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金属钛的冶炼与精加工项目的简介内蒙古宝臣天成钛业有限公司二零零九年四月十日1、钛的发现和认识钛是一种银白色的金属，早在1791年，英国科学家威廉姆·格里戈尔在英国密那汉郊区找到这种神奇的元素时，首先发现了这种新元素。
过了4年，德国化学家克捡普洛特-加龙省又从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中，发现了这种元素，便以希腊神话中的英雄来命名。
钛的意思是“地球的儿子”。
钛的外形很像钢铁，但远比钢铁坚硬，且体重只有铁的一半。
在常温下，钛可以安然无恙地“躺”在各种强酸、强碱中；就连最凶猛的酸---王水，也不能腐蚀它。
有人曾把一块钛片扔进大海，经过5年以后取出来，仍然闪闪发亮，没有半点锈斑。
俗话说：“真金不怕火炼”。
可是钛的熔点比黄金还高出600多摄氏度。
正因为钛的本领非凡，所以有着广泛用途。
现在，钛是制造飞机、坦克、军舰、潜艇不可缺少的金属。
在宇宙飞船和导弹中，也大量用钛代替钢铁。
钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛，也是非常坚硬的化合物，它们的耐热本领甚至还比钛高1倍。
这样坚硬而耐热的材料，可以代替超级钢，制造高速切削刀具。
钛的许多特殊性能，还在化工、超声波和超导技术中得到应用。
然而，钛有个最大的缺点，就是提炼比较困难。
这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其它许多元素化合。
所以人们曾把钛当作“稀有金属”，其实，钛的含量约占地壳重量的60‰，比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。
在世界上，我国钛的储藏量最多，四川的攀枝花，钛的储藏量占全国90％以上，是世界上罕见的大钛矿。
2、钛的性能钛是一种很特别的金属，质地非常轻盈，却又十分坚韧和耐腐蚀，它不会像银会变黑，在常温下终身保持本身的色调。
钛的熔点与铂金相差不多，因此常用于航天．军工精密部件。
加上电流和化学处理后，会产生不同的颜色。
钛如同它的名字一样是一种具有英雄气概的金属，银亮，轻盈，坚牢。
在化学上，大名鼎鼎的强腐蚀剂“王水”能够吞噬白银、黄金，以至把号称“不锈”的不锈钢侵蚀，变得锈迹斑驳，面目全非。
铝冶炼废料钛-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：铝冶炼过程中产生的废料是一种重要的资源，其中钛是一种有着广泛应用前景的重要金属。
随着对环境保护和资源回收利用意识的不断提高，铝冶炼废料中的钛的开发利用备受关注。
本文旨在探讨铝冶炼废料中钛的来源、组成及处理方法，以期为铝冶炼废料资源化利用提供参考和借鉴。
在铝冶炼过程中，废料主要包括氧化铝、煤渣、阳极泥等。
其中，废料中的钛是一种十分宝贵的资源。
钛具有优良的耐腐蚀性、高强度和低密度等特点，在航天航空、汽车制造、化工等领域有着广泛的应用。
因此，开发利用铝冶炼废料中的钛成为了一个重要的研究方向。
本文将首先介绍铝冶炼废料的来源，包括铝企业的废渣、过程中产生的废料以及环境中的钛等。
然后，本文将对铝冶炼废料中钛的组成进行探讨，包括其含量、形态以及可能存在的其他成分。
最后，本文将对针对铝冶炼废料中钛的处理方法进行详细的介绍，包括物理、化学和生物等方面的处理方法，并对各种方法的优缺点进行评述。
