1、第第3章章 钛钛冶金（冶金（Metallurgy On Titanium）3.1 概述概述3.1.1 冶金冶金简史简史 1791年年 英国英国 格列盖尔格列盖尔(W.Gregor)研究钛铁矿时发现了钛的二氧化物研究钛铁矿时发现了钛的二氧化物 1795年年 德国德国 克拉普罗特克拉普罗特(M.H.Klaproth)发现元素钛并命名为发现元素钛并命名为titanium 1910年年 美国美国 亨特亨特(M.A.Hunter)用金属钠还原用金属钠还原TiCl4制得了较纯的金属钛制得了较纯的金属钛 1925年年 瓦阿克尔瓦阿克尔(Van Arkel)用碘化钛热离解法得到了高纯金属钛用碘化钛热离解法得到
2、了高纯金属钛 1940年年 卢森堡人卢森堡人 克劳尔克劳尔(W.J.Kroll)用金属镁还原用金属镁还原TiCl4制得了金属钛该法制得了金属钛该法 已经成为海绵钛生产的传统方法已经成为海绵钛生产的传统方法第二篇第二篇 钛在地壳中丰度为钛在地壳中丰度为0.56%第第位，按结构金属算，仅位，按结构金属算，仅次于铁、铝，属于第次于铁、铝，属于第金属。金属。钛是一种典型的钛是一种典型的亲岩石亲岩石元素，存在于所有的岩浆岩中，元素，存在于所有的岩浆岩中，分布极广：遍布于岩石、砂土、粘土、海水、动植物甚至分布极广：遍布于岩石、砂土、粘土、海水、动植物甚至月球和陨石中。月球和陨石中。TiO2-FeO-Fe2
3、O3三者可以可以形成无限固熔体，按三者可以可以形成无限固熔体，按照不同比例可形成多种化合物。已经发现的含钛照不同比例可形成多种化合物。已经发现的含钛1以上的以上的矿石有矿石有140多种，但有工业价值的只有十几种，其中工业应多种，但有工业价值的只有十几种，其中工业应用的是：用的是：钛铁矿（钛铁矿（FeTiO3）、金红石金红石（TiO2）和和白钛矿白钛矿（CaTiSiO2）。）。1948年，世界产量年，世界产量2吨，目前吨，目前 全世界年产量全世界年产量10万吨。万吨。我国从我国从1949年开始建设钛冶炼工业。年开始建设钛冶炼工业。钛的矿物资源钛的矿物资源 3.1.2 钛的性质钛的性质(1)(1)
4、钛的钛的 第第IVB族，原子序数族，原子序数22，原子量，原子量47.90。银白色银白色,外观似钢外观似钢。钛有两种晶型，在。钛有两种晶型，在882882以下为以下为-钛钛(h.c.ph.c.p););高于高于882882为为-钛钛(b.c.cb.c.c)。密度密度4.5054.505g/cmg/cm3 3,熔点熔点16601660 1010 ，沸点沸点3262 3262。钛中的钛中的C C、N N、O O杂质对钛的硬度、脆性影响很大；杂质对钛的硬度、脆性影响很大；FeFe增增加硬度、降低耐蚀性；微量加硬度、降低耐蚀性；微量O O、N N （2 2）钛的化学性质钛的化学性质钛的化学性质相当活泼
5、，可与很多元素钛的化学性质相当活泼，可与很多元素反应或形成固溶体。反应或形成固溶体。金属钛在金属钛在-196500 温度范围内，在温度范围内，在空气中很稳定。空气中很稳定。钛有强烈的吸气性质。钛有强烈的吸气性质。钛的耐蚀性。钛的耐蚀性。3.1.3 钛的用途钛的用途 钛材有三大特点：钛材有三大特点：比强度大；耐腐蚀；温度适应范围广，比强度大；耐腐蚀；温度适应范围广，在在-253500。在航空、航天工业上应用。在航空、航天工业上应用。空中金属空中金属；在化工（在化工（烧碱、造纸烧碱、造纸）、冶金（）、冶金（浸出槽、罐、管道、泵等浸出槽、罐、管道、泵等）石油（石油（开采、石化开采、石化）等工业应用。
