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开发新型钛冶金工艺
浏览次 2016-05-24 09:08:24

     是地壳中含量最丰富的元素之一,但是,自从钛在200多年前被发现以来,因提炼困难一直被列为稀有金属的行列。从20世纪后半叶起,随着航空工业的发展,钛冶炼才受到人们的关注。钛是高熔点金属,其密度较,钛合金的强度可与高强度钢相媲美,同时具有很好的耐腐蚀能力,钛合金的这些优点,使其当之无愧地被称为“太空金属”,又具有“海洋金属”的美誉。然而,至今为止,全球金属钛的产量还不到原铝产量的1%,也不到钛白粉产量的1/10。造成这一现象的主要原因在于现行的钛金属生产方式的缺陷。目前,国内外钛金属主要是以镁热还原TiCl4来生产的,称为Kroll法。其基本流程是:装有金属镁的不锈钢反应器被升温到950℃,注入精制过的TiCl4,发生反应并放热,反应结束后副产品MgCl2和剩余的镁用真空抽走,循环使用,待反应器冷却后,打开反应器获得海绵钛。Kroll法自一开始就因其成本高、左爱视频app在线观看还原效率低而受到批评。该法生产成本高的原因主要有:
  (1)耗时,全过程从TiO2的氯化开始到生产出海绵钛需要17天;
  (2)耗能,吸热的化学还原与放热的化学还原分别在不同的反应器中完成,潜能未能利用,生产1吨钛耗能6945kWh;
  (3)耗力:劳动强度大,反应需要在真空及保护气氛下进行,而且过程非连续,间歇操作;
  (4)原料贵:Mg和TiCl4约占成本的71%;
  (5)环境负荷大:TiCl4和Cl2具有强腐蚀性,生产过程需要在密闭体系中进行,不允许有任何泄漏,也因此设备投资比较大。半个世纪过去了,该工艺并没有发生根本性的改变,仍然是间歇式生产,未能实现生产的连续化,故生产成本很高。
  鉴于以上原因。现在全世界都在努力开发新的钛冶金技术。
  最近,我国北京科技大学开发了可溶阳极电解钛提取方法,被称为USTB工艺。由于钛的碳氧化物在一定的成分范围内具有导电性,因此可以用于阳极电解溶出,同时在阴极上获得金属钛。USTB工艺采用含钛的可溶性阳极材料为钛源,电解制取高纯钛。其具体工艺分为碳热还原和熔融盐电解两个部分。工艺中可溶性阳极TiCxOy的制备是以TiO2和石墨为原材料,以一定的化学计量配比混合压制,将压制所获的块体原料在一定的热处理温度下进行烧结得到可溶性阳极材料TiCxOy。制备得到的块体材料连接成阳极,在熔融盐中进行电解。在电解制备金属钛的过程中,阳极原料和阴极金属产物分布在电解池的不同区间,阳极反应时钛离子溶解进入熔盐,然后在电作用下迁移到阴极附近并在阴极界面沉积得到金属钛。分析结果显示,电解产物钛含氧量小于300×10-6,含碳量小于700×10-6,阴极电流效率可达到89%。USTB工艺通过碳热还原制取TiCxOy固溶体,从而解决了单独生产TiC,TiO的繁琐,同时控制TiCxOy固溶体的成分,保证电解的连续进行。目前此方法已进入中期试验阶段。

  


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