通过本文的研究，我们可以深入了解铝冶炼废料中钛的来源、组成及处理方法，为进一步实现铝冶炼废料资源化利用提供有效的技术支持和理论指导。
同时，通过对铝冶炼废料中钛的开发利用，可以实现资源的高效利用和循环经济的可持续发展，为现代工业的可持续发展做出贡献。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：首先，介绍本文的结构和组织。
说明文章的主要部分包括引言、正文和结论，每个部分的内容和目的。
其次，对每个部分进行详细说明。
引言部分主要提供对铝冶炼废料钛这一主题的概述、目的和意义。
正文部分包括铝冶炼废料的来源、组成和处理方法等内容，可以具体介绍铝冶炼废料的产生原因、废料的主要成分和特性，以及其处理的方法和技术，包括物理处理和化学处理等。
结论部分对文章进行总结，并展望铝冶炼废料钛的发展前景和研究方向。
最后，强调文章结构的逻辑性和连贯性。
需要注意每个部分之间的衔接，确保文章内容的连贯性和逻辑性，使读者能够清晰地理解和掌握文章的主旨和要点。
钛矿用途与技术经济指标钛原料主要用来生产钛白、金属钛(海绵钛)、含钛钢以及焊条涂料。
它们所占的比例，我国和国外稍有不同。
钛白，我国占88%，国外占92.4%；金属钛(海绵钛)，我国占10%，国外占5.3%；含钛钢及焊条涂料，我国占2.0%，国外占2.3%。
钛白不仅是性能优异的白色颜料，而且是重要的化工原料。
它广泛用于涂料、油墨、塑料、橡胶、造纸和化纤工业。
钛白涂料，色彩鲜艳，色调纯正；钛白是纸张的高级填料，使纸张薄而不透明，白度高，光泽好，强度大和光滑好用。
钛白用于塑料工业，是不透明的着色剂；用于橡胶工业，使白色和浅色橡胶强度高，伸展率大，耐老化和不易褪色。
它也是化学纤维的最佳消光材料，使透明的化纤具永久性消光效果，并可提高韧性。
此外，还用于搪瓷、电器、电子原料等等方面。
钛精矿经冶炼成海绵钛后，再铸锭并制成工业纯钛和钛合金钛材。
钛和钛合金钛材主要用于航空和宇航部门。
与合金钢相比，钛合金可使飞机重量减轻40%。
其他如人造卫星外壳、飞船蒙皮、火箭发动机壳体、导弹等等，钛合金都可大显身手。
非宇航部门使用工业纯钛和钛合金主要在于发电站冷凝器、接触海水装置、化学装置和一些机械工程等方面。
尤其是海水淡化加热器用钛是钛工业发展中划时代事件。
兵工部门将钛主要用于舰船和兵器生产。
金属钛除主要用于生产工业纯钛和钛合金外，另一用途是为钢铁工业生产钛铁合金和含钛钢。
钛在钢中作为添加元素，可以改变钢的性能。
使钢在同样回火温度下，具有更高的强度和硬度，或同样硬度要求下，回火到更高的温度。
目前，我国含钛钢有高强度低合金钢、结构钢、不锈钢、耐热合金、超高强度钢和磁钢等钢种系列，广泛用于汽车、船舶和石油钻探等方面，已发展成为仅次于锰钢的第二大钢系。
主要含钛矿物金红石还是优质电焊条涂层不可缺少的原料。
表3.5.3列出了钛铁矿和金红石用于上述不同用途的技术经济指标要求。
宝鸡智睿金属材料有限公司——钛金属简介钛颇具魅力的光泽、质感和耐腐性能，经过专业技术人员多年的探索和实践，在有着浓郁历史文化底韵的“炎帝故里”、“佛骨圣地”、“青铜器之乡”、“中国钛城”的宝鸡孕育而生。
一．钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。
99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
具体有以下几种性能：1.比强度高钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。
