钛的冶炼
金属钛的冶炼
更新时间:2013/04/25 10:57:25 浏览次数: 2957
金属钛的冶炼：
钛在地壳中的含量十分丰富，按丰度值算占第九位。解放前，我国的钛锆铪冶炼工业是空白，虽然资源丰富，但未得到利用。解放后，开始建立我国的钛锆铪冶炼和加工工业，适应了我国尖端技术和相关工业部门对这些金属和化合物的需要。现在，我国的钛锆铪工业都在积极发展中。化学性质
钛位于元素周期表中第四周期第IV副族，原子序数为22。钛的化学性质相当活泼，可与很多元素反应或形成固溶体。主要物理性质，熔点；钛的熔点为1660℃。沸点钛的沸点为3302℃。超导性，耐蚀性：不锈钢；机械性质
纯钛的机械强度比铁大一倍，比铝大5倍。钛具有可塑性，钛合金在航天航空工业上的应用，钛具有质轻、强度高，耐热、耐低温性能。钛合金在化工、冶金上的应用：钛的耐蚀性能好，日常生活领域，钛和钛合金具有质轻、强度高、耐腐蚀并兼有外观漂亮等综合性能。人造关节，假肢。超导材料，钛镍合金具有形状记忆功能，在镍含量xNi为49.5%～51.5%的组成范围内，xNi每变化0.01，相变温度约变化10℃。钛镍合金还具有超弹性，它的耐磨性能也很优异。钛铁合金具有储氢功能，FeTi合金的吸放氢气可在接近常温﹑常压条件下进行，而且，储氢容量也很大。钛铌合金具有超导性，
钛在地壳中的丰度为0.56％，按元素丰度排列居第九位，仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁。钛属于典型的亲岩石元素，存在于所有的岩浆岩中。钛的分布极广，遍布于岩石、砂土、粘土、海水、动植物，甚至存在于月球和陨石中。钛的化学活性很强，所以自然界中没有钛的单质存在，总是和氧结合在一起。在矿物中，钛以氧化物（金红石）形式和钛酸盐形式存在，钛还经常与铁共生（钛铁矿）。金红
石是一种黄色至红棕色的矿物，其主要成分是TiO2，还含有一定量的铁、铌和钽。铁是由于它与钛铁矿共生的结果。由于Ti4+与Ni+、Ta5+ 离子的相似性，铌和钽常伴生在钛矿石中。93％～98％，钛铁矿理论分子式为FeTiO3，其中TiO2理论含量为52.63％。但钛铁矿的实际组成是与其成矿原因和经历的自然条件有关。可以把自然界的钛铁矿看成是FeO-TiO2和其他杂质氧化物组成的固溶体。40％～60％。
岩矿床是原生矿，这里是指块状钛矿床，属于岩浆分化矿床，主要矿物是钛铁矿，金红石很少。岩矿产地集中，贮量大，可大规模开采，但岩矿的结构致密，脉石含量高，可选性差，精矿的TiO2品位一般在44％～48％之间，且选矿的回收率较低；由于岩矿的可选性差，目前世界上许多岩矿仍未被利用。钛砂矿床是次生矿，属沉积矿床，它来自岩矿床，由于海浪和河流带到各地，在海岸和河滩附近沉积成砂矿，矿物结构比较疏松，且矿物颗粒较大，脉石含量较少，选矿后金红石精矿TiO2品位可达96％，钛铁矿精矿TiO2品位可达50％～60％；但砂矿钛铁矿往往含有较高的MnO。
用钛精矿生产海绵钛
工艺可分为三大步骤：（1）富钛料的制取，（2） TiCl4的制备（粗TiCl4的制备以及纯TiCl4的制备）（3） TiCl4的还原
从采矿到制成钛材的工艺
钛矿→采矿→选矿→钛精矿→富集→富钛料→氯化→粗TiCl4 →精制→纯TiCl4 →镁还原→海绵钛→熔铸→钛锭→加工→钛材或钛部件
富集: 还原熔炼氯化: 氯化冶金精制: 精
馏镁还原: 镁还原+蒸
馏
减少其它原料消耗，降低生产成本；减轻后续分离、净化和处理副产物工序的负担，简化工艺过程；增大设备单位容积的产能。TiO2直接还原法无法实现大规模的工业生产。金属钙、镁、锂、锰和钡等，它们都可把TiCl4还原成金属钛。氯化物容易实现金属的分离、富集、提取和精炼，在稀有金属冶炼中有广泛应用。能满足△GoMeClx<△GoTiCl4的活性金属比较多，有钾、钠。
钛铁矿富集方法概述
富钛料：由钛铁矿等精矿（含二氧化钛43％～60%）经处理后获得的钛品位较高的物料（含二氧化钛80％～85%），主要包括人造金红石和高钛渣。
富集含钛物的原因：减少其它原料消耗，降低生产成本；减轻后续分离、净化和处理副产物工序的负担，简化工艺过程；增大设备单位容积的产能。生产工艺分类：火法：还原熔炼法、选择氯化法，湿法：酸浸法、锈蚀法等。按照最终产物分类：生产钛渣的方法：还原熔炼法，生产人造金红石的方法：包括其余各种方法