6、）等工业应用。陆地金属陆地金属；船舶制造、海水淡化、海洋石油开采等：船舶制造、海水淡化、海洋石油开采等：前苏联建造的前苏联建造的3000t级核潜艇级核潜艇67艘，用钛合金板制作双层壳体。这些核潜艇具有无磁性，下潜深度深艘，用钛合金板制作双层壳体。这些核潜艇具有无磁性，下潜深度深(达达900m)和航：速快等特点，每艘用钛和航：速快等特点，每艘用钛560t；海上金属海上金属。在国防工业中的应用：在国防工业中的应用：火箭、导弹火箭、导弹外壳、喷嘴、火箭发外壳、喷嘴、火箭发动机、高压容器、液体燃料贮箱、机翼动机、高压容器、液体燃料贮箱、机翼兵器：兵器：炮筒、车辆、装甲板、防弹背心、头盔、炮筒、车辆、装
7、甲板、防弹背心、头盔、雷达三角支架、坦克天窗雷达三角支架、坦克天窗 在医疗领域中的应用：在医疗领域中的应用：人造关节、假肢、轮椅、牙齿矫人造关节、假肢、轮椅、牙齿矫形器、金属缝线形器、金属缝线。在日用品方面的应用：在日用品方面的应用：网球、羽毛球的球拍；高尔夫球的球棒长柄、金属网球、羽毛球的球拍；高尔夫球的球棒长柄、金属面；击剑用的面罩；登山用的冰杖、登山钉、螺钉；钓鱼用的绕线架；滑雪用的把手、滑雪板；旅行用自行面；击剑用的面罩；登山用的冰杖、登山钉、螺钉；钓鱼用的绕线架；滑雪用的把手、滑雪板；旅行用自行车的车身、各零部件车的车身、各零部件 功能材料：功能材料：超导、储氢合金、形状记忆合金超导
8、、储氢合金、形状记忆合金3.1.4 钛矿物钛矿物 钛通常以二氧化钛或钛酸盐的形态存在钛通常以二氧化钛或钛酸盐的形态存在.生产钛主要矿物原料是生产钛主要矿物原料是金红石金红石和和钛铁矿钛铁矿.金红石中金红石中TiO2的质量分数为的质量分数为95%左右，密度左右，密度4.24.3g/cm3,主要产自澳大利亚。主要产自澳大利亚。钛铁矿组成为钛铁矿组成为FeTiO3，分布最广。密度分布最广。密度4.565.20g/cm3，呈黑色或黑褐色。呈黑色或黑褐色。中国的钛资源：中国的钛资源：岩矿岩矿主要集中在四川攀西地区，主要集中在四川攀西地区，占全国总量的占全国总量的90以上，还有河北承德的大庙以上，还有河北
9、承德的大庙地区；地区；砂矿砂矿集中在广东、广西、海南集中在广东、广西、海南3.1.5 现行钛冶金工业的生产流程现行钛冶金工业的生产流程现行钛工业生产根据产品不同分为两种类型现行钛工业生产根据产品不同分为两种类型:第一类型：以第一类型：以金属钛金属钛为目标产品的海绵钛为目标产品的海绵钛制取制取(占钛冶金总量的占钛冶金总量的8%)金属钛工艺金属钛工艺;第二类型：第二类型：钛白钛白生产生产.(占钛冶金总量占钛冶金总量92%)不论不论Hunter法（钠还原）还是法（钠还原）还是Kroll（镁镁还原）生产钛的过程还原）生产钛的过程,都包括都包括三个主要步三个主要步骤、涉及骤、涉及二个循环二个循环：（1）
10、富钛料的制取。若用金红石为原料，富钛料的制取。若用金红石为原料，这一步可省略。这一步的主要目的是尽可这一步可省略。这一步的主要目的是尽可能除取钛铁矿中组分铁，提高原料中钛的能除取钛铁矿中组分铁，提高原料中钛的品位。品位。（2）TiCl4的生产。这一步是将钛由氧化的生产。这一步是将钛由氧化物形态转变成氯化物形态。包括氯化过程物形态转变成氯化物形态。包括氯化过程和粗和粗TiCl4的精制、纯化过程。的精制、纯化过程。（3）TiCl4的还原。这一步是将钛由氯的还原。这一步是将钛由氯化物还原为金属钛的过程。化物还原为金属钛的过程。三个步骤制取金制取金属钛的属钛的两种方两种方法：法：（4）镁循环镁循环。内
