有色冶金钛冶金7.pptVIP

第二篇 稀有金属冶金 第3章 钛冶金 3.1 概述 3.1.1 钛冶金简史 钛属于元素周期表中第IVB第四周期元素，原子序数22 。 1797年 格列盖尔 发现元素钛 1795年 克拉普罗特 证实元素钛 1910年 汉杰尔 制得纯钛 钛在地壳中丰度为第九位，按结构金属算，仅次于铁、铝，属于第三金属。 1948年，世界产量2吨，目前 全世界年产量10万吨。 我国从1949年开始建设钛冶炼工业。 3.1.2 钛的性质 (1)钛的物理性质 银白色, 外观似钢。钛有两种晶型，在882℃以下为密排六方晶型?-钛；高于882℃为体心立方晶型?-钛。 原子序数22， 相对原子质量47.90, 密度4.51g/cm3, 熔点1675 ℃， 沸点3269 ℃。 （2）钛的化学性质 钛的化学性质相当活泼，可与很多元素反应或形成固溶体。 金属钛在-196~500 ℃温度范围内，在空气中很稳定。 钛有强烈的吸气性质。 钛的耐蚀性。 3.1.3 钛的用途 钛材有三大特点： 比强度大；耐腐蚀；温度适应范围广，在-253~500 ℃。 在航空、航天工业上应用。空中金属； 在化工、冶金石油等工业应用。陆地金属； 在海水淡化等部门中的应用。海上金属。 在国防工业中的应用。 在医疗领域中的应用。 在建筑材料工业中的应用。 在日用品方面的应用。 3.1.4 钛矿物 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金红石和钛铁矿. 金红石中TiO2的质量分数为95%左右，密度4.2~4.3g/cm3, 主要产自澳大利亚。 钛铁矿组成为FeTiO3，分布最广。密度4.56~5.20g/cm3，呈黑色或黑褐色。 3.1.5 现行钛冶金工业的生产流程 现行钛工业生产主要包括两部分:第一部分为海绵钛制取(8%);第二部分 为钛白生产.(92%) 不论Hunter法（钠还原）还是 Kroll （镁还原）生产钛的过程， 都包括三个主要步骤二个循环： （1）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能除取钛铁矿中组分铁，提高原料中钛的品位。 （2）TiCl4的生产。这一步是将钛由氧化物形态转变成氯化物形态。包括氯化过程和粗TiCl4的精制过程。 （3） TiCl4的还原。这一步是将钛 由化合物还原为金属钛的过程。 （4）镁循环。内循环与外循环。 （5）氯循环。 产品：钛白、海绵钛、钛铁合金、金属钛粉、人造金红石、四氯化钛、钛渣。 3.2 钛铁矿精矿的还原熔炼 富集含钛物料的原因 （1）在后续工序中，减少其他原料消耗，降低生产成本； （2）减轻后续分离、净化、处理副产品工序的负担，简化工艺过程； （3）增大设备单位容积的产能。 钛铁矿精矿还原熔炼原理：由于钛精矿中主要伴生FeO 和Fe2O3，由于钛和铁对氧的亲和力不同，它们的氧化物生成自由焓有较大的差异， 因此，经过选择性还原熔炼，分别获得生铁和富钛渣。 工艺简介： 在矿热式电弧炉内，于1600~1800℃高温下还原熔炼钛铁矿。一般以无烟煤或石油焦为还原剂，所得凝聚态产物为生铁和钛渣。由于钛铁矿的熔化温度约为1470 ℃，所以还原过程大部分时间是在熔融状态下进行。钛渣的密度比生铁的密度小，因此渣相浮在上面，熔融铁水位于下面。 固态还原过程 Fe2O3 + C = 2FeO +CO Fe2TiO5 + TiO2 + C = 2FeTiO3 +CO FeTiO3 + C = Fe + TiO2 + CO FeTiO3 + CO = Fe + TiO2 + CO2 CO2 + C = CO 熔化造渣过程 （1）渣相和液相 （2）熔融状态下还原铁的氧化物困难的原因 热力学角度 动力学角度 操作角度 出炉前的准备 钛渣的处理 钛渣产物的特点 （1）化学组成 TiO278~96%, FeO3.4~6%, SiO20.88~4%, CaO0.28~2%, Al2O31.25~3%, MgO0.4~8%, MnO1~2%, V2O50.15%, Cr2O30.2~1.7% （2）物相组成 A、以Ti3O5晶格结构为基础的黑钛石，属于斜方晶系，化学组成为： m[(Ti, Al, Fe)2O3 – TiO2] ·n[(Ti, Mg,Fe)O – 2TiO2], m+n = 1 B、以Ti2O3晶格结构为基础的塔基洛夫石，属于菱形晶格，化学组成为：