还原熔炼法
方法概述：以无烟煤或石油焦为还原剂，在1600～1800℃高温下还原熔融的钛铁矿。由于密度不同，渣相浮在上面，熔融铁水位于下面。优点：工艺简单，副产品金属铁可以直接应用，不产生固体和液体废料，电炉煤气可以回收利用，三废少，工厂占地面积小，是一种高效的冶炼方法。缺点：主要是分离除铁，除去非铁杂质能力差，耗电量大，限于电力充足地区使用。酸浸法；方法概述：用酸浸出，以实现铁与钛的初步分离。由于氧化钛比较稳定，因此残留在固相。优点：可有效的除去杂质铁和大部分氧化物杂质，获得含TiO290％～96％的高品位人造金红石。缺点：设备腐蚀严重，三废量大，副流程复杂。还原熔炼的实
质钛铁矿精矿中铁氧化物的还原并伴随钛氧化物还原为低价。初始还原在固态下进行，随着原料的渣化及温度的提高，还原过程在熔融炉料中进行。最终达到熔融生铁和高钛渣的分层分离。还原过程中产生复杂的物理化学变化和晶型转化。
2.2.1还原机理：固态还原反应
l FeTiO3+C=Fe+TiO2+CO
(3/4)FeTiO3+C=(3/4)Fe+(1/4)Ti3O5+CO (2/3)FeTiO3+C=(2/3) Fe+(1/3)Ti2O3+CO (1/2)FeTiO3+C=(1/2)Fe+(1/2)TiO+CO
l (1/3)FeTiO3+C=(1/3)Fe+(1/3)Ti+CO
(1/4)FeTiO3+C=(1/4)Fe+(1/4)TiC+CO
l (1/3)Fe2O3+C=(2/3)Fe+CO
l 电炉还原熔炼钛铁矿的最高温度约达2000K。从热力学上这些反应均可进行；并随温度的升高，反应的倾向均增大。~1500k ：固相反应；主要是氧化铁被还原为铁，TiO2还原很少，1500k～1800k：液相还原反应，除氧化铁被还原为铁，部分TiO2还原为低价氧化钛，1800k~：TiO2还原为低价氧化钛的量增加，并生成TiC和Ti-Fe合金l 在熔炼过程中，不同价的钛化合物是共存的，它们的数量的相互比例是随熔炼温度和还原度大小而变
化。
碳矿比对熔炼过程的影响
l 碳是还原铁矿石不可少的还原剂，但配比不合适将直接影响还原效果及冶炼过程。配碳量增大，转化率升高，增大到1：3时，再增加碳含量，对转化率影响不大；配碳量过低，氧化铁还原不完全，渣中FeO过高，钛渣的品位不高；配碳量过高，氧化铁还原完全，渣中FeO 过低，钛渣的黏度增高，不利于铁和渣相分离，操作困难。熔炼钛渣的工艺和设备
l
还原剂：无烟煤
沥青碎块等
周期性操作：
捣炉加料
放下电极。送电熔炼。放渣。下一周期
两段还原熔炼法：为提高电弧炉的生产效率和降低电耗，可采用两段还原熔炼法。首先在回转炉或沸腾炉中让钛铁矿中大部分氧化铁在固相中被还原。而后送入电炉进行造渣与熔化分离。这可提高生产能力，降低电耗20%～30%。
钛渣成分的质量分数大致为：
l TiO2 78％～96％
l FeO 3.4％～6％
l SiO2 0.88％～4％
l CaO 0.28％～2％
l A12O3 1.25％～3％
l MgO 0.4％～8％
l MnO 1％～2％
l V2O5 0.15％，
l Cr2O3 0.2％～1.7％
钛的回收率为96％～96.5％,选择性浸出法制取人造金红石,还原锈蚀法,
弱还原盐酸浸出法,弱还原硫酸浸出法
还原锈蚀法
工艺简介
先将原料中铁的氧化物选择性地还原为金属铁，在水溶液中，以氧将铁腐蚀，生成Fe2O3·H2O。水洗后沉积于容器的底部，利用螺旋分级等方法分离氧化铁和氧化钛，氧化钛颗粒再在高温下煅烧即为人造金红石。
锈蚀法最大的优点在于本工艺对环境污染比较轻，能耗少，成本低，因而倍受青睐。
还原焙烧－锈蚀－分离－煅烧
锈蚀反应原理
锈蚀反应是电化学反应。以金属铁为基体构成短路原电池。
阳极反应：Fe=Fe2++2e , 阴极反应为：
2H2O+O2+4e=4OH-
由上述阴、阳极反应可得短路原电池反应。2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2
Fe(OH)2再进一步被氧化，生成铁锈。4Fe(OH)2+O2=2Fe2O3·H2O↓+2H2O 酸浸法
钛精矿的还原
钛精矿与还原剂在回转窑中将矿中Fe3+还原为Fe2+，还原矿中占总铁的80％～95％，然后再用酸浸出。酸浸,弱还原盐酸浸出法,弱还原硫酸浸出法
盐酸浸出法,工艺简介.