11、循环与外循环。内循环与外循环。（5）氯循环氯循环。产品：钛白、海绵钛、金属钛及其制品、产品：钛白、海绵钛、金属钛及其制品、钛铁合金、金属钛粉、人造金红石、四钛铁合金、金属钛粉、人造金红石、四氯化钛、钛渣。氯化钛、钛渣。两个循环两个循环氯循环Mg循环循环 3.2 钛铁矿精矿钛铁矿精矿的的还原熔炼还原熔炼预富集预富集方法之一方法之一 富集含钛物料的原因富集含钛物料的原因 （1）在后续工序中，减少其他原料消耗，）在后续工序中，减少其他原料消耗，降低生产成本；降低生产成本；（2）减轻后续分离、净化）减轻后续分离、净化、处理副产品工处理副产品工序的负担，简化工艺过程；序的负担，简化工艺过程；（3）增大设
12、备单位容积的产能。）增大设备单位容积的产能。钛铁矿精矿还原熔炼原理：钛精矿中主要伴钛铁矿精矿还原熔炼原理：钛精矿中主要伴生生FeO 和和Fe2O3，由于由于钛和铁对氧的亲和力钛和铁对氧的亲和力不同不同，它们的氧化物生成自由焓有较大的差，它们的氧化物生成自由焓有较大的差异，因此，异，因此，经过选择性还原熔炼，分别获得经过选择性还原熔炼，分别获得生铁和富钛渣生铁和富钛渣。在矿热式在矿热式电弧炉电弧炉内，于内，于16001800高温下还原熔炼钛铁矿。一般以高温下还原熔炼钛铁矿。一般以无烟煤无烟煤或或石石油焦油焦为为，所得凝聚态产物为，所得凝聚态产物为生铁生铁和和。由于。由于钛铁矿的熔化温度约为钛铁矿
13、的熔化温度约为1470，所以还原过程大部分时间是在熔融状态下进所以还原过程大部分时间是在熔融状态下进行。行。，因此渣相，因此渣相浮在上面，熔融铁水位于下面。浮在上面，熔融铁水位于下面。固态还原过程固态还原过程(1500K)Fe2O3+C=2FeO+CO Fe2TiO5+TiO2+C=2FeTiO3+COFeTiO3+TiO2=FeTi2O5(亚铁板钛矿亚铁板钛矿)FeTiO3+C=Fe+TiO2+CO FeTiO3+CO=Fe+TiO2+CO2 CO2+C=CO主要是铁氧化物的还原，主要是铁氧化物的还原，Ti还原的很少还原的很少(TiO2、亚铁板钛矿亚铁板钛矿)熔化造渣过程熔化造渣过程(150
14、02000K)中温：中温：15001800K：相当数量的相当数量的TiO2被还原成：被还原成：Ti3O5,Ti2O3,TiO等低等低价钛氧化物价钛氧化物高温：高温：18002000K：钛铁矿被还原成钛铁矿被还原成TiC（入渣相）、入渣相）、Ti（溶解入铁相）溶解入铁相）钛化合价变化顺序：钛化合价变化顺序：TiO2 Ti3O5 Ti2O3 TiO TiC Ti(Fe)实际：熔炼工程中：实际：熔炼工程中：各种价态共存，相对数量与熔炼温度、还原度有关。各种价态共存，相对数量与熔炼温度、还原度有关。还原工程中，还原工程中，CO的作用主要体现在低温（的作用主要体现在低温（10731273K）还原铁氧化物
15、。还原铁氧化物。敞口电炉中作用很小敞口电炉中作用很小钛渣产物的特点钛渣产物的特点 （1）化学组成）化学组成 TiO2：7896%,FeO：3.46%,SiO2：0.884%,CaO：0.282%,Al2O3：1.253%,MgO：0.48%,MnO：12%,V2O5：0.15%,Cr2O3：0.21.7%（2）物相组成）物相组成 A、以以Ti3O5晶格结构为基础的晶格结构为基础的黑钛石黑钛石，属于，属于斜方晶系，化学组成为：斜方晶系，化学组成为：m(Ti,Al,Fe)2O3 TiO2 n(Ti,Mg,Fe)O 2TiO2,m+n=1 B、以以Ti2O3晶格结构为基础的晶格结构为基础的塔基洛夫石