因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。
目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
2.热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。
钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。
3.抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。
但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
4.低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。
低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。
因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
5.化学活性大钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。
钛材、ta2、镍材、钽材、锆材和哈氏合金是材料科学领域中常见的材料，它们在工业和科研应用中发挥着重要作用。
本文将对这些材料进行解释，从深度和广度的角度来全面评估这些材料的特性和应用，并根据要求进行撰写有价值的文章。
我们来对这些材料进行简要的介绍。
钛材指的是钛合金，具有高强度、低密度、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、生物医药、化工等领域。
ta2是常见的钛合金牌号之一，具有良好的可加工性和耐蚀性，被广泛应用于航空器结构件、汽车零部件等领域。
镍材是指镍基合金，具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点，被广泛应用于航空发动机、化工设备、核工程等领域。
钽材是指钽金属，具有高熔点、良好的耐腐蚀性和机械性能，被广泛应用于电子器件、化工设备等领域。
锆材是指锆合金，具有优良的耐腐蚀性和放射性惰性，被广泛应用于核工程、化工设备等领域。
哈氏合金是由镍、铝、钴、铁等金属组成的高温合金，具有优异的高温强度和抗氧化性能，被广泛应用于航空航天、能源领域。
接下来，我们将从深度和广度的角度来探讨这些材料的特性、应用和未来发展趋势。
钛材具有强度高、重量轻、耐腐蚀等特点，随着航空航天、生物医药、汽车制造等领域的发展，其应用前景广阔。
ta2作为常见的钛合金牌号，其加工性和耐蚀性对于工程应用至关重要，未来可望在航空器结构件、人工骨骼等领域有所突破。
镍材的耐高温、耐腐蚀等特性，使其在航空发动机、化工设备、核工程等领域有着重要应用，未来的发展方向主要集中在高温合金、多相合金等方面。
钽材作为一种稀有金属，其在电子器件、化工设备等领域有着独特的应用，未来的发展主要将围绕着资源有效利用、新材料开发等方面展开。
锆材因其良好的耐腐蚀性和放射性惰性，在核工程、化工设备等领域有着广阔的应用前景，未来的发展主要将聚焦于高纯度锆材、新型锆合金等方面。
哈氏合金作为高温合金中的一种，其在航空航天、能源领域有着重要的应用，未来的发展将主要围绕着高温合金的合金设计、制备工艺等方面展开。