用稀盐酸浸出，以实现铁与钛的初步分离。由于氧化钛比较稳定，因此，残留在固相。清洗固态残余物，并在高温下焙烧即得人造金红石。浸出液中含有FeCl2，可用来制取铁红粉及再生盐酸。盐酸返回浸出工序。
弱还原焙烧－盐酸浸出－清洗－分离－煅烧
反应:预还原焙烧
TiO2+ Fe2TiO5+ C
=2FeTiO3+CO 浸出
FeTiO3+ 2HCl= FeCl2+TiO2+ H2O 盐酸的再生
将浸出液中的FeCl2用喷雾法使其热分解制取铁红粉和HCl，再用水淋洗回收HCl制取稀盐酸。
4FeCl2+4H2O+O2=2Fe2O3+8HCl
硫酸浸出法
工艺简介
用稀硫酸浸出，以实现铁与钛的初步分离。应将钛铁矿原料中铁的氧化物还原至二价铁含量占总铁含量的95%以上。浸出母液可用作制取硫酸铵和铁的氧化物原料。
弱还原焙烧－硫酸浸出－清洗－分离－煅烧
浸出反应
焙烧
TiO2+ Fe2TiO5+ C =2FeTiO3+CO
浸出
FeTiO3+H2SO4=FeSO4+TiO2+2H2O
浸出母液处理
可用作制取硫酸铵和铁的氧化物原料。
FeSO4+6NH3+(n+3)H2O+0.5O2=3(NH4)2SO4+Fe3O4+nH2O
粗四氯化钛的生产
l 3.1 采用氯化冶金的原因
l 3.2 氯化冶金概念
l 3.3 富钛料的氯化冶金原理
l 3.4 氯化工艺
l 3.5 沸腾氯化富钛料的设备
3.1 采用氯化冶金的原因
从热力学说有多种元素可以将TiO2还原，如：金属还原,碳还原
但由于生产成本和其它技术条件限制了这些方法的实际应用。正因为TiO2直接还原法无法实现大规模的工业生产，所以，才迫使人们将氯化工艺引入钛提取冶金生产过程。
卤化钛还原法
金属热还原法:还原剂：锂、钙、镁、钡、铝。但由于钛对氧的亲和力非常大，这些金属难将TiO2还原完全。而且还原过程中新生成的金属钛易于吸收氧生成Ti-O固溶体，使金属钛的纯度不高，难得到氧小于0.10%的钛。钾和钠还原TiO2只能获得低价氧化钛。低价钛氧化物的稳定性:
在Ti与O形成的化合物中，O原子数越少，化合物越不易被进一步还原，因此，除去这部分氧也就越困难
碳还原法.
碳是一种最廉价的还原剂。在敞开体系高温下，碳与TiO2的反应是复杂的，反应的主要生成产物是TiC和低价钛氧化物，而不容易生成金属钛。
在一定的温度和压力条件下(如0.1MPa，2430℃或压力<1. 3kPa，温度>1300℃)，可以得到氧含量很低的纯TiC。
卤化钛还原法
钛对卤素的亲和势远比氧小，容易把它的卤化物还原成金属钛。研究得最多的方法是TiCl4还原法。
能满足△GoMeClx<△GoTiCl4的活性金属比较多，有钾、钠、钙、镁、锂、锰和钡等，它们都可把TiCl4还原成金属钛氯化冶金
定义：氯化冶金是往物料中添加氯化剂使欲提取的金属成分转变为氯化物，为制取纯金属作准备的冶金方法。分类：氯化焙烧：中温焙烧、高温焙烧,氯化浸出：NH4Cl、HCl、FeCl3
3.2 氯化冶金
特点：Cl2的化学性质活泼，对原料的适应性强，甚至能处理成分复杂的贫矿；由于各种氯化物的物化性质相差较大，易于提纯、分离氯化产物，作业温度较其他火法冶金温度低；以金属氯化物为原料，容易选择合适的还原剂，也适用于电解工艺；氯化剂价廉易得。
易腐蚀设备、恶化劳动条件、污染环境。
3.3 富钛料氯化反应原理
3.3.1 氯化反应热力学:无还原剂条件下. 有还原剂条件下 ,杂质的氯化, 气相平衡组成
l 3.3.2 氯化反应动力学
3.3.1 氯化反应热力学—无还原剂条件下
l 反应方程式
TiO2+2Cl2=TiCl4+O2
在900℃时，△Gө=115kJ。因此，在标准状态下无还原剂时，以及在氯化作业温度范围内，TiO2与Cl2不可能自发的反应生成TiCl4。
氯化反应在900K～1400K温区可以分成四类：
（1）TiO2无碳氯化
1/2TiO2+Cl2=1/2TiCl4+1/2O2
∆G01／kJ·mol-1>0
（2）低价钛无碳氯化
Ti2O3(TiO, Ti3O5 ) +Cl2 →1/2TiCl4+5/2TiO2
∆G02／kJ·mol-1<0
（3）TiO2加碳氯化产物为CO
1/2 TiO2( Ti2O3,TiO, Ti3O5 ) +Cl2+C→1/2TiCl4+CO
∆G03／kJ·mol-1<0
（4）加碳氯化产物为CO2
1/2 TiO2( Ti2O3,TiO, Ti3O5 ) + Cl2+1/2C → 1/2TiCl4+1/2CO2∆G04／kJ·mol-1<0
3.3.1 氯化反应热力学——有还原剂条件下
l (1/2)TiO2+Cl2+C=(1/2)TiCl4+CO （8）l (1/2)TiO2+Cl2+(1/2)C=(1/2)TiCl4+(1/2)CO2 （9）l (1/2)TiO2+Cl2+CO=(1/2)TiCl4+CO2
（10）
l (1/4)TiO2+Cl2+(1/2)C=(1/4)TiCl4+(1/2)COCl2 （11）l (1/6)T3iO5+Cl2+(5/6)C=(1/2)TiCl4+(5/6)CO （12）l (1/6)T3iO5+Cl2+(5/12)C=(1/2)TiCl4+(5/12)CO （13）
l (1/4)Ti2O3+Cl2+(3/4)C=(1/2)TiCl4+(3/4)CO （1 4）
l (1/4)Ti2O3+Cl2+(3/8)C=(1/2)TiCl4+(3/8)CO （15）
l (1/2)TiO+Cl2+(1/2)C=(1/2)TiCl4+(1/2)CO
（16）
l (1/2)TiO+Cl2+(1/4)C=(1/2)TiCl4+(1/4)CO2 （17）还原机理分析
还原机理降低氧分压催化机理形成中间化合物自催化机理电化学反应机理
氯化反应热力学——杂质氧化物的氯化反应
富钛料中各组分在1073K下的氯化顺序
CaO>MnO>MgO>Fe2O3>FeO>TiO2>Al2O3>SiO2
当TiO2全部氯化时，杂质主要是Al2O3 和SiO2 。
气相平衡组成：在加碳氯化过程中，炉气成分复杂。但从主反应方程式可见，关联的主要气相成分是：CO、CO2、TiCl4、TiCl3和Cl2。如果假定氯化反应处于常压，以TiO2的加碳氯化反应为例，当达到平衡时，不同温度下气相组成见表
氯化过程的动力学分析：富钛料的氯化反应是个多相反应过程：TiO2(s)+2Cl2(g) +C(s)=TiCl4(l)+CO2(g);反应速度取决于三个动力学过程（未反应核缩减）