16、塔基洛夫石，属于菱形晶格，化学组成为：属于菱形晶格，化学组成为：u(Ti,Mg,Fe)O TiO2 v(Ti,Al,Fe)2O3,u+v=1 C、嵌于上述两相间的玻璃质嵌于上述两相间的玻璃质 D、机械夹杂的微小金属铁珠机械夹杂的微小金属铁珠 E、少量的少量的TiC、TiN、TiO及其固溶体等及其固溶体等 选矿选矿熔炼熔炼分离分离3.3 预处理方法二预处理方法二从钛铁矿精矿生产人造金红石从钛铁矿精矿生产人造金红石 人造金红石用途人造金红石用途 （1）制造氯化钛的原料）制造氯化钛的原料 （2）制备电焊条的涂料）制备电焊条的涂料 主要方法主要方法 （1）选择氯化法）选择氯化法 控制配碳量（约为精矿量
17、的控制配碳量（约为精矿量的6 8%），），在在8001000 下下，钛铁矿中的铁被优先钛铁矿中的铁被优先氯化并挥发：氯化并挥发：FeOTiO2(s)+C+3/2Cl2(g)=FeCl3(g)+TiO2(s)+CO(g)氯化后的固体料经过湿法除去过剩的碳氯化后的固体料经过湿法除去过剩的碳和和MgCl2,CaCl2,磁选除去未被氯化的磁选除去未被氯化的钛铁矿后，可获得钛铁矿后，可获得TiO2的质量分数达的质量分数达90%以上的人造金红石。氯化过程在沸以上的人造金红石。氯化过程在沸腾炉中进行。产生的腾炉中进行。产生的FeCl3可回收利用。可回收利用。（2）还原锈蚀法）还原锈蚀法 将还原后的物料在酸性
18、（将还原后的物料在酸性（NH4Cl的质量的质量 分数为分数为1.52%)水溶液中通空气搅拌，水溶液中通空气搅拌，使铁变成使铁变成Fe(OH)2，再进一步氯化变成铁再进一步氯化变成铁锈（锈（Fe2O3H2O)，呈细散粉末状，就很呈细散粉末状，就很容易将其漂洗出来，获得的人造金红石中容易将其漂洗出来，获得的人造金红石中的的TiO2的质量分数大于的质量分数大于92%。（3）酸浸法）酸浸法 盐酸法和硫酸法。盐酸法和硫酸法。（4）其他方法）其他方法3.4 四氯化钛的生产四氯化钛的生产3.4.1 氯化反应的物理化学基础氯化反应的物理化学基础 TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)G0
19、T=199024 51.88T(J)(2981300K)当当1000K时，时，G01000K=147.1kJ KP=pTiCl4pO2/p2Cl2=2.0610-8 由此求得系统在由此求得系统在pO2=0.1MPa,pCl2=0.1MPa的条件下，四氯化钛平衡分压的条件下，四氯化钛平衡分压:pTiCl4=2.06=2.061010-9-9MPaMPa。因此，从反应热力学角度看，因此，从反应热力学角度看，二氧化钛和氯二氧化钛和氯气之间的反应不能自动进行气之间的反应不能自动进行。但在有但在有碳碳存在的条件下，二氧化钛的氯化反存在的条件下，二氧化钛的氯化反应在较低的温度（应在较低的温度（700700
20、-900-900）下即能顺利）下即能顺利进行。其总反应式可表示为：进行。其总反应式可表示为：TiO2(s)+2Cl2(g)+C(g)=TiCl4(g)+TiO2(s)+2Cl2(g)+C(g)=TiCl4(g)+CO2(g)CO2(g)G G0 0T T=-194815 =-194815 53.30 53.30T T(J)(J)当当1000K时，时，G01000K=-248115 kJ KP=pTiCl4pCO2/p2Cl2=9.261012 说明反应可以自动进行说明反应可以自动进行。3.4.2 影响氯化速度的因素影响氯化速度的因素 (1)温度。（温度。（700）（2）氯气分压。）氯气分压。（
