有色金属冶金学钛冶金
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一、填空1.TiCl4镁热还原-真空蒸馏法简称镁热法和克劳尔法。
2.钛的氧化物主要有TiO、TiO2、Ti2O3、Ti3O5。
3.TiO2的三种晶型:锐钛矿型、板钛矿型、金红石型。
4.自然界中产出的钛矿石经选矿富集成天然金红石和钛铁矿两种精矿。
5.富钛料包括:人造金红石和钛渣。
6.人造金红石方法:选择性氯化法、还原-锈蚀法、稀硫酸浸出法、盐酸浸出法。
7.电炉法生产钛渣根据品位和用途不同分为:低品位钛渣、高品位钛渣。
8.固体碳还原钛铁矿的最终产物:还原性气体、生铁或称半钢、钛渣。
9.熔化状态下的生铁和钛渣借助于密度的显著差异而分层:铁在下层,渣在上层。
钛铁矿的基本成分是偏钛酸铁Fe0·Ti0210.钛渣生产常用的还原剂:无烟煤、焦炭、石油焦。
11.钛渣炉料预处理的方法:预氧化、预还原、制团。
12.目前生产TiCl4的方法:熔盐氯化、沸腾绿化。
13.TiCl4是生产海绵钛和气相氧化法生产钛白的原料,也是制备钛酸酯和高纯TiO2超微粉的原料,它是在有碳存在下用氯气氯化高钛渣、金红石制得。
14.除钒的方法:铜除钒法、硫化氢除钒法、有机物除钒法、铝粉除钒法。
15.除钒的目的:脱色、除氧。
16.钛渣生产过程:原料准备、电炉料制备、电炉熔炼和成品渣加工四大工序。
17.粗TiCl4中钒杂质主要以VOCl3的形式存在。
二、名词解释1.简单蒸馏:多组分溶液经过一次部分气化和部分冷凝过程进行分离的方法。
2.精馏:多组分溶液经过多次部分气化—部分冷凝过程而达到分离的方法。
3.氯化冶金:是往物料中添加氯化剂使欲提取的金属成分转变为氯化物,为制取纯金属作准备的冶金方法。
4.熔盐氯化:是将钛渣和石油焦悬浮在熔盐介质中,和氯气反应生成TiCl4。
5.沸腾氯化:高钛渣与石油焦的混合料在沸腾炉内和氯气处于流态化的状态下进行氯化反应。
6.过还原:指生产TiO2含量高的钛渣,要求渣中FeO能较彻底的还原,然而,FeO被还原得愈完全,钛的低价氯化物也就越多,甚至出现碳氮化钛的这种现象。
目录1、钛的发现 (3)2、钛的性质 (3)2.1 钛的性质 (4)2.1.1物理性质 (4)2.1.2化学性质 (4)2.2钛的化合物 (5)2.2.1二氧化钛 (5)2.2.2四氯化钛 (5)3 钛工业的发展历史 (5)3.1 世界钛工业发展历史 (5)3.2我国钛工业发展历史 (6)3.3国内新建项目情况 (8)3.4 国内海绵钛行业存在的问题 (9)3.5钛冶金的发展方向 (10)3.5.1克劳尔法的技术进步 (10)3.5.2我国海绵钛冶炼技术的进步 (11)3.6钛白的发展情况 (13)3.6.1世界钛白粉发展历史 (13)3.6.2中国钛白粉的发展历史 (14)3.6.3钛白粉的生产工艺 (16)4、钛冶炼方法综述 (16)4.1 制取钛的各种途径 (17)4.2氧化钛的还原法 (17)4.2.1金属热还原法 (18)4.2.2碳还原法 (18)4.2.3氢还原法 (18)4.2.4电解法 (18)4.2.5 卤化钛还原法 (19)4.3 海绵钛的工业生产方法 (19)4.3.1 镁还原法 (20)4.3.2 钠还原法 (23)4.3.3镁还原和钠还原法的比较 (25)5 钛矿资源与选矿 (26)5.1 国外钛矿资源及分布情况 (26)5.2 我国钛矿资源及分布情况 (27)钛冶金概括1、钛的发现在1791年,英国矿物学爱好者-牧师W.格雷戈尔(w.Gregor)在英国门那新(Meneccin)山谷中发现了元素钛,1795年,德国科学家马丁·克拉普罗兹从匈牙利带回的矿物中成功地分离出一种新的金属氧化物,这种金属氧化物就是金红石(TiO2),也就是我们钛厂所有的主原料。
当时,克拉普罗兹发现这种氧化物的时候也不知道氧化物是什么,只是证实其中含有与格雷戈尔所发现的元素一样的元素,所以,他把此元素命名为titanium(钛)取自神话中的“泰坦”(Titans),意指大地之神的儿子。
