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+COl (1/3)FeTiO3+C=(1/3)Fe+(1/3)Ti+CO(1/4)FeTiO3+C=(1/4)Fe+(1/4)TiC+COl (1/3)Fe2O3+C=(2/3)Fe+COl 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l还原剂：无烟煤沥青碎块等周期性操作：捣炉加料放下电极。
送电熔炼。
放渣。
下一周期两段还原熔炼法：为提高电弧炉的生产效率和降低电耗，可采用两段还原熔炼法。
首先在回转炉或沸腾炉中让钛铁矿中大部分氧化铁在固相中被还原。
而后送入电炉进行造渣与熔化分离。
这可提高生产能力，降低电耗20%～30%。
钛渣成分的质量分数大致为：l TiO2 78％～96％l FeO 3.4％～6％l SiO2 0.88％～4％l CaO 0.28％～2％l A12O3 1.25％～3％l MgO 0.4％～8％l MnO 1％～2％l V2O5 0.15％，l Cr2O3 0.2％～1.7％钛的回收率为96％～96.5％,选择性浸出法制取人造金红石,还原锈蚀法,弱还原盐酸浸出法,弱还原硫酸浸出法还原锈蚀法工艺简介先将原料中铁的氧化物选择性地还原为金属铁，在水溶液中，以氧将铁腐蚀，生成Fe2O3·H2O。
水洗后沉积于容器的底部，利用螺旋分级等方法分离氧化铁和氧化钛，氧化钛颗粒再在高温下煅烧即为人造金红石。
锈蚀法最大的优点在于本工艺对环境污染比较轻，能耗少，成本低，因而倍受青睐。
还原焙烧－锈蚀－分离－煅烧锈蚀反应原理锈蚀反应是电化学反应。
以金属铁为基体构成短路原电池。
阳极反应：Fe=Fe2++2e , 阴极反应为：2H2O+O2+4e=4OH-由上述阴、阳极反应可得短路原电池反应。
2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2Fe(OH)2再进一步被氧化，生成铁锈。
4Fe(OH)2+O2=2Fe2O3·H2O↓+2H2O 酸浸法钛精矿的还原钛精矿与还原剂在回转窑中将矿中Fe3+还原为Fe2+，还原矿中占总铁的80％～95％，然后再用酸浸出。
酸浸,弱还原盐酸浸出法,弱还原硫酸浸出法盐酸浸出法,工艺简介.用稀盐酸浸出，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。
清洗固态残余物，并在高温下焙烧即得人造金红石。
浸出液中含有FeCl2，可用来制取铁红粉及再生盐酸。
盐酸返回浸出工序。
弱还原焙烧－盐酸浸出－清洗－分离－煅烧反应:预还原焙烧TiO2+ Fe2TiO5+ C=2FeTiO3+CO 浸出FeTiO3+ 2HCl= FeCl2+TiO2+ H2O 盐酸的再生将浸出液中的FeCl2用喷雾法使其热分解制取铁红粉和HCl，再用水淋洗回收HCl制取稀盐酸。
4FeCl2+4H2O+O2=2Fe2O3+8HCl硫酸浸出法工艺简介用稀硫酸浸出，以实现铁与钛的初步分离。
应将钛铁矿原料中铁的氧化物还原至二价铁含量占总铁含量的95%以上。
浸出母液可用作制取硫酸铵和铁的氧化物原料。
弱还原焙烧－硫酸浸出－清洗－分离－煅烧浸出反应焙烧TiO2+ Fe2TiO5+ C =2FeTiO3+CO浸出FeTiO3+H2SO4=FeSO4+TiO2+2H2O浸出母液处理可用作制取硫酸铵和铁的氧化物原料。
FeSO4+6NH3+(n+3)H2O+0.5O2=3(NH4)2SO4+Fe3O4+nH2O粗四氯化钛的生产l 3.1 采用氯化冶金的原因l 3.2 氯化冶金概念l 3.3 富钛料的氯化冶金原理l 3.4 氯化工艺l 3.5 沸腾氯化富钛料的设备3.1 采用氯化冶金的原因从热力学说有多种元素可以将TiO2还原，如：金属还原,碳还原但由于生产成本和其它技术条件限制了这些方法的实际应用。
正因为TiO2直接还原法无法实现大规模的工业生产，所以，才迫使人们将氯化工艺引入钛提取冶金生产过程。
卤化钛还原法金属热还原法:还原剂：锂、钙、镁、钡、铝。
但由于钛对氧的亲和力非常大，这些金属难将TiO2还原完全。
而且还原过程中新生成的金属钛易于吸收氧生成Ti-O固溶体，使金属钛的纯度不高，难得到氧小于0.10%的钛。
钾和钠还原TiO2只能获得低价氧化钛。
低价钛氧化物的稳定性:在Ti与O形成的化合物中，O原子数越少，化合物越不易被进一步还原，因此，除去这部分氧也就越困难碳还原法.碳是一种最廉价的还原剂。