6.2 富钛料富钛料一般指TiO2含量不小于85％的电炉冶炼钛渣或人造金红石。
用电炉冶炼钛精矿制取的产品TiO2含量不小于90％称为高钛渣，TiO2含量小于90％时，产品称为钛渣。
以钛精矿为原料，用其它方法制取的产品称为人造金红石。
富钛料的制备方法很多，按最终产物可分为生产钛渣和人造金红石的方法；按生产工艺可分为火法工艺和湿法工艺。
火法工艺又包括电炉熔炼法、选择氯化法、等离子熔炼法、微波－热等离子体生产活性富钛料及人造金红石等方法。
湿法包括部分还原－盐酸浸出法、部分还原－硫酸浸出法、全还原锈蚀法、三氯化铁浸出法以及其它的化学分离法。
常用的方法是电炉熔炼法、盐酸浸出法、还原锈蚀法等。
6.2.1 钛渣生产方法…1，2‟钛渣的生产方法主要是电炉熔炼法。
这种方法是使用还原剂，将钛精矿中的铁氧化物还原成金属铁分离出去的选择性除铁，从而富集钛的火法冶金过程。
其主要工艺(见图6-2)是：以无烟煤或石油焦还原剂，与钛精矿经过配料、制团后，加入矿热式电弧炉内，于1600～1800℃高温下还原熔炼，所得凝聚态产物为生铁和钛渣，根据生铁和钛渣的比重和磁性差别，使钛氧化物与铁分离，从而得到含TiO272～95%的钛渣。
其主要反应为式（6-1）至（6-4）。
FeTiO3＋C=Fe＋TiO2＋CO （6-1）2 FeTiO3＋3C=2Fe＋Ti2O3＋3CO （6-2）FeTiO3＋2C=Fe＋TiO＋2CO （6-3）Fe2O3＋3C=2Fe＋3CO （6-4）生产钛渣的电炉是介于电弧炉与矿热炉之间的一种特殊炉型，有敞开式、半密闭式和密闭式三种，熔炼温度一般为1600～1700℃，最高温度可达1800℃。
电炉熔炼所得到的钛渣可以用来生产钛白粉、人造金红石和TiCl4。
该方法的优点是生产工艺简单，设备易于大型化，“三废”少，且炉气可以回收利用，副产品生铁回收加工容易，缺点是除去非铁杂质能力差，耗电量较大，一般在电力较充足的地区使用。
图6-2 密闭电炉熔炼钛渣的原则工艺流程6.2.1.1 敞口电炉①敞口电炉熔炼高钛渣目前国内生产的高钛渣主要用于焙烧成人造金红石和流态化氯化生产四氯化钛，高钛渣中总TiO2要达到93%，FeO含量要小于3%-4%。
生产这种高还原度的高钛渣现采用敞口电炉。
敞口电炉熔炼高钛渣的工艺流程包括：配料、制团、电炉熔炼、渣铁分离、炉前高钛渣、破碎、磁选、成品高钛渣。
②敞口电炉熔炼酸溶性渣用于硫酸法生产钛白的钛渣，在国内俗称为酸溶性钛渣。
敞口电炉熔炼酸溶性钛渣与熔炼高钛渣的工艺、设备和操作方法基本上相同，但也有不同之处。
既在还原熔炼时要控制适当的还原度，使获得的钛渣达到下列基本要求：1）具有良好的酸溶性，一般要求酸解率≥94%；2）要有适量的助溶杂质FeO和MgO，以使钛渣具有良好的酸解反应性能；3）低价钛含量要控制适量；4）对生产钛白有害的杂质（特别是硫、磷、铬、钒）含量不能超标。
钛渣的酸溶性能主要取决于它的物相结构，而物相结构又随其化学组成和它在出炉后的冷却方式而变化。
作为酸溶性钛渣，应含有适量的助溶杂质（主要是FeO和MgO）和一定量Ti2O3，以使钛的氧化物尽可存于黑钛石固溶体中，并在工艺上采取措施避免生成金红石型TiO2。
由原生矿选出的钛铁金矿含硫较高（S≥0.2%），在电炉熔炼前需进行氧化焙烧处理，脱除其中的硫，并提高焙烧矿的磁化率，以便能用磁选法进一步精选。
如能将钛铁矿中的部分辉石、斜长石等脉石矿物除去，降低精矿中的非铁杂质含量，就可使电炉熔炼的酸溶性钛渣的TiO2含量达到80%左右；如采用大型化矩形密闭电炉在具有丰富水电的地区进行大规模生产，合理利用副产品半钢，大幅度降低生产成本，就能促进酸溶性钛渣在我国的广泛应用。
