钛的冶炼

金属钛的冶炼

更新时间:2013/04/25 10:57:25 浏览次数: 2957

金属钛的冶炼：

钛在地壳中的含量十分丰富，按丰度值算占第九位。解放前，我国的钛锆铪冶炼工业是空白，虽然资源丰富，但未得到利用。解放后，开始建立我国的钛锆铪冶炼和加工工业，适应了我国尖端技术和相关工业部门对这些金属和化合物的需要。现在，我国的钛锆铪工业都在积极发展中。化学性质

钛位于元素周期表中第四周期第IV副族，原子序数为22。钛的化学性质相当活泼，可与很多元素反应或形成固溶体。主要物理性质，熔点；钛的熔点为1660℃。沸点钛的沸点为3302℃。超导性，耐蚀性：不锈钢；机械性质

纯钛的机械强度比铁大一倍，比铝大5倍。钛具有可塑性，钛合金在航天航空工业上的应用，钛具有质轻、强度高，耐热、耐低温性能。钛合金在化工、冶金上的应用：钛的耐蚀性能好，日常生活领域，钛和钛合金具有质轻、强度高、耐腐蚀并兼有外观漂亮等综合性能。人造关节，假肢。超导材料，钛镍合金具有形状记忆功能，在镍含量xNi为49.5%～51.5%的组成范围内，xNi每变化0.01，相变温度约变化10℃。钛镍合金还具有超弹性，它的耐磨性能也很优异。钛铁合金具有储氢功能，FeTi合金的吸放氢气可在接近常温﹑常压条件下进行，而且，储氢容量也很大。钛铌合金具有超导性，

钛在地壳中的丰度为0.56％，按元素丰度排列居第九位，仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁。钛属于典型的亲岩石元素，存在于所有的岩浆岩中。钛的分布极广，遍布于岩石、砂土、粘土、海水、动植物，甚至存在于月球和陨石中。钛的化学活性很强，所以自然界中没有钛的单质存在，总是和氧结合在一起。在矿物中，钛以氧化物（金红石）形式和钛酸盐形式存在，钛还经常与铁共生（钛铁矿）。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。由于Ti4+与Ni+、Ta5+ 离子的相似性，铌和钽常伴生在钛矿石中。93％～98％，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。40％～60％。

岩矿床是原生矿，这里是指块状钛矿床，属于岩浆分化矿床，主要矿物是钛铁矿，金红石很少。岩矿产地集中，贮量大，可大规模开采，但岩矿的结构致密，脉石含量高，可选性差，精矿的TiO2品位一般在44％～48％之间，且选矿的回收率较低；由于岩矿的可选性差，目前世界上许多岩矿仍未被利用。钛砂矿床是次生矿，属沉积矿床，它来自岩矿床，由于海浪和河流带到各地，在海岸和河滩附近沉积成砂矿，矿物结构比较疏松，且矿物颗粒较大，脉石含量较少，选矿后金红石精矿TiO2品位可达96％，钛铁矿精矿TiO2品位可达50％～60％；但砂矿钛铁矿往往含有较高的MnO。

用钛精矿生产海绵钛

工艺可分为三大步骤：（1）富钛料的制取，（2） TiCl4的制备（粗TiCl4的制备以及纯TiCl4的制备）（3） TiCl4的还原

从采矿到制成钛材的工艺

钛矿→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→熔铸→钛锭→加工→钛材或钛部件

富集: 还原熔炼氯化: 氯化冶金精制: 精

馏镁还原: 镁还原+蒸

馏

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。TiO2直接还原法无法实现大规模的工业生产。金属钙、镁、锂、锰和钡等，它们都可把TiCl4还原成金属钛。氯化物容易实现金属的分离、富集、提取和精炼，在稀有金属冶炼中有广泛应用。能满足△GoMeClx<△GoTiCl4的活性金属比较多，有钾、钠。

钛铁矿富集方法概述

富钛料：由钛铁矿等精矿（含二氧化钛43％～60%）经处理后获得的钛品位较高的物料（含二氧化钛80％～85%），主要包括人造金红石和高钛渣。

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。生产工艺分类：火法：还原熔炼法、选择氯化法，湿法：酸浸法、锈蚀法等。按照最终产物分类：生产钛渣的方法：还原熔炼法，生产人造金红石的方法：包括其余各种方法

还原熔炼法

方法概述：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。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。酸浸法；方法概述：用酸浸出，以实现铁与钛的初步分离。由于氧化钛比较稳定，因此残留在固相。优点：可有效的除去杂质铁和大部分氧化物杂质，获得含TiO290％～96％的高品位人造金红石。缺点：设备腐蚀严重，三废量大，副流程复杂。还原熔炼的实

质钛铁矿精矿中铁氧化物的还原并伴随钛氧化物还原为低价。初始还原在固态下进行，随着原料的渣化及温度的提高，还原过程在熔融炉料中进行。最终达到熔融生铁和高钛渣的分层分离。还原过程中产生复杂的物理化学变化和晶型转化。

2.2.1还原机理：固态还原反应

l FeTiO3+C=Fe+TiO2+CO

(3/4)FeTiO3+C=(3/4)Fe+(1/4)Ti3O5+CO (2/3)FeTiO3+C=(2/3) Fe+(1/3)Ti2O3+CO (1/2)FeTiO3+C=(1/2)Fe+(1/2)TiO+CO

l (1/3)FeTiO3+C=(1/3)Fe+(1/3)Ti+CO

(1/4)FeTiO3+C=(1/4)Fe+(1/4)TiC+CO

l (1/3)Fe2O3+C=(2/3)Fe+CO

l 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l 在熔炼过程中，不同价的钛化合物是共存的，它们的数量的相互比例是随熔炼温度和还原度大小而变

化。

碳矿比对熔炼过程的影响

l 碳是还原铁矿石不可少的还原剂，但配比不合适将直接影响还原效果及冶炼过程。配碳量增大，转化率升高，增大到1：3时，再增加碳含量，对转化率影响不大；配碳量过低，氧化铁还原不完全，渣中FeO过高，钛渣的品位不高；配碳量过高，氧化铁还原完全，渣中FeO 过低，钛渣的黏度增高，不利于铁和渣相分离，操作困难。熔炼钛渣的工艺和设备