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海綿鈦


金屬熱還原法生產(chǎn)出的海綿狀金屬鈦。純度%(質(zhì)量)一般為99.1~99.7。雜質(zhì)元素%(質(zhì)量)總量為0.3~0.9,雜質(zhì)元素氧%(質(zhì)量)為0.06~0.20,硬度(HB)為100~157,根據(jù)純度的不同分為WHTiO至MHTi4五個等級。為制取工業(yè)鈦合金的主要原料。

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海綿鈦


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  • 產(chǎn)品描述
    • 商品名稱: 海綿鈦
    • 商品編號: 1109125616637726720

    金屬熱還原法生產(chǎn)出的海綿狀金屬鈦。純度%(質(zhì)量)一般為99.1~99.7。雜質(zhì)元素%(質(zhì)量)總量為0.3~0.9,雜質(zhì)元素氧%(質(zhì)量)為0.06~0.20,硬度(HB)為100~157,根據(jù)純度的不同分為WHTiO至MHTi4五個等級。為制取工業(yè)鈦合金的主要原料。

    基本知識

    金屬熱還原法生產(chǎn)出的海綿狀金屬鈦。純度%(質(zhì)量)一般為99.1~99.7。雜質(zhì)元素%(質(zhì)量)總量為0.3~0.9,雜質(zhì)元素氧%(質(zhì)量)為0.06~0.20,硬度(HB)為100~157,根據(jù)純度的不同分為WHTiO至MHTi4五個等級。為制取工業(yè)鈦合金的主要原料。海綿鈦生產(chǎn)是鈦工業(yè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),它是鈦材、鈦粉及其他鈦構(gòu)件的原料。把鈦鐵礦變成四氯化鈦,再放到密封的不銹鋼罐中,充以氬氣,使它們與金屬鎂反應(yīng),就得到“海綿鈦”。這種多孔的“海綿鈦”是不能直接使用的,還必須把它們在電爐中熔化成液體,才能鑄成鈦錠。

    發(fā)現(xiàn)歷史

    十八世紀(jì)末期,英國牧師兼業(yè)余礦物學(xué)家威廉·格列戈爾(William Gregor)和德國化學(xué)家M·H·克拉普羅特(M·H·Klaproth)先后于1791年和1795年分別從一種黑色的磁鐵礦砂(后來知道這就是鈦磁鐵礦)和一種非磁性的氧化物礦(后來明白它就是天然金紅石礦)中發(fā)現(xiàn)了一種新元素,被他們分別稱為“墨納昆”(發(fā)現(xiàn)鈦磁鐵礦的地名)和“鈦土”。幾年后證明,從這兩種礦物中發(fā)現(xiàn)的所謂“墨納昆”和“鈦土”其實(shí)是同一種元素的氧化物,并以希臘神話中的大力神泰坦(Titans)來命名這種新元素為“鈦”(Titanium)。

    從鈦元素的發(fā)現(xiàn)到第一次制得較純的金屬鈦經(jīng)歷了120年的歷程。又由實(shí)驗(yàn)室第一次獲得純鈦到首次進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn),又花費(fèi)了近40年的時間。許多研究者做了大量的探索,遭受一次又一次失敗,終于在1948年杜邦公司取得了成功,生產(chǎn)出了噸位級的海綿鈦,多孔質(zhì)鈦。

    生產(chǎn)工藝

    氯化工藝

    四氯化鈦主要用作生產(chǎn)海綿鈦、鈦白粉及三氯化鈦。其制取方法很多,主要有沸騰氯化、熔鹽氯化和豎爐氯化3 種方法。沸騰氯化是現(xiàn)行生產(chǎn)四氯化鈦的主要方法(中國、日本、美國采用),其次是熔鹽氯化(獨(dú)聯(lián)體國家采用),而豎爐氯化已被淘汰。沸騰氯化一般是以鈣鎂含量低的高品位富鈦料為原料,而熔鹽氯化則可使用含高鈣鎂的原料。

    1、沸騰氯化

    沸騰氯化是采用細(xì)顆粒富鈦料與固體碳質(zhì)(石油焦)還原劑,在高溫、氯氣流的作用下呈流態(tài)化狀態(tài)進(jìn)行氯化反應(yīng),從而制取四氯化鈦的方法。該法具有加速氣-固相間傳質(zhì)及傳熱過程,強(qiáng)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。國內(nèi)外沸騰氯化使用的原料有高鈦渣、天然金紅石、人造金紅石等。我國撫順鈦廠和遵義鈦廠新建的沸騰氯化爐直徑分別為Φ1.4 m與Φ2.4 m,采用獨(dú)有的無篩板氯化技術(shù),其中遵義鈦廠設(shè)計日產(chǎn)粗四氯化鈦70 t。

    2、熔鹽氯化

    熔鹽氯化是將磨細(xì)的鈦渣或金紅石和石油焦懸浮在熔鹽(主要由KCl、NaCl、MgCl2 和CaCl2 組成)介質(zhì)中,并通入氯氣,從而制取四氯化鈦的方法。一般也可使用電解鎂的廢電解質(zhì),在973K~1073K 條件下充入氯氣,故氯化反應(yīng)的速度受到熔體的性質(zhì)、組成,還原劑的種類,原料的性質(zhì),氯化溫度,氯氣濃度及通入速度,熔體高度,配碳量等因素的影響。獨(dú)聯(lián)體四氯化鈦生產(chǎn)中最佳的熔鹽組成如表4 所示。