21、3）氯气流速。）氯气流速。（4）沸腾层内）沸腾层内TiO2质量分数。质量分数。（5）物料特性。）物料特性。3.4.3 钛渣的沸腾氯化钛渣的沸腾氯化在生产中有三种氯化的工艺方法在生产中有三种氯化的工艺方法,即固定即固定床氯化、沸腾氯化和熔盐氯化。床氯化、沸腾氯化和熔盐氯化。沸腾氯化炉沸腾氯化炉 氯化温度：氯化温度：8001000 氯化过程为扩散控制氯化过程为扩散控制 沸腾层的特点：一定颗粒的固定物料被沸腾层的特点：一定颗粒的固定物料被一定流速的气体（或）液体托起。一定流速的气体（或）液体托起。沸腾炉的构造及工作原理。沸腾炉的构造及工作原理。沸腾氯化系统沸腾氯化系统 从炉内排除的气体含有：固体细颗
22、粒；从炉内排除的气体含有：固体细颗粒；TiCl4蒸气，还含有其它气体如产物及蒸气，还含有其它气体如产物及未反应的氯气等。未反应的氯气等。与与TiCl4生产相关的各种气体依沸点不同分三类：生产相关的各种气体依沸点不同分三类：A、沸点低于沸点低于150，在常温下呈液态，在常温下呈液态（TiCl4、VOCl3、SiCl4、CCl4、PoCl3）B、沸点在沸点在150350之间，其特点之间，其特点是气态直接变成固体物质（是气态直接变成固体物质（AlCl3 FeCl3)TiCl4的熔点：的熔点：23度、沸点：度、沸点：136度度 C、高沸点氯化物（高沸点氯化物（MgCl2、CaCl2 FeCl2、MnC
23、l2)工作原理工作原理粗四氯化钛的纯度可达粗四氯化钛的纯度可达97.8%,其中含有其中含有FeCl3、MnCl2、MgCl2、SiCl4等杂质。等杂质。3.4.4 熔盐氯化熔盐氯化 熔盐氯化是将一定组成和性质的混合盐放入熔熔盐氯化是将一定组成和性质的混合盐放入熔盐氯化炉中熔化盐氯化炉中熔化,加入富钛渣和碳电解质还原加入富钛渣和碳电解质还原剂剂,并通以氯气进行氯化的方法并通以氯气进行氯化的方法.熔盐氯化炉结构图及工作原理熔盐氯化炉结构图及工作原理.较佳熔盐成分的质量分数较佳熔盐成分的质量分数:TiO21.55%,C25%,NaCl1020%,KCl3040%,MgCl21020%,CaCl251
24、0%,(FeCl2+FeCl3)1012%,SiO236%,Al2O336%.与沸腾氯化相比，熔盐氯化的优缺点：与沸腾氯化相比，熔盐氯化的优缺点：（1）原料适应性强。）原料适应性强。（2）气相产物中）气相产物中TiCl4分压高。分压高。（3）粗）粗TiCl4中杂质含量较少。中杂质含量较少。（4）熔盐氯化需消耗熔盐，产生废盐。）熔盐氯化需消耗熔盐，产生废盐。3.5 粗四氯化钛的精制粗四氯化钛的精制3.5.1 粗四氯化钛中的杂质及除杂方法粗四氯化钛中的杂质及除杂方法 粗四氯化钛中的杂质粗四氯化钛中的杂质 固体悬浮物固体悬浮物和和溶解溶解于四氯化钛中的杂质于四氯化钛中的杂质 固体悬浮物固体悬浮物:T