6.2.1.2 半密闭电炉熔炼钛渣半密闭电炉的熔炼方法与目前我国敞口电炉方法不同，采用一次性加入粉料的熔炼方法。
钛铁精矿与破碎好的无烟煤按比列配料之后送至炉顶的混合料仓，经计量从炉中心加料进入炉内。
加料后采用手动方式调节三相功率进行还原熔炼，待三相功率基本稳定后转为自动调节。
该种粉料入炉的工艺，消除了以前使用沥青作粘结剂的团料工艺常发生塌料翻渣现象，不需要进行捣炉作业，可实现机械化作业，减轻了操作人员的劳动强度，并同时消除了沥青的毒害，但是这种熔炼方法生产的钛渣还原度不宜太高。
6.2.1.3 密闭电炉熔炼钛渣在敞口电炉冶炼钛渣时，经常发生塌料，容体喷溅到炉表面冷料区结成坚硬的料壳，造成大量热损失，使炉料的透气性变坏，从而加剧料壳的断裂塌陷。
电炉容量越大，这种塌料喷渣现象就越严重。
炉表面的料壳需在出炉后用人工或机械方法捣入炉底，方可重新加入新料进行冶炼。
该法不适用于密闭电炉，因为塌料喷渣不仅会严重腐蚀炉顶，而且需要进行捣炉作业。
在密闭电炉中，炉盖具有除尘、保温等作用，可大大减少热辐射损失，因此连续加料的开弧熔炼方法可应用在密闭电炉中。
但采用这种熔炼方法时，布料、电炉叁数和电气制度的选择必须合理，才能获得较好的技术经济指标。
密闭电炉熔炼钛渣与敞口电炉比较，有如下优点：1）热损失减少，电耗减低5%-8%，TiO2回收率提高了5%左右；2）还原熔炼在密闭的还原气氛下进行，避免了电极的高温氧化和还原剂的氧化烧损，电极和还原剂消耗分别减少了50%和30%；3）无噪音，消除了烟尘污染，并可回收电炉煤气，有利于环境保护和改善劳动条件；4）炉况稳定，不需要进行捣炉作业，减轻工人劳动强度，有利于实现机械化作业。
密闭电炉熔炼钛渣可克服敞口电炉熔炼的许多缺点，是一种先进的熔炼钛渣方法。
按炉型不同，有圆形密闭电炉和矩形密闭电炉之分。
①圆形密闭电炉圆形密闭电炉冶炼钛渣时，由于钛渣熔炼温度高，又是开弧熔炼，圆形炉3根电极呈三角形排列，中心过热又比较严重，因而炉中心温度很高，对炉体和炉盖的热侵蚀严重，炉盖寿命短；而且圆形炉盖结构复杂，检修和更换都比较困难。
另外，粉料入炉也是个问题，因为国内钛精矿的粒度都比较细，不易加入炉内。
采用粉料入炉的圆形密闭电炉熔炼钛渣工艺能否成功的用于工业生产，还有待工业实验加以证实。
②矩形密闭电炉矩形密闭电炉熔炼钛渣与圆形密闭电炉比较，有如下优点：1) 圆形电炉的容量受其过热现象限制，而矩形电炉不受限制，在熔炼钛渣的大型密闭电炉选择矩形炉为宜。
2) 矩形电炉由三个单相变压器供电，每个变压器分别与相应的两根电极连接构成三相，避免了相与相之间干扰，熔炼过程在多区进行，有利于熔炼过程的平稳，局部过热现象大大减轻，这对于提高经济指标和炉体寿命是有利的。
3) 矩形电炉的熔炼过程是连续进行的，而圆形电炉不是。
4) 在设计一个相同功率的电炉时，矩形电炉的电极直径和单个变压器功率要比圆形电炉小，这对于建造大型密闭电炉特别重要。
5) 矩形密闭炉的炉盖结构比较简单，制造、维修和更换都比较容易。
6.2.2 人造金红石生产方法…3，4‟目前，生产人造金红石主要以钛精矿为原料，生产方法有还原锈蚀法、盐酸浸出法、硫酸浸出法等，所得人造金红石中，TiO2含量均大于90%。
6.2.2.1 Becher还原锈蚀法目前澳大利亚的ILUKA公司使用58%－63% TiO2的钛砂矿，生产含TiO290%以上的人造金红石，其生产工艺如图6-3所示。