第一章钛在钢中的物理冶金学基础1.引言钛[1](Titanium)是位于元素周期表第四周期(第一长周期)第IV副族的过渡族金属元素,原子序数为22,其外层电子结构为3d2 4s2,原子量47.867(1)[2]。
钛是英国化学家Gregor R W (1762-1817)在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。
四年后的1795年,德国化学家Klaproth M H (1743-1817)在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素,他主张采用为铀命名的方法,引用希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字给这种新元素起名为Titanium[1]。
中文按其译音定名为钛。
Gregor和Klaproth当时所研究的钛是粉末状的二氧化钛,而不是金属钛。
因为钛的氧化物极其稳定,而且金属钛能与氧、氮、氢、碳等非金属元素强烈化合,所以单质钛很难制取。
直到1910年美国化学家Hunter M A 才第一次用钠还原法(亨特法)制得纯度达99.9%的金属钛[1]。
钛是具有固态多型性相变的元素,相变点882.5℃,该温度之上为体心立方结构的β钛,900℃时的点阵常数为0.332nm,而该温度之下为密排六方结构的α钛,室温(20℃)下的点阵常数为a=0.29506nm,c=0.46788nm,c/a=1.5857,接近于密排六方结构的理想值(8/3)1/2即1.633。
由此可计算得到其最近邻原子间距为0.28939nm,配位数为12时的原子半径为0.14609nm,比铁的原子半径大14.4%左右;其理论摩尔体积为1.0622×10-5m3/mol,理论密度为4.506 g/cm3,实际密度为4.506-4.516g/cm3,显著小于铁(理论密度7.875 g/cm3,实际密度7.870 g/cm3),故通常将钛归类为轻金属。
α钛和β钛的晶体结构见图1-1。
图1-1 hcp的α钛和bcc的β钛的晶体结构α钛的定压比热C p=22.133+10.251×10-3T(298-1155K)J/(K∙mol),β钛的定压比热C p =19.832+7.908×10-3T(1155-1933K)J/(K∙mol),β→α相变潜热为4142J/mol。
钛的生产方法:镁热还原法、钠热还原法
钛在地壳中的含量是很丰富的,其分布序列占第九位,金属计第七位钛的存在状态:二氧化钛、钛酸盐
钛最重要的原生矿物:金红石、钛铁矿
钛的物理性质:密度小、强度高、耐高温性好、抗腐蚀性强
二氧化钛是一种多晶型氧化物:锐钛矿型、板钛矿型、金红石型
目前生产四氯化钛的方法:熔盐氯化、沸腾氯化
影响氯化的因素:氯化温度、氯气速度、物料的粒度和空隙度、配碳量、氯气浓度、料氯比、原料中钙镁盐含量
镁热还原法的反应机理:
镁热还原法的动力学因素:1)加了速度 2)反应温度 3)液面高低及反应压力
影响真空蒸馏的因素:1)蒸馏温度 2)蒸馏真空度 3)冷凝效果 4)海绵钛结构 5)蒸馏时间
提高海绵钛质量的措施:
金属钛具有那些优良的物理化学性质?
物理性质:密度小、强度高、耐高温性好、抗腐蚀性强
化学性质:
钛的氧化物有哪几种?二氧化钛有哪几种晶型?二氧化钛的哪种晶型最稳定?
氧化物:二氧化钛、五氧化三钛、三氧化二钛、氧化钛;晶型:锐钛矿型、板钛矿型、金红石型。
其中金红石型最稳定,其他两种晶型在
温度升高到一定限度后都会向金红石型转变。
写出三种以上钛的含氧盐的分子式
钛酸钾、钛酸镁、钛酸锌、钛酸锰、钛酸钙、钛酸铁
钛冶炼的原则流程由哪些关键工序组成?
P22
为什么要生产富钛料,工业上生产富钛料的常用方法有哪些?
天然矿物的二氧化钛品味低,铁氧化物和其他杂质氧化物的含量高,如果直接氯化将大大增加氯耗,且使绿化过程复杂化,增加收尘、淋洗分离作业的困难,同时影响四氯化钛的质量,所以钛铁矿精矿都不宜直接氯化,而要通过不同的方法富集成富钛料才能作氯化材料。
生产方法:选择性氯化法、还原—诱蚀法、酸浸出法。