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| 文章來源：網上搜集 訪問2523次 2015-07-13 11:10:09 |
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 金屬鈦生產方法的新動向世界鈦工業(yè)經過幾十年的發(fā)展，盡管對Kroll法和Hunter法進行了一系列的改進，但它們均是間歇操作，小的改進并不能大幅度降低鈦的價格。因此應開發(fā)新的、低成本的連續(xù)化工藝才能從根本上解決高生產成本這一問題。為此，研究人員進行了大量的實驗和研究。當前研究的重點有以下幾種方法：電化學還原法為了降低成本，人們對金屬鈦直接除氧進行了研究。國外有人用電化學的方法使鈦中固溶氧的濃度降低到檢出界限(500ppm)以下。他們認為在電化學除氧的過程中，除氧劑鈣在電解氯化鈣熔鹽時產生，O2-在陽極以CO2或CO的形式析出。這種新型高純化方法，不僅用于鈦的脫氧，而且適用于釔、釹等稀土金屬，并且可使氧含量降低到10ppm。
電化學的方法的工業(yè)化實驗的流程是：首先將二氧化鈦粉末用澆注或壓力成形，燒結后作陰極，以石墨為陽極，以CaCl2為熔鹽，在石墨或鈦坩堝中進行電解。所加電壓2.8V～3.2V，低于CaCl2的分解電壓(3.2V～3.3V)。電解一定時間后，陰極由白色變?yōu)榛疑赱寶雞力航鈦業(yè)]www.lh-ti.com下觀察，0.25μm的TiO2轉變?yōu)?2μm的海綿鈦。以氯化鈣為熔鹽，最主要的原因是其價格低，并且對O2-具有一定的溶解度，使析出的鈦不易被氧化；另外，CaCl2無毒，對環(huán)境無污染。與TiCl4熔鹽電解相比，此方法所用原料是氧化物而不是易揮發(fā)的氯化物，所以制備過程可以簡化，而且產品質量高；不會發(fā)生鈦的各價離子間的氧化還原反應；陽極析出氣體為純氧氣(惰性陽極)或CO、CO2的混合氣體(石墨陽極)，易于控制，無污染。
當前鈦的生產方法當前鈦的生產采用金屬熱還原法，其是指利用金屬還原劑(R)與金屬氧化物或氯化物(MX)的反應制備金屬M。已經實現(xiàn)工業(yè)化生產的鈦冶金方法為鎂熱還原法(Kroll法)和鈉熱還原法(Hunter法)。因為Hunter法比Kroll法生產成本高，所以目前在工業(yè)中廣泛應用的方法只有Kroll法。Kroll法從1948年開發(fā)當初就因其成本高、還原效率低而受到批評。半個世紀過去了，該工藝并沒有根本的改變，仍然是間歇式生產，未能實現(xiàn)生產的連續(xù)化。
該法不僅促進了陰極附近的還原反應，同時使還原得到的鈦脫氧。這種方法將氧化物的直接電解還原和電化學脫氧法相結合，是制備鈦的一種新型方法，成為鈦提取工藝中最引人注目的方法。根據(jù)2000年英國自然雜志發(fā)表論文的數(shù)據(jù)估算，采用該方法，每噸海綿鈦降低生產成本13000美元左右，目前全球五六萬噸的總產量如果改由該電化學方法生產，每年將節(jié)省7.7億美元的生產成本。Armstrong法Amstrong等對Hunter法進行改進，使之成為連續(xù)化生產工藝。其流程是：首先將TiCl4氣體注入過量熔融的鈉中，過量的鈉起冷卻還原產物并攜帶產物進入分離工序的作用。除去鈉和鹽即可得到產品鈦粉。產品中氧含量最低為0.2%，達到二級鈦的標準。對工藝略加改進，可生產VTi、AlTi合金。與Hunter法相比，該方法的具有連續(xù)化生產、投資少、產品應用范圍廣、副產物分解為鈉和氯氣可循環(huán)利用的優(yōu)點。該方法已經接近了工業(yè)化生產，但仍然存在幾個問題，如怎樣進一步降低氧含量，產品成本如何等。TiCl4電解還原法從電解工藝過程角度看，采用TiCl4電解法比Kroll法和Hunter法均具有優(yōu)越性。因此，從Kroll開發(fā)熱還原法當初就有將鈦的冶煉過程轉變?yōu)殡娊夥ǖ南敕�。TiCl4電解還原法是惟一一種曾經被認為是可能取代Kroll工藝的方法，美國、前蘇聯(lián)、日本、法國、意大利、中國等都對其進行了長期和深入的研究。采用TiCl4電解還原法在技術上首先需要將TiCl4轉變位鈦的低價氯化物且使之溶解于熔體中，同時，必須將陰極區(qū)和陽極區(qū)隔開和使電解槽密封。
鈦棒及鈦合金具有密度小耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)異性能。在一般情況下，鈦不會發(fā)生孔蝕。 做成的鈦制品還具有抗腐蝕疲勞穩(wěn)定性。鈦耐縫隙腐蝕性能較好，尤其是Ti-0.3Mo-0.8Ni及Ti-0.2Pd合金，因此Ti-0.3Mo-0.8Ni及Ti-0.2Pd廣泛用于制成工業(yè)成品。世界鈦工業(yè)正經歷著以航空航天為主要市場的單一模式，向冶金、能源、交通、化工、生物醫(yī)藥等民用領域為重點發(fā)展的多元模式過渡。鈦棒是具有強烈鈍化傾向的金屬，在空氣中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一層穩(wěn)定的氧化性保護膜，即使因為某些原因膜遭破壞，也能迅速自動恢復。因此鈦在氧化性、中性介質中具有優(yōu)異的耐腐蝕性，用鈦做成的鈦制品也具有很強的耐腐蝕性，廣泛用于容器設備的密封面材料，以解決設備密封面縫隙腐蝕問題。
由于鈦的巨大鈍化性能，在許多情況下與異種金屬接觸時，并不加快腐蝕，而可能加快異種金屬的腐蝕。如在低濃度非氧化性的酸中，若將Pb、Sn、Cu或蒙乃爾合金與鈦接觸形成電偶時，這些材料腐蝕加快，而鈦不受影響。而在鹽酸中，鈦與低碳鋼接觸時，由于鈦表面產生新生氫，破壞了鈦的氧化膜，不僅引起鈦的氫脆，而且加快鈦的腐蝕，這可能是由于鈦對氫有高度的活性所致。[寶雞力航鈦業(yè)]www.lh-ti.com認為鈦中的含鐵量對某些介質中的耐腐蝕性能有影響，鐵增多的原因除原材料的原因外，常常是焊接時沾污的鐵滲入焊道，使焊道中局部含鐵量增高，這時腐蝕具有不均勻的性質。使用鐵件支撐鈦設備時，鐵鈦做成的制品接觸面上的鐵沾污幾乎是不可避免的在鐵沾污區(qū)腐蝕加速，特別是在有氫存在的情況下。當沾污表面的鈦氧化膜發(fā)生機械損壞時，氫就滲入金屬，根據(jù)溫度、壓力等條件，氫發(fā)生相應的擴散，這使鈦產生不同程度的氫脆。因此鈦在中等溫度和中等壓力和含氫系統(tǒng)中使用要避免表面鐵污染。
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