将钛铁矿进行高温氧化后，在特制的窑内加入反应性好的煤还原，冷却后用磁选分离出残炭，然后将还原后的钛铁矿投入锈蚀槽，在初始PH值6－7的1.5%－2%NH4CL溶液中锈蚀约12小时，再用旋流器将富钛料和水合氧化铁分开，再经稀硫酸溶液浸除去部分残铁和锰，最后经过滤、洗涤、干燥后得到人造金红石。
图6-3 Becher工艺该工艺适合高品位（TiO2>54%）的钛砂矿，并且随TiO2的品位越高其生产成本也越低，原料中TiO2的最佳品位在60%－63%之间。
该工艺的局限性是仅可除去铁和锰，不能除去其它非铁杂质。
6.2.2.2 BCA盐酸循环浸出法（Benillite）该工艺采用重油为钛铁矿的还原剂，然后用盐酸将Fe、Ca、Mg等漂洗出来，目前在美国的克尔－麦吉（Kerr-McGee）公司、印度稀土有限公司都使用该工艺生产人造金红石，该工艺通常采用含54%—65%TiO2的钛铁矿为原料，最佳品位是TiO2 >60%，工艺如图6-4所示。
首先用重油在回转窑中将钛铁矿中的Fe3+还原Fe2+，反应温度为870℃，产物的金属化率为80－95%。
还原料冷却后，加入球型回转压煮器中用18－20%的盐酸浸出，浸出过程中将FeO转化为FeCl2，且溶解掉钛铁矿中的一系列杂质，如Mn、Mg、Ca、Cr等，将18－20%的盐酸蒸汽注入压煮器以提供所必需的热，避免了水蒸汽加热引起的浸出液变稀的问题。
浸出之后，固相物经带式真空过滤机进行过滤和水洗后，在870℃煅烧成人造金红石。
浸出母液中的铁和其他金属氯化物，采用传统的喷雾焙烧技术再生，用洗涤水吸收分解出来的HCl，形成浓度为18－20%的盐酸，返回浸出使用。
图6-4 BCA盐酸循环浸出法（Benillite）BCA盐酸循环浸出法具有可以除去大多数的杂质，获得高品位的人造金红石，全部废酸和洗涤水都能再生和循环使用等优点。
但该工艺的盐酸回收系统成本较高，同时生产设备需要专门的防腐材料制造。
6.2.2.3 选－冶联合稀盐酸加压浸出生产工艺1984年，成都科大与自贡东升钛黄厂等单位采以Φ3000mm浸出罐为主体试验设备，进行稀盐酸加压浸出生产人造金红石工艺研究，该工艺先将钛铁矿用20%的稀盐酸加压浸取，钛铁矿中的铁、钙、镁等杂质溶解后，TiO2与杂质分离，再经过过滤和煅烧，最后得到人造金红石，产品人造金红石含TiO2≥94%，CaO+MgO≤0.5%。
目前，该工艺已实现了工业化生产，浸取球的耐酸效果较好，但未实现盐酸的再生和循环使用，从而造成生产成本较高和环保问题严重。
6.2.2.4 选择氯化法1980年，北京有色研究总院等单位以攀枝花钛铁矿为原料进行了人造金红石的试验，该方法利用钛铁矿中各组分在氯化过程中热力学的差异，控制适当配碳量，在900－1000℃条件下有选择地将杂质氯化，而钛不被氯化，并根据氯化物的物理、化学特性使之分离，以达到富集TiO2的目的，该方法制得的人造金红石品位为83%左右，而钙、镁含量较高，要进一步降低杂质含量，技术难度较大，经济上不合理，氯化时伴有大量的氯化铁和其它附产物存在，同时难以解决氯化钙和氯化镁在底部富集凝结而使氯化无法进行等问题。
6.2.2.5 预氧化－流态化盐酸浸出法长沙矿冶院以攀枝花钛铁矿为原料，其工艺流程主要是把钛铁矿在回转窑氧化焙烧，冷却后加入流态化浸出塔，用稀盐酸三段逆浸取，再经洗涤、过滤、煅烧并制得人造金红石，由浸取塔排出的废酸母液，除部分回流外，其余可用于生产FeCl3、MgCl2、铁红等多种产品，该工艺较好的解决了攀枝花钛铁矿在酸浸过程中的粉化问题，生产的产品TiO2＞90%，但尚未实现盐酸的再生和循环使用，还存在处理废酸母液的副流程较长等问题。
