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二氧化钛直接还原制取金属钛的工艺进展 第30卷第5期 Vo1.3O№.5 稀有金属 CHINESEJOURNALOFRAREMETALS 2006年1O月 0ct.20o6 二氧化钛直接还原制取金属钛的工艺进展 王碧侠,兰新哲,赵西成,吴晓松 (西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055) 摘要:镁热还原法(K~on法)是实现工业化的海绵钛生产方法,由于此法工艺流程长,过程复杂而使得钛的生产成本居高不下,严重影响了钛 的应用,因此有必要开发新的钛制取方法.近年来由二氧化钛直接还原制取金属钛的工艺引起了研究者的广泛兴趣,尤其是剑桥大学发明的 FFC工艺在国际上掀起了新的钛还原工艺研究热潮,随后Ono和Suzuki提出了OS(钙热还原)工艺;Park等将EMR(电子中介反应)和MSE (融盐电解)的概念结合起来用于TiO2的金属热还原;Okabe等提出了PRP(预制还原)工艺.介绍这几种二氧化钛直接还原的新工艺并对比分 析了各自特点和发展趋势,指出FFC工艺最有希望取代传统的Kroll法. 关键词:钛;二氧化钛;FCC剑桥工艺;os(钙热还原)EUR(电子中介反应);Pro(预制还原) 中图分类号:TF823;TF152.2文献标识码:A文章编号:0258—7076(2006)05—0671—07 钛是诞生于2O世纪的新金属,被看作是自然 界赋予工程师的礼物,因其具有密度小,比强度 高,导热系数低,耐高温低温性能好,抗腐蚀性能 强等优点,作为轻型结构材料和新型功能材料被 广泛应用于航空航天工业,并逐步开拓民用领域. 礼物应该是免费的,但是钛却很昂贵,这是由于提 取纯钛的过程过于复杂n0j. 目前世界范围内所采用的钛的工业生产方法 是KroU法_3j,由于此法生产不连续,流程长,工序 多,且常温下的TIC14是挥发性,腐蚀性液体等因 素,使海绵钛成本居高不下,限制了钛在各行业的 应用[4].为了降低钛生产成本,研究人员一直在探 索,研究各种钛制备新方法.研究工作有两个方 向,一类在于改进传统的Kroll法,使之成为连续 的过程,如连续气相还原法,液态高温高压法,等 离子法等[5-93;另一类则是研究新的连续的,低成 本的钛生产方法,尤以融盐电解方法突出,继 TIC14融盐电解[1]制取钛之后,又提出了在融盐 中以TiO:作原料直接还原获得钛的新思路,研究 过程中提出了FFC,OS,EMR及PRP等多种钛制 取新工艺[1,本文将对其作以介绍. 1TiO2直接还原制取钛工艺的发展背景 将金属从氧化物矿石中提取出来的方法有两 收稿日期:2005—07—08;修订日期:2005—09—23 基金项目:国家自然科学基金重点项目 作者简介:王碧侠(1976一),女,陕西蓝田人,博士研究生,讲师 *通讯联系人(E—nutil:wwangbixia@sina.corn) 类[1]:一类称作化学还原,即选用一种对氧的亲和 力大于被处理金属的物质与矿石反应,比如铁的 生产;第二类是使用电力将金属与氧分开,即电解 过程,铝用这种方法制取.目前,钛由第一种方法 生产.不同于铁的是纯钛的生产是间歇式的,流程 长,成本高,因此直接对TiO进行电解还原和脱 氧生产钛的方法[1]引起了研究者的兴趣. 1967年,Oki和Inoue等以熔融的CaC1:作电 解质,用碳作阳极,直接将TiO:粉末制成阴极还 原成金属钛,但是,他们获得的钛的纯度不够 高u.Okabe等在1993年成功的用电解法将钛阴 极上的氧脱至10×10以下[1.英国剑桥和澳大 利亚CECRI先后研究了几种不同的TiO:电解法制 钛新工艺,特别是英国剑桥大学于2000年开发的 FFCLlamp;J电化学还原法,引起了广泛的关注.FFC工 艺是采用电化学方法在CaC1:熔盐中将TiO:直接 还原为金属钛,该工艺的提出,在世界范围内掀起 了新的TiO:还原工艺的研究热潮[1.Ono和Suzu. ki致力于研究用电解CaC1:.CaO熔盐获得的金属 钙将TiO:还原的方法,提出了Os工艺[;Park 等_1将EMR(电子中介反应)和MSE(熔盐电解)的 概念结合起来用于TiO:的金属热还原;为了更有 效地还原TiO:,Okabe等[1]把预制成型的TiO:直 672稀有金属30卷 接用于金属热还原过程,提出了PRP(预制还原)工 艺. 2电化学还原法(FFC剑桥工艺) 2.1FFC剑桥工艺简介 FFC[18,2ol法是一种非常简单的电解法,其工艺 流程如图1121所示.工艺过程的实质是将TiO粉 末用粘接剂混合后,压制成电解阴极板,用碳质材 料作阳极,碱土金属的熔融氯化物(如CaC1)作电 解质,当外加的电压低于融盐的分解电压时,阴极 上的氧电离后进入电解质,在阳极放出O和CO