25、iO2、SiO2、MgCl2、ZrCl4、FeCl2、C、FeCl3、MnCl2、CrCl3可溶于四氯化钛的杂质可溶于四氯化钛的杂质 常温下为气体的：常温下为气体的：H2 O2 HCl Cl2 CO CO2 COCl2 COS 常温下为液体常温下为液体 S2Cl2 CCl4 VOCl3 SiCl4 CHCl3 CS2 CCl3COCl SnCl4 常温下为固体常温下为固体 AlCl3 FeCl3 NbCl5 TaCl5 MoCl5 C6Cl6 TiOCl2 Si2OCl6 提纯粗四氯化钛的方法提纯粗四氯化钛的方法 过滤法过滤法除取固体悬浮物；除取固体悬浮物；物理法物理法（蒸馏（蒸馏或精馏）和或
26、精馏）和化学法化学法除取溶解杂质除取溶解杂质蒸馏法蒸馏法是基于溶解在四氯化钛中的杂质是基于溶解在四氯化钛中的杂质的沸点与四氯化钛沸点的差别。在粗四的沸点与四氯化钛沸点的差别。在粗四氯化钛中质量分数大于氯化钛中质量分数大于0.1%的某些杂的某些杂质化合物的沸点及在四氯化钛中的溶解质化合物的沸点及在四氯化钛中的溶解度度.物质物质沸点沸点/质量分数质量分数/%溶解度溶解度/%/VOCl31270.10.3无限无限TiOCl2_0.040.50.44(20)2.4(120)SiCl4570.11.0无限无限AlCl31800.010.50.26（18)4.8(125)COCl28.20.00050.1
27、555（20）2（80）TiCl4的熔点：的熔点：23度、沸点：度、沸点：136度度3.5.2 除钒除钒 利用四价钒化合物利用四价钒化合物(VOCl2)难溶于难溶于TiCl4中的性质而将五价的中的性质而将五价的VOCl3还还原成四价的原成四价的VOCl2。（1）铜法和铝法）铜法和铝法 VOCl3+Cu=VOCl2+CuCl AlCl3+H2O=AlOCl +2HCl 3TiCl4+Al=3TiCl3+AlCl3 TiCl3+VOCl3=TiCl4+VOCl2 (2)硫化氢法硫化氢法 2VOCl3+H2S=2VOCl2 +2HCl+S(3)碳氢化物法碳氢化物法 碳氢化物（如石油、矿物油）作还原剂
28、，碳氢化物（如石油、矿物油）作还原剂，加入到四氯化钛中，加热到加入到四氯化钛中，加热到130，使碳，使碳氢化合物碳化，新产生的碳粒具有很大的氢化合物碳化，新产生的碳粒具有很大的活性，使活性，使VOCl3还原成还原成VOCl2。3.5.3 精馏法净化精馏法净化四氯化钛精馏净化在不锈钢制的精馏塔四氯化钛精馏净化在不锈钢制的精馏塔中进行中进行.精馏过程分两阶段精馏过程分两阶段:(1)蒸馏除去蒸馏除去SiCl4和其他低沸点的杂质。和其他低沸点的杂质。（2）将）将TiCl4蒸馏出来，使其与高沸点的蒸馏出来，使其与高沸点的杂质分离开，杂质分离开，TiCl4经冷凝后获得含杂经冷凝后获得含杂质极少的无色透明或
29、微带黄色的液体，质极少的无色透明或微带黄色的液体，其杂质含量接近光谱纯程度。其杂质含量接近光谱纯程度。3.6 镁热还原法生产海绵钛镁热还原法生产海绵钛3.6.1 还原过程基本原理还原过程基本原理用镁还原法生产金属钛是在密闭的钢制反用镁还原法生产金属钛是在密闭的钢制反应器中进行应器中进行.将纯金属镁放入反应器中并充将纯金属镁放入反应器中并充满惰性气体满惰性气体,加热使镁熔化加热使镁熔化(650),在在800900 下下,以一定的流速放入以一定的流速放入TiCl4与熔融的镁反应。与熔融的镁反应。TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti G01000K=-312.66kJ3.6.2 还原工艺实践还原工
