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開發新型钛冶金工藝

更新時間:2016/06/17 09:28:38    浏覽次數: 2603     文章來源: 搜钛網

 钛是地殼中含量最豐富的元素之一,但是,自從钛在200多年前被發現以來,因提煉困難一直被列為稀有金屬的行列。從20世紀後半葉起,随着航空工業的發展,钛冶煉才受到人們的關注。钛是高熔點金屬,其密度較小,钛合金的強度可與高強度鋼相媲美,同時具有很好的耐腐蝕能力,钛合金的這些優點,使其當之無愧地被稱為太空金屬,又具有海洋金屬的美譽。然而,至今為止,全球金屬钛的産量還不到原鋁産量的1%,也不到钛白粉産量的1/10。造成這一現象的主要原因在于現行的钛金屬生産方式的缺陷。目前,國内外钛金屬主要是以鎂熱還原TiCl4來生産的,稱為Kroll法。其基本流程是:裝有金屬鎂的不鏽鋼反應器被升溫到950,注入精制過的TiCl4,發生反應并放熱,反應結束後副産品MgCl2和剩餘的鎂用真空抽走,循環使用,待反應器冷卻後,打開反應器獲得海綿钛Kroll法自一開始就因其成本高、還原效率低而受到批評。該法生産成本高的原因主要有:

 (1)耗時,全過程從TiO2的氯化開始到生産出海綿钛需要17天;

 (2)耗能,吸熱的化學還原與放熱的化學還原分别在不同的反應器中完成,潛能未能利用,生産1噸钛耗能6945kW·h

 (3)耗力:勞動強度大,反應需要在真空及保護氣氛下進行,而且過程非連續,間歇操作;

 (4)原料貴:MgTiCl4約占成本的71%

 (5)環境負荷大:TiCl4Cl2具有強腐蝕性,生産過程需要在密閉體系中進行,不允許有任何洩漏,也因此設備投資比較大。半個世紀過去了,該工藝并沒有發生根本性的改變,仍然是間歇式生産,未能實現生産的連續化,故生産成本很高。

 鑒于以上原因。現在全世界都在努力開發新的钛冶金技術。

 最近,我國北京科技大學開發了可溶陽極電解钛提取方法,被稱為USTB工藝。由于钛的碳氧化物在一定的成分範圍内具有導電性,因此可以用于陽極電解溶出,同時在陰極上獲得金屬钛。USTB工藝采用含钛的可溶性陽極材料為钛源,電解制取高純钛。其具體工藝分為碳熱還原和熔融鹽電解兩個部分。工藝中可溶性陽極TiCxOy的制備是以TiO2和石墨為原材料,以一定的化學計量配比混合壓制,将壓制所獲的塊體原料在一定的熱處理溫度下進行燒結得到可溶性陽極材料TiCxOy。制備得到的塊體材料連接成陽極,在熔融鹽中進行電解。在電解制備金屬钛的過程中,陽極原料和陰極金屬産物分布在電解池的不同區間,陽極反應時钛離子溶解進入熔鹽,然後在電作用下遷移到陰極附近并在陰極界面沉積得到金屬钛。分析結果顯示,電解産物钛含氧量小于300×10-6,含碳量小于700×10-6,陰極電流效率可達到89%USTB工藝通過碳熱還原制取TiCxOy固溶體,從而解決了單獨生産TiCTiO的繁瑣,同時控制TiCxOy固溶體的成分,保證電解的連續進行。目前此方法已進入中期試驗階段。

 

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