产不含氯化物的钛粉。反应式⑶表明:如果该反应能够在低温下进行,就有形成TiH2 的可能性(此时TiH2是稳定的) 。Idaho 大学对这个项目的研究有两个目的:一是论述高温下生产钛粉的特征;二是开发低温下用CaH2 还原TiO2 的生产工艺。

在目前所知道的生产优质钛粉的工艺中,俄罗斯开发的用CaH2 在1000～1100 ℃还原TiO2 的技术是最经济的。美国也试图采用这项技术。因此若能开发出一种更先进的、低成本的生产细钛粉技术将极具吸引力。目前的工作清楚地表明: 通过MA 技术,在低温下可以实现TiO2 的还原。与俄罗斯的高温工艺相比,同时使用MA 和低温热处理技术生产细钛粉的成本更低。采用MA 技术生产的细钛粉的成本将低于5 美元,而俄罗斯钛粉的成本为12 美元,世界其他地方的钛粉成本,根据其质量的不同,从8 美元到200 美元不等。成功地合成低

成本钛粉将为粉末冶金公司及投资商开辟许多良好的发展机会。俄罗斯ADMA 公司通过TiO2 与CaH2 的还原反应生产出了预制合金钛粉和工业纯钛粉。Idaho 大学和美国ADMA 的研究人员共同对通过反应⑶制取的粉末制品制行了评估。结果表明:该反应是在1100～1200 ℃下进行的。为了生产预制合金粉,在反应中使用了TiO2 与母合金粉的混合物。由于用这种方法生产钛粉不需制备四氯化钛,因此,钛粉中氯化物含量很低。

低温下用CaH2 还原TiO2 :最近,McCormik 等人证明了通过机械化学处理,可以在室温下直接用镁还原TiCl4 。这是机械合金(MA) 通过固态反应向化学精炼的发展。其机理是:MA 球形颗粒在粒磨过程中,把相互撞击产生的能量传递给了反应物。因此,采用这种方法,高温下的固态反应可以在低温完成。MA 技术的另一个优点就是对细钛粉粒度的控制。我们也用类似的方法用CaH2还原了TiO2 。

未来的发展趋势

为了把目前从实验室开发的技术应用到工业上,还需要做以下五个方面的工作:

⑴必须把该工艺中反应物的试验规模从目前的几克增大到100 克,并在核内着后研究解决因反应量增加而产生的有关问题。

⑵开发出控制氢化钛粉粒度的实验技术,使其在浸出期间的活性最小。

⑶优化工艺参数,进一步降低能量。

⑷改进浸出工艺和核内现有的粉末处理设施,使污染减少到最小。