30、艺实践原料原料 还原剂镁还原剂镁;精精TiCl4;氩气。氩气。生产工艺生产工艺主体设备主体设备 还原反应器按有无内坩锅分两种；按排还原反应器按有无内坩锅分两种；按排放氯化镁方式分为上排式、侧排式和下放氯化镁方式分为上排式、侧排式和下排式三种。排式三种。3.6.3 还原产物的真空蒸馏和海绵钛还原产物的真空蒸馏和海绵钛砣的处理砣的处理真空蒸馏是基于在温度真空蒸馏是基于在温度8001000 下下镁与氯化镁有较大的蒸气压而钛的蒸气镁与氯化镁有较大的蒸气压而钛的蒸气压很小压很小,让镁及氯化镁在真空下挥发后冷让镁及氯化镁在真空下挥发后冷凝在冷凝器上凝在冷凝器上,钛留在原来的还原罐内钛留在原来的还原罐内,从
31、从而使钛与其他组分分离而使钛与其他组分分离.真空蒸馏的方式及设备真空蒸馏的方式及设备 海绵砣的处理海绵砣的处理3.6.4 镁还原法的主要技术经济指标镁还原法的主要技术经济指标与镁循环问题与镁循环问题金属回收率金属回收率(从纯四氯化钛算从纯四氯化钛算起起)9598%(从钛渣到商品钛回收率小从钛渣到商品钛回收率小于于80%);产品合格率产品合格率9296%;电能消耗电能消耗400010000kWh/t(Ti)（不包括镁电不包括镁电解）解）镁循环镁循环 外循环外循环：在还原过程中排放出的氯化镁：在还原过程中排放出的氯化镁经熔盐电解制取金属镁后再度返回使用。经熔盐电解制取金属镁后再度返回使用。内循环内
32、循环：在蒸馏过程中所用的冷凝套筒：在蒸馏过程中所用的冷凝套筒在还原工序被用作内坩锅。在还原工序被用作内坩锅。氯循环氯循环 镁电解副产品氯气用来四氯化钛生产，镁电解副产品氯气用来四氯化钛生产，镁还原又得到氯化镁，循环使用。镁还原又得到氯化镁，循环使用。3.7 钛的精炼钛的精炼3.7.1 电解精炼电解精炼 钢制阴极钢制阴极,碱金属氯化物作电解质碱金属氯化物作电解质,含含杂质粗钛制成棒状阳极杂质粗钛制成棒状阳极;杂质元素与杂质元素与钛的析出电位不同钛的析出电位不同,Ti2+Ti3+形态转形态转入熔液中，在阴极上发生低价钛离入熔液中，在阴极上发生低价钛离子还原成金属钛的电化学反应。电子还原成金属钛的电
33、化学反应。电解是在解是在800850 下进行。下进行。对铬、锰、铝、钒无能为力。电解对铬、锰、铝、钒无能为力。电解精炼钛的纯度为精炼钛的纯度为99.699.8%。3.7.2碘化法精炼碘化法精炼 钛在钛在100200 与碘作用生成碘化钛与碘作用生成碘化钛蒸气：蒸气：Ti(g)+2I2(g)=TiI4(g)碘化钛蒸气在碘化钛蒸气在13001500 的钛金属的钛金属丝上发生分解反应释放出来的碘在较低丝上发生分解反应释放出来的碘在较低温取重新与粗钛反应，如此循环，由碘温取重新与粗钛反应，如此循环，由碘将纯钛输送到金属丝上。将纯钛输送到金属丝上。TiI4(g)=Ti(s)+2 I2(g)思考题：思考题：
34、1 目前生产金属钛的主要矿物类型？目前生产金属钛的主要矿物类型？2 从钛铁矿到冶炼出海绵钛的主要过程？从钛铁矿到冶炼出海绵钛的主要过程？3 钛铁矿精矿的还原熔炼的原理是什么？钛铁矿精矿的还原熔炼的原理是什么？4 粗四氯化钛生产的基本原理？粗四氯化钛生产的基本原理？5 钛渣氯化的方法有几种？钛渣氯化的方法有几种？6 粗四氯化钛中杂质的种类？除钒方法？粗四氯化钛中杂质的种类？除钒方法？7 镁还原生产海绵钛的基本原理？镁还原生产海绵钛的基本原理？8 在金属钛的生产过程中，什么是镁循环？在金属钛的生产过程中，什么是镁循环？9 钛的精炼方法？基本原理？钛的精炼方法？基本原理？钛的应用领域海绵钛的质量标准相关背景TiCl4电解TiCl4电解过程中的反应电解TiCl4工艺总结