相界面上的化学反应②反应物和产物的扩散速度（流态化，很快）
③反应物和产物表面上的吸附与解析速度
3.3.2 氯化过程的影响因素
影响反应速度的因素：温度：300～700，反应控制，700～1100，扩散控制；氯气流速：氯气浓度越高、流量越快，反应速率越快;富钛料特性：表面积大的反应速率大
3.4 氯化工艺
用氯气氯化钛原料生产四氯化钛的工业炉型有多种，可以根据不同类型的原料特征选用适当的方法:固定床竖炉氯化；连续式竖炉氯化；熔盐氯化；沸腾氯化；沸腾氯化工艺
沸腾氯化是将流态化技术应用于TiCl4的生产过程。将具有一定粒度分布和适宜配比的富态料和石油焦连续加入沸腾床内，氯气以一定的流速通入氯化炉内，两种固态物料在氯气的作用下，呈流化状态，于是，强化了床层内的传热、传质过程。与此同时发生氯化反应。氯化温度为800～900℃，生成的TiCl4、CO、CO2等气体从炉顶逸出。每隔一定时间从氯化炉底部排渣口排放废渣
沸腾氯化工艺的原料：
钛渣:沸腾氯化过程中所用高钛渣的粒度为-80~+200目。
石油焦：经过1350 ℃煅烧处理的产品，也称为1# 焦：另一种为未经煅烧处理，或者叫做3# 焦。在氯化生产过程中，石油焦的粒度
为 - 60~150目。
氯气：在常温、常压下，Cl2为黄绿色有毒气体。
熔盐氯化是在熔盐（可利用电解光卤石制取金属镁的废电解质）介质中氯化富钛料制取TiCl4的生产工艺。将具有一定粒度的富钛料和石油焦按照适当配比加入熔盐介质中，氯气流以一定的速度喷入熔盐浴中，使上述物料在熔体中上下翻腾，造成良好的传热、传质条件。富钛料中的钛和其它一些杂质组分被氯化，生成的TiCl4和其它气态物质从熔体中逸出进入收尘、淋洗、冷凝系统。整个操作过程连续进行。定期排放废盐，补加新盐。每次排放废盐量为炉内熔体体积的10%～15%。
熔盐氯化特点:适用于CaO, MgO 含量高的富钛料。产物杂质少 ,产物中TiCl4分压高, 产生废盐，增加了“三废”处理的负担,炉气组成；常压下, 沸点低于150℃的氯化物，包括TiCl4、SiCl4、CCl4、VOCl3等，冷凝后呈液态溶于粗TiCl4中。
常压下，沸点高于150℃的氯化物，包括CaCl2、MgCl2、MnCl2、FeCl2、AlCl3、FeCl3等，经冷凝，大多数成为固态进入泥浆，一部分可溶入粗TiCl4中。
不被冷凝的气体，其中包括CO、CO2、HCl、N2等。这些气体经冷凝系统后进入尾气处理系统。
固态夹杂物，其中包括颗粒较小的还原剂颗粒，富钛料颗粒以及二次反应产物等。
炉气的冷凝工艺
生产中采用淋洗，冷凝的办法收集TiCl4。在淋洗塔的顶部设有喷头，将低温的TiCl4液体喷成微滴，混有TiCl4的高温炉气在淋洗塔内与之发生热交换，将TiCl4等物质冷凝为液态，由于在常温下，TiCl4具有较高的蒸汽压，因此，为了减少TiCl4的损失量，一般还要采用冷凝操作。
沸腾氯化制取TiCl4的设备流程图
9
第四章四氯化钛的精制，，
4.1 粗TiCl4中的杂质
4.2 蒸馏和精馏
4.3 除钒
4.1 粗TiCl4中的杂质
粗四氯化钛是一种红棕色浑浊液，含有许多杂质，成分十分复杂。其中，重要的杂质有
SiCl4、A1C13、FeCl3、FeCl2、VOCl3、 TiOCl2、Cl2、HCl 粗TiCl4中杂质的分类
按其相态和在四氯化钛中的溶解特性：气体，液体，固体杂质；
按杂质与四氯化钛沸点：高沸点杂质，低沸点杂质，沸点相近的杂质。其相态和在四氯化钛中的溶解特性：
钛的冶炼
金属钛的冶炼 更新时间:2013/04/25 10:57:25 浏览次数: 2957 金属钛的冶炼： 钛在地壳中的含量十分丰富，按丰度值算占第九位。解放前，我国的钛锆铪冶炼工业是空白，虽然资源丰富，但未得到利用。解放后，开始建立我国的钛锆铪冶炼和加工工业，适应了我国尖端技术和相关工业部门对这些金属和化合物的需要。现在，我国的钛锆铪工业都在积极发展中。化学性质 钛位于元素周期表中第四周期第IV副族，原子序数为22。钛的化学性质相当活泼，可与很多元素反应或形成固溶体。主要物理性质，熔点；钛的熔点为1660℃。沸点钛的沸点为3302℃。超导性，耐蚀性：不锈钢；机械性质 纯钛的机械强度比铁大一倍，比铝大5倍。钛具有可塑性，钛合金在航天航空工业上的应用，钛具有质轻、强度高，耐热、耐低温性能。钛合金在化工、冶金上的应用：钛的耐蚀性能好，日常生活领域，钛和钛合金具有质轻、强度高、耐腐蚀并兼有外观漂亮等综合性能。人造关节，假肢。超导材料，钛镍合金具有形状记忆功能，在镍含量xNi为49.5%～51.5%的组成范围内，xNi每变化0.01，相变温度约变化10℃。钛镍合金还具有超弹性，它的耐磨性能也很优异。钛铁合金具有储氢功能，FeTi合金的吸放氢气可在接近常温﹑常压条件下进行，而且，储氢容量也很大。钛铌合金具有超导性，
钛在地壳中的丰度为0.56％，按元素丰度排列居第九位，仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁。钛属于典型的亲岩石元素，存在于所有的岩浆岩中。钛的分布极广，遍布于岩石、砂土、粘土、海水、动植物，甚至存在于月球和陨石中。钛的化学活性很强，所以自然界中没有钛的单质存在，总是和氧结合在一起。在矿物中，钛以氧化物（金红石）形式和钛酸盐形式存在，钛还经常与铁共生（钛铁矿）。金红 石是一种黄色至红棕色的矿物，其主要成分是TiO2，还含有一定量的铁、铌和钽。铁是由于它与钛铁矿共生的结果。由于Ti4+与Ni+、Ta5+ 离子的相似性，铌和钽常伴生在钛矿石中。93％～98％，钛铁矿理论分子式为FeTiO3，其中TiO2理论含量为52.63％。但钛铁矿的实际组成是与其成矿原因和经历的自然条件有关。可以把自然界的钛铁矿看成是FeO-TiO2和其他杂质氧化物组成的固溶体。40％～60％。
钛渣的冶炼原理
钛渣的冶炼原理 1．钛渣冶炼的原理及工艺流程 电炉熔炼钛渣的实质是钛铁矿与固体还原剂无烟煤(或石油焦或叫焦炭)等混合加入电炉中进行还原熔炼，矿中铁的氧化物被选择性地还原为金属铁，钛的氧化物被富集在炉渣中，经渣铁分离后，获得钛渣和副产品金属铁。钛精矿的主要组成是TiO2和FeO，其余为SiO2、CaO、MgO、Al2O3和V2O5 等，钛渣冶炼就是在高温强还原性条件下，使铁氧化物与碳组分反应，在熔融状态下形成钛渣和金属铁，由于比重和熔点差异实现钛渣与金属铁的有效分离。期间可能发生的化学反应如下： Fe2O3+C=2FeO+CO （1） FeO+C=Fe+CO （2） 以钛精矿为原料，敞口电炉冶炼钛渣的工艺流程如图1所示。 钛渣 图1、工艺流程图 2. 电炉冶炼的主要特征
