难熔金属-钛1

国外典型钛铁矿的组成（质量分数％）
国内六种类型钛精矿化学组成（质量分数％）
钛的化学性质
• ＋4价钛是最稳定的，但钛容易形成＋2、＋3价化物； • 加热到400℃～500℃时，钛表面形成一层稳定性极高
的氧化物－氮化物保护膜； • 钛能耐氧化性介质和氯化物溶液的侵蚀； • 致密钛在通常条件下是很稳定的，但在高温下钛的化
碳量不足，FeO含量会过高，不利于TiO2的富集，降 低钛渣的品位。
熔剂：加入一定量的熔剂（ CaO、Al2O3、 MgO等）可 降低钛渣的熔化温度和粘度，并显著降低其导电率， 但会增加钛渣的杂质含量，所以在熔炼钛渣时一般都 不加熔剂。
精矿的产地：海滨风化的钛铁矿中的铁与钛易于分离。
• 入炉原料的形态：钛渣熔炼有团块熔炼和粉料熔炼
上述反应中钛以单一的氧化物形式存在，而铁则被还原成 金属或氧化物从原矿中除去。
钛铁矿还原熔炼可能发生的反应
还 原 熔 炼 的 工 艺 实 践
熔炼钛渣的工艺流程
熔 炼 钛 渣 密 闭 电 弧 炉 结 构 示 意 图
1电极；2电极夹；3炉气出口；4炉料；5钛渣；6半钢；7钢壳；8加料管； 9炉盖；10检测孔；11筑炉材料；12结渣层；13出渣口；14出铁口
• 3、四氯化钛的还原：将钛的化合物还原 为金属钛。
制备金属钛的两个循环
• 镁循环： • 1）内循环：将真空蒸馏所得的镁直接返
回原工序； • 2）外循环：将蒸馏镁和氯化镁经融盐电
解再生镁，再返回原工序； • 氯循环：将融盐电解氯化镁在阳极得到
的氯气返回氯化工序。
钛冶金的发展趋势
• 钛铁矿富集方法的深入研究，提高精矿 品位。
• 向连续化、大型化、计算机集中控制方 向发展。
• 融盐电解法仍然是今后的努力方向。 • 降低残钛产量和寻求有效的残钛回收方
法是一项重要任务。
现行钛工业生产工艺流程图
富钛料的制备
• 钛铁矿选择性反应除铁的主要反应： Fe2O3 + C = 2 FeO + CO
Fe2TiO5 + TiO2 + C = 2FeTiO3 + CO FeTiO3 + C = Fe + TiO2 + CO FeTiO3 + CO = Fe + TiO2 + CO2 CO2 + C = 2 CO
已开发钛资源总量的8％； • 第二部分：制取钛白粉,所用原料约占已
开发钛资源总量的92％；
制取金属钛的可能途径
Hunter法
TiCl4 + 4Na = Ti + 4NaCl
• 第一步：使大部分TiCl4被Na还原为TiCl2并溶解在熔 融的NaCl中；
• 第二步： 将TiCl2用Na进一步还原为金属Ti； • 整个还原过程用Ar气保护； • 得到的海绵钛需要破碎，并用稀盐酸浸出，使Ti 和
难熔金属 钛
钛的发现
1790年，英国牧师Gregor W.在磁性铁矿砂中 发现了一种新氧化物，称之为menaccanite. 1795年，德国化学家Klaproth M. H.证明该氧 化物与其在金红石所分离出的氧化物具有相 同的性质。 命名：古希腊一位神的名字Titan－ Titanium
自然界中钛的储量
• 地壳中钛的含量十分丰富，其丰度（即 元素的克拉克值）0.61％。
• 在地壳元素分布排序中位列第九，按金 属排列位列第七；
• 按结构金属计，仅次于钢铁、铝、镁， 位列第四；比铜、锡、铅、锌等常用有 色金属的含量总和还多几十倍。
钛矿分类
工业生产中主要应用的钛矿物有金红石、钛 铁矿、钛磁铁矿、白钛石等。其中： 钛铁矿的主要化学组成为FeTiO3，也可写 成FeO ·TiO2,实际是FeO－ Fe2O3－ TiO2 组成的三元相系。 金红石的主要化学组成为TiO2，一般TiO2 的含量介于93.5％-98.5％之间。
学活性很强； • 微细的钛粉尘具有爆炸性，海绵钛和钛粉有较大的活
性表面，点燃后即可燃烧。 • 钛能够强烈的吸收气体（O2、N2、H2)。钛与氧、氮
的作用是不可逆的，钛与氢的作用是可逆的。
可与钛反应或形成固溶体的元素
钛冶金工业的生产流程
• 现行钛工业的生产主要包括两部分： • 第一部分：制取海绵钛，所用原料约占
• 将TiCl4转变为钛的低价氯化物，使之溶 解于熔体之中；
• 为了获得较高的电流效率，必须将阳极 区和阴极区隔开；
• 为了创造良好的工作环境和降低钛的损 耗，必须将电解槽密封。
制备金属钛的三个主要步骤
• 1、富钛料的制取：主要是除去钛铁矿中 的铁，提高钛的品位。
• 2、四氯化钛的制备：将钛的氧化物转化 为氯化物，包括氯化和精制过程。
影响还原熔炼过程的因素
• 温度：为了便于放渣（渣的出炉温度为 1570～1650℃），应使渣铁充分分层， 所以熔炼过程必须在高温下进行。
钛及铁有关化合物的熔点（℃）
• 钛渣的粘度：Ti2O3具有提高钛渣粘度的作用；FeO增 加能够降低钛渣的粘度。实际生产中，要适当控制渣 中钛的低价氧化物含量，使钛渣中保持一定量的FeO；
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Kroll法
• 1937年卢森堡化学家Kroll W. A.发明。 • 在氩气保护下，用镁在800-1000 ℃下还
原TiCl4，再用真空蒸馏法除去还原产物 MgCl2和过剩的Mg，得到海绵钛。
融盐电解法
• 问题所在：TiCl4是共价键分子，在熔盐 中的溶解度比较低，难以满足工业化生 产的需要。所以：
NaCl分离；
• 1993年用Hunter法生产海绵钛的钛厂全部关闭；
碘化法
100～200℃ Ti（粗）＋ 2I2（气）
TiI4（气）11350000～℃
Ti（纯）＋2I2（气）
• Van Arkll和De Boer1925年发明。 • 在预抽真空的反应器内分别设置一低温区和一
高温区，以碘为载体将钛提纯。
钛渣中其它组分的质量分数 为： SiO2：4％；Al2O3：2％； MgO：2％； 曲线旁的数值为体系中FeO 的质量分数，%
1550℃时钛渣粘度与渣中Ti2O3/ TiO2比值的关系
炉料的组成：
C：过多的碳量会促进钛铁矿中TiO2还原成钛的低价氧 化物及生成碳化钛。这些高熔点的物质会使钛渣的粘 度增大，不易出炉及渣铁分离；
两种。
处理岩矿时以选用团块熔炼为宜，目的是强化铁的氧 化物在熔炼过程中的固相还原反应。团块熔炼的好处：