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钛的冶炼方法
发布时间:2024-06-15 10:52:01      点击次数:13

制取金属钛的原料主要为金红石,其中含二氧化钛大于96%。缺少金红石矿的国家,则采用钛铁矿制成的"高钛渣",其中含二氧化钛90%左右。因天然金红石涨价和储量日减,各国都趋向于用钛铁矿制成富钛料,即高钛渣人造金红石。钛在1791年被发现,而第一次制得纯净的钛却是在1910年,中间经历了一百余年。原因在于:钛在高温下性质十分活泼,很易和氧、氮、碳等元素化合,要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。

冶炼钛时,要经过复杂的步骤。把钛铁矿变成四氯化钛,再放到密封的不锈钢罐中,充以氩气,使它们与金属镁反应,就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的,还必须把它们在电炉中融化成液体,才能铸成钛锭。但制造这种电炉又谈何容易!除了电炉的空气必须抽干净外,更伤脑筋的是,简直找不到盛装液态钛的坩埚,因为一般耐火材料都含有氧化物,而其中的氧就会被液态钛夺走。

后来,人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉。这种电炉只有中央一部分区域很热,其余部分都是冷的,钛在电炉中熔化后,流到用水冷却的铜坩埚壁上,马上凝成钛锭。用这种方法已经能够生产几吨重的钛块,但它的成本就可想而知了。

工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛,再由二氧化钛制取金属钛。为了除去杂质Fe2(SO4)3,加入铁屑,Fe3+还原为Fe2+,然后将溶液冷却至273K以下,使得FeSO4·7H2O(绿矾)作为副产品结晶析出。

锻烧偏钛酸即制得二氧化钛。工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将二氧化钛(或天然的金红石)和炭粉混合加热至1000~1100K,进行氯化处理,并使生成的TiCl4,蒸气冷凝。

二氧化钛在1070K用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛。这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼,最后制成各种钛材。得到的TiCI4,经过高温(1250℃左右)情况下分解TiCI4=Ti+2CI2,由此得到纯钛。

金属镁还原四氯化钛。按摩尔比将四氯化钛在惰性气体中用金属镁还原,反应温度控制在900℃左右,可制得海绵状钛。副产品氯化镁可通过在真空中、加热1000℃的条件下从钛中分离出来。

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