钛渣是一种高熔点的炉渣，钛渣熔体具有强的腐蚀性、高导电性和其粘度在接近熔点温度时而剧增的特性，而且这些性能在熔炼过程中随其组成的变化而发生剧烈的变化。 2.1钛渣的高电导率和熔炼钛渣的开弧熔炼特征 2.1.1钛渣的高电导率 钛铁矿在熔化状态具有较大的电导率，在1500℃时为2.0～2.5ks/m,在1800℃为5.5～6.0ks/m，随着还原熔炼钛铁矿过程的进行，熔体组成发生变化，FeO含量减少，而TiO2和低价钛氧化物的含量增加，因此其电导率迅速上升，如加拿大索雷尔钛渣在1750℃电导率为15～20ks/m，而一般的炉渣在1750℃电导率为100s/m，可见钛渣的电导率比普通冶金炉渣的电导率高数十倍甚至几百倍，比普通离子型电解质（如Nacl液体在900℃时的电导率约为400s/m）的电导率都高很多，且温度变化对钛渣电导率影响不大,这些都说明钛渣具有电子型导电体的特征。 2.1.2熔炼钛渣电炉的开弧熔炼特征 钛渣的高电导率决定了熔炼钛渣电炉的开弧熔炼特征，即熔炼钛渣的热量来源主要依靠电极末端至熔池表面间的电弧热，这就是所谓的“开弧冶炼”,而在高电阻炉渣的情况下，电极埋入炉渣,熔炼过程的热量来源主要是渣阻热，即所谓的“埋弧熔炼”。在敞口电炉熔炼钛渣的初期具有短期的矿热炉埋弧冶炼的特征，随着熔炼过程的深入进行，开弧冶炼的电弧特征越来越明显。熔炼过程超过1小时后，电弧热所占比例可达90%，熔炼过程的后期电弧热所占比例可达97%。 2.2.钛渣熔点和粘度特性对熔炼过程的影响 2.2.1钛渣熔点对熔炼过程的影响 钛氧化物中的钛－氧键很牢固，它们的熔点很高。钛渣主要是由钛的氧化物组成，因此它的熔点很高，按其组成其熔点在1580～1700℃之间，钛渣的熔点随其中TiO2含量的增加而升高，熔炼钛渣要在高温下进行，这就要求热量必须高度集中在还原熔炼区。 2.2.2钛渣粘度对熔炼过程的影响 钛渣具有短渣的特性，在温度高于熔点处于完全熔化的钛渣熔体具有很低的粘度，但当渣温接近其熔点时，其粘点急剧增加。这是因为钛渣的结晶温度范围很窄，温度接近熔点时少量结晶固体析出悬浮在熔体中，使熔体变得十分粘稠，造成渣流动性变坏，出炉时困难。 2.3钛渣熔体的高化学活性对电炉的影响 钛渣的主要成分是TiO2 ，但还含相当数量的低价钛氧化物，因而具有极高的化学活性，几乎能与所有的金属和非金属材料发生作用。事实上钛渣熔体能很快的腐蚀普通的耐火材料，所以钛渣的还原熔炼是在炉衬上
炼铁厂高钛矿冶炼技术要点
高钛矿冶炼技术要点 1、送风制度采取小风口，保持高风速、高动能，以利于活跃炉缸，防止炉缸堆积，造成风口频繁损坏。 2、控制铁水中[Si]+[Ti]的含量，铁水温度控制在1450度左右（莱钢原料条件下铁温控制1480-1500），即在保证满足渣铁流动性前提选择最低的铁温，抑制钛的还原。 3、加强出铁管理，降低除铁间隔时间，最好做到零间隔出铁，及时排净渣铁。 4、由于冶炼高钛铁，产生的高熔点碳氮化钛化合物沉积炉缸，长时间冶炼会使炉缸变小，因此必须定期对炉缸进行清理，采取配加锰矿、降低碱度、减轻焦炭负荷降低煤比等措施清理炉缸。 5、选取经济合理的煤比（150kg/t），不追求较高的煤比。附承钢冶炼经验： 河北钢铁承德钢铁厂有3座2500m3高炉，1座1260m3高炉，3座450m3高炉。烧结机主要有180m2和360m2两种型号。高炉主要以配吃钒钛矿为主，附加部分外购球团。承钢1260 m3高炉建于2006年，2009年因为6—10层冷却壁大量破损进行大修更换。第一代高炉采用铸钢冷却壁，大修后全部换为铸铁冷却壁。承钢高炉因为原料中富含钒钛，炉缸堆积特别严重，炉缸耐材不会损坏，主要就是冷却壁损坏。 1260m3高炉铁中钛高达0.10%以上，渣中钛在8.0%以上，渣铁流动性和炉况顺行受到威胁，配吃钒钛矿后采取的主要措施是搞好炉
内控制和炉前渣铁排放两方面的工作。炉内控制主要是通过降硅和控制渣铁物理热来达到控制铁水中钛的还原，保证铁水的流动性。用Si+Ti（0.3-0.55）均值合格率和Si+Ti合格率作为目标值考核。炉前主要以考核铁口深度合格率和考核渣铁排放时间来达到排净渣铁的目的。 一、目前高炉主要操作控制参数和技术指标 1#高炉： 布料矩阵：C837362524113O83736252料线：1400mm 矿批：33-35吨在送风制度的选择上是以吹透中心为目的，选择长风口，小风口。风口布局是￠115mm×530mm×9个，￠120mm×530mm的11个，风口面积：0.3102m2。平均风量在2300m3,/min顶压190kpa，风速在185m/s 左右，鼓风动能在8500以上。 2#高炉： 布料矩阵：C103938372625112O10393837262 料线：1400mm 矿批：50-53吨在送风制度的选择上是以吹透中心为目的，选择长风口，小风口。
钛冶金发展简史
钛冶金发展简史 .1 钛的发现及实验室研究 化学元素钛（Ti），是在1791年由英国牧师兼业余矿物爱好者W·格列戈尔（William Gregor）在一种黑色的磁铁矿砂中首先发现的，它实际上是一种不知名的新元素的氧化物，当时就以发现它的地名墨纳昆城来命名这种氧化物为“墨纳昆”。1795年德国化学家M·H·克拉普罗特（M·H·Klaproth）在研究矿物金红石时，也从中发现了这种元素。他把这种新元素的氧化物称为“钛土”。几年后证实，从这两种矿物中发现的所谓“墨纳昆”和“钛土”乃是同一种新元素的氧化物，并以希腊神话中的大力神泰坦（Titans）来命名这种新元素为钛（Titanium）。 在很长一段时间内，人们一直把以含钛的磁铁矿精矿为原料，在高炉炼铁时产生的高炉渣中形貌与金属钛有些相像的钛的碳氮化物（Ti(N, C)）误认为是金属钛。事实上，到了1825年才由化学家贝齐里乌斯（I.J. Berzelius）用金属钾还原氟钛酸钾（K2TiF6）的方法，在实验室第一次制得了真正意义上的金属钛，但其纯度很差，量又很少，不能供研究之需。之后瑞典学者，尼尔森和彼得森（Nilson & Petson）又在1887年用钠热还原TiCl4的方法制得了杂质含量<5%的金属钛。因为量少，杂质多，无法对其理化性质进行研究，因此，对钛的各种性质仍然知之甚少。1895年，Muasana用碳还原TiO2并随后精炼的方法，制得了约含2%杂质的金属钛。