    熔鹽氯化法

    熔鹽氯化法是前蘇聯(lián)20 世紀(jì)60 年代研制成功,用以生產(chǎn)四氯化鈦的方法,該法不僅適用于前蘇聯(lián)的原料特點(diǎn)(鈦渣含CaO+MgO 約6%),其爐子產(chǎn)能達(dá)20 t/m2 ~25 t/m2 四氯化鈦,熔鹽段截面積為6m2。大型熔鹽氯化爐日產(chǎn)四氯化鈦為120 t~150 t,原為矩形爐,現(xiàn)改為圓形爐,圓形熔鹽氯化爐的尺寸為Φ 5.0 m×8.5 m,內(nèi)徑Φ 內(nèi)為2.76 m,長方形為4.5 m×3.5 m×8.5 m。圓形爐內(nèi)無死角,爐體強(qiáng)度增大,3 年大修1 次,比矩形爐使用年限延長近1 倍。熔鹽氯化可使用多種富鈦物料,除了含鈣鎂的鈦渣外,現(xiàn)廣泛使用由紅鈦鐵礦(Fe2O3 3TiO2)熔煉的鈦渣(TiO2 87%~91%),亦可使用金紅石。

    烏克蘭采用熔鹽氯化生產(chǎn)已有40 多年的歷史,不僅適用于該國鈦精礦MgO、CaO 含量高的特點(diǎn),還具有以下優(yōu)點(diǎn):1)氯化裝置單位生產(chǎn)率高,可達(dá)20 t/m2·d ~25t/m2·d TiCl4;2)氯化溫度低,為800℃,很多雜質(zhì)不會因氯化而進(jìn)入TiCl4;3)從爐料到工業(yè)四氯化鈦,鈦的回收率高,可達(dá)95%;熔鹽本身有凈化TiCl4 的作用,獲得TiCl4雜質(zhì)含量低,釩、氯、硅、碳等雜質(zhì)總含量≤2%;制得TiCl4 產(chǎn)物達(dá)98%以上,可使AlCl3、FeCl3、CaO、MgO 和SiO2 等雜質(zhì)留在熔鹽介質(zhì)中,然后排出;4)對原料粒度組成要求不高,可利用細(xì)小粒度的鈦渣;5)反應(yīng)過程不產(chǎn)生COCl2,廢氣無爆炸危險。廢氣中Cl2 和HCl 含量非常小,對環(huán)境污染也不大。

    3、豎爐氯化

    豎爐氯化是將被氯化的鈦渣(或金紅石)與石油焦細(xì)磨,加粘結(jié)劑混勻制團(tuán)并經(jīng)焦化,將制成的團(tuán)塊料堆放在豎式氯化爐中,呈固體層狀態(tài)與氯氣作用從而制取四氯化鈦的方法,也稱固定層氯化或團(tuán)料氯化,該法基本已被淘汰。

    Mg還原法

    鎂還原的實(shí)質(zhì)是,在880℃~950℃下的氬氣氣氛中,讓四氯化鈦與金屬鎂進(jìn)行反應(yīng)得到海綿狀的金屬鈦和氯化鎂,用真空蒸餾除去海綿鈦中的氯化鎂和過剩的鎂,從而獲得純鈦,蒸餾冷凝物可經(jīng)熔化回收金屬鎂,氯化鎂經(jīng)熔鹽電解回收鎂和氯氣。從精制四氯化鈦中制取金屬鈦,分為還原和蒸餾兩個步驟。在較長一段時間,還原、蒸餾都是分步進(jìn)行的,而已趨向聯(lián)合化、大型化。

    鎂還原的主要反應(yīng)為:

    TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2

    在還原過程中,TiCl4 中的微量雜質(zhì),如AlCl3、FeCl3、SiCl4、VOCl3 等均被鎂還原生成相應(yīng)的金屬,這些金屬全部混在海綿鈦中。而混雜在鎂中的雜質(zhì)鉀、鈣、鈉等,也是還原劑,它們分別將TiCl4 還原并生成相應(yīng)的雜質(zhì)氯化物。鎂還原過程包括:TiCl4液體的氣化→氣體TiCl4和液體Mg 的外擴(kuò)散→TiCl4 和Mg 分子吸附在活性中心→在活性中心上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)→結(jié)晶成核→鈦晶粒長大→MgCl2 脫附→MgCl2 外擴(kuò)散。這一過程中的關(guān)鍵步驟是結(jié)晶成核,隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行伴有非均相成核。

    經(jīng)排放MgCl2 操作后的鎂還原產(chǎn)物, 含鈦55%~60%、鎂25%~30%、MgCl210%~15%,及少量TiCl3 和TiCl2,常用蒸餾法將海綿鈦中的鎂和MgCl2分離。

    還原產(chǎn)物海綿鈦在真空蒸餾過程中經(jīng)受長期高溫?zé)Y(jié),逐漸致密化、毛細(xì)孔逐漸縮小,樹枝狀結(jié)構(gòu)消失,最后呈一坨狀整塊,俗稱鈦坨。

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