直到1910年，也就是在发现钛元素120年之后，美国化学家亨特（M·A·Hunter）在前人研究的基础上，再次重复尼尔森和彼得森的方法，在抽除了空气的钢弹中，用钠还原高纯TiCl4，第一次制取了几克纯金属钛，这种纯钛含杂质0.5%，热态时具有延性，冷态下却是脆性的。1925年，V·阿尔克尔（Van Arkel）和D·布尔（De Boer）用在灼热的钨丝上热分解TiI4的方法，制出了无论在冷态或热状态下都具有优良延展性的纯金属钛。这为钛性质的研究创造了条件。这种制取纯金属钛的方法，因生产效率很低，且成本很高，无法用于大规模工业生产，但它是提纯金属钛的一种有效方法，所以，至今仍被用来小规模生产特殊用途的高钝钛。1938年，卢森堡冶金学家克劳尔（W.J.Kroll）发展了钛的制备技术，发明了在内衬了钼的反应器中，在惰性气体氩（Ar）的保护气氛下，用镁热还原纯TiCl4制取金属钛的方法。镁热还原法和钠热还原法为组织钛的工业化生产提供了可能性。从这时起，开始对钛及其合金进行了广泛的研究。又经过10年时间的不断研究和改进，金属钛的生产终于从实验室走向了工业化生产。 2 钛的工业化生产 1948年9月，美国杜邦公司发布了用克劳尔法（镁热还原TiCl4法）工业生产海绵钛，取得成功的消息，其纯度在99%以上。当年美国总共生产了3t海绵钛。至此，终于实现了钛冶金的工业规模生产，开辟了钛冶金工业的新纪元。到1950年秋，供实验用的钛总产量
钛的基本知识
钛的基本性质 原子结构 钛位于元素周期表中ⅣB族，原子序数为22，原子核由22个质子和20-32个中子组成，核外电子结构排列为 1S22S22P63S23D24S2。原子核半径5x10-13厘米。 物理性质 钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为0.38-0.4K。在25℃时，钛的热容为0.126卡/克原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子·度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。 钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%，但强度低，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。 化学性质 钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类： 第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物； 第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体； 第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体； 第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。 与化合物的反应： ◇HF和氟化物 氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4，反应式为（1）；不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜，可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强熔剂。即使是浓度为1%的氢氟酸，也能与钛发生激烈反应，见式（2）；无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。 Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135.0千卡（1）2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2 （2） ◇HCl和氯化物 氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4，见式(3);浓度<5%的盐酸在室温下不与钛反应，20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3，见式(4);当温度长高时，即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液，都不与钛发生反应，钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。 Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94.75千卡(3)2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 (4) ◇硫酸和硫化氢 钛与<5%的稀硫酸反应后在钛表面上生成保护性氧化膜，可保护钛不被稀酸继续腐蚀。但>5%的硫酸与钛有明显的反应，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，达到60%时腐蚀速度反而变慢，80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛，见式（5）,（6），加热的浓硫酸可被钛还原，生成SO2，见式（7）。常温下钛与硫化氢反应，在其表面生成一层保护膜，可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下，硫化氢与钛反应析出氢，见式（8），粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物，在900℃时反应产物主要为TiS，1200℃时为Ti2S3。 Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 (5) 2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6) 2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202千卡(7)Ti＋H2S＝TiS＋H2＋70千卡(8) ◇硝酸和王水 致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性，这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜，但是表面
钛的冶炼方法及方程式
钛的冶炼方法及方程式 钛是一种重要的金属材料，其具有优异的耐腐蚀性、高强度、低密度等特点，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域有着广泛的应用。这篇文章将介绍钛的主要冶炼方法及其方程式。 1. 克罗内法 克罗内法是目前钛的主要生产方法，其主要原料是钛铁矿。具体过程如下： (1) 钛铁矿还原：钛铁矿和焦炭在电炉中还原生成钛和铁的合金。 FeTiO3 + 3C → Fe + TiC + 2CO (2) 钛的精炼：将钛铁合金放入反应釜中，加入氯气，生成氯化钛，然后经过精炼分离出纯钛。 TiC + 2Cl2 → TiCl4 + C TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2 2. 氧化-还原法 氧化-还原法是一种较为简单的钛冶炼方法，其主要原料是钛粉。具体过程如下： (1) 钛粉氧化：将钛粉置于高温氧气中氧化成钛四氧化物。 Ti + 2O2 → TiO4 (2) 钛四氧化物还原：将钛四氧化物和还原剂（如铝、镁等）在高温下反应，生成钛金属和氧化物。 TiO4 + 2Al → Ti + 2AlO 3. 碘化法
碘化法是一种相对较为简单的钛冶炼方法，其主要原料是钛粉和碘。具体过程如下： (1) 钛粉氧化：将钛粉置于高温氧气中氧化成钛四氧化物。 Ti + 2O2 → TiO4 (2) 钛四氧化物碘化：将钛四氧化物和碘在高温下反应，生成碘化钛。 TiO4 + 2I2 → TiI4 + 2O2 (3) 碘化钛还原：将碘化钛和还原剂（如铝、镁等）在高温下反应，生成钛金属和氧化物。 TiI4 + 2Al → Ti + 2AlI3 综上所述，钛的冶炼方法主要有克罗内法、氧化-还原法和碘化法，这些方法各有优劣，可以根据具体情况选择合适的方法进行生产。
钛及其化合物性质
钛及其化合物性质 1、钛单质，自然界存在：钛的主要钛铁矿（FeTiO3）和金红石（TiO2）。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O 2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。 2、钛的冶炼 工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿（精矿）： FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O 为了除去杂质Fe2(SO4)3，加入铁屑，Fe3+还原为Fe2+，然后将溶液冷却至273K以下，使得FeSO4·7H2O（绿矾）作为副产品结晶析出。 Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀，反应是： Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4锻烧偏钛酸即制得二氧化钛： H2TiO3 == TiO2+H2O 工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2（或天然的金红石）和炭粉混合加热至1000～1100K，进行氯化处理，并使生成的TiCl4，蒸气冷凝。 TiO2＋2C＋2Cl2＝TiCl4＋2CO 在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛： TiCl4＋2Mg＝2MgC12＋Ti 1
钛冶金
钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首，是不锈钢的3倍，是铝合金的1.3倍。熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点 3260±20℃，汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。在25℃时，钛的热容为0.126卡/克原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子·度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。 钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达 70-80%，但强度低，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。 1, 钛冶金简史 钛位于元素周期表第四周期第IV副族,原子系数为22.钛在地壳中的含量十分丰富,按结构金属算,仅次于铁和铝.20世纪初,钛以化合物和金属添加剂的形式被应用到各个行业,随着镁热还原法的研究成功及各种用途的开发,全世界钛的产量迅速地从1948年的2吨增加到现今的10万吨.我国的钛合金工业始于建国后,现今较著名的企业有宝鸡钛业,攀枝花钢铁公司等. 2, 钛的性质 金属钛为银白色,外观似钢.钛的熔点为1660℃,沸点为3302℃,密度
为4.506～4.516g/cm ,钛的机械强度比铁大一倍,比铝大5倍.钛合金的强度和钢相当,但密度只有钢的57%.钛的耐腐蚀性和不锈钢差不多,在冷水和沸水中均不受腐蚀.常温下,钛的表面被一层牢固的氧化—氮化膜覆盖,使得金属钛不在继续被氧化.基于钛的这些优异性能,因此钛具有十分广泛的用途. 3,_ 钛的用途 钛和钛合金是理想的高强度,低密度结构材料.因此在航空,航天,国防等工业用途十分广泛.具体地讲就是用来制作诸如:飞机,宇宙飞船外壳,各类发动机部件以及潜水艇等.与此同时,利用其耐腐蚀性,记忆功能等特点,在化工冶金,医疗日用品等行业也有着很重要的应用前景,其中很值得一提的就是人造关节,假肢等等. 4,钛矿物 钛通常是以二氧化钛或钛酸盐的形态存在.钛同硅,铌,锆等元素形成络阴离子的倾向.因此有组成复杂的硅钛酸盐,钛铌酸盐和钛锆酸盐等形态存在的矿物. 目前生产钛最主要的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,是优质的工业原料,但储量较少. 钛铁矿的组成为FeTiO2,它的分布最为广泛,呈黑色或黑褐色.常与磁铁矿(Fe3O4)或赤铁矿(Fe2O3)伴生在一起.因此通常将其称为钛磁铁矿或钛赤铁矿. 钛铁矿经选矿后可获得TiO2质量分数为43～60%的精矿,其中主要杂质是氧化铁,质量分数为25～35%,其余少量杂质为镁,钙,硅,铝,锰,
钛的基本知识
钛的根本性质 原子构造 钛位于元素周期表中ⅣB族，原子序数为22，原子核由22个质子和20-32个中子组成，核外电子构造排列为 1S22S22P63S23D24S2。原子核半径5x10-13厘米。 物理性质 钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米〔20℃〕，熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为0.38-0.4K。在25℃时，钛的热容为0.126卡/克原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子·度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。 钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%，但强度低，不宜作构造材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质〔氧、氮、碳〕可大大进步钛的强度，显著降低其塑性。钛作为构造材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而到达的。 化学性质 钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反响。各种元素，按其与钛发生不同反响可分为四类： 第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物； 第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体； 第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体； 第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素〔除钪外〕，锕、钍等不与钛发生反响或根本上不发生反响。 与化合物的反响： ◇HF和氟化物 氟化氢气体在加热时与钛发生反响生成TiF4，反响式为〔1〕；不含水的氟化氢液体可在钛外表上生成一层致密的四氟化钛膜，可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强熔剂。即使是浓度为1%的氢氟酸，也能与钛发生剧烈反响，见式〔2〕；无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反响，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反响。 Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135.0千卡〔1〕2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2 〔2〕 ◇HCl和氯化物 氯化氢气体能腐蚀金属钛，枯燥的氯化氢在>300℃时与钛反响生成TiCl4，见式(3);浓度<5%的盐酸在室温下不与钛反响，20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3，见式(4);当温度长高时，即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液，都不与钛发生反响，钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。 Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94.75千卡(3)2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 (4) ◇硫酸和硫化氢 钛与<5%的稀硫酸反响后在钛外表上生成保护性氧化膜，可保护钛不被稀酸继续腐蚀。但>5%的硫酸与钛有明显的反响，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，到达60%时腐蚀速度反而变慢，80%又到达最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反响生成硫酸钛，见式〔5〕,〔6〕，加热的浓硫酸可被钛复原，生成SO2，见式〔7〕。常温下钛与硫化氢反响，在其外表生成一层保护膜，可阻止硫化氢与钛的进一步反响。但在高温下，硫化氢与钛反响析出氢，见式〔8〕，粉末钛在600℃开场与硫化氢反响生成钛的硫化物，在900℃时反响产物主要为TiS，1200℃时为Ti2S3。 Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 (5) 2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6) 2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202千卡(7)Ti＋H2S＝TiS＋H2＋70千卡(8) ◇硝酸和王水 致密的外表光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性，这是由于硝酸能快速在钛外表生成一层结实的氧化膜，但是外表
钛的简介和冶炼
钛的简介和冶炼 ： 钛属于稀有金属，在地壳中的丰度占第七位，有0.42%。用于冶炼钛的矿物 主要有钛铁矿、金红石和钙钛矿等。矿石经处理得到易挥发的四氯化钛，再用镁还原而制得纯钛。 元素用途： 钛和钛的合金大量用于航空工业，有空间金属之称;另外，在造船工业、化学 工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用。 元素辅助资料： 钛的主要矿石是金红石和钛铁矿，它的发现也正是从这两种矿石的分析而 来。早在1791 年英国英格兰西南端康沃尔(Cornwall)郡门拉陈(Menacan)教区的牧师格累高尔，也是一位科学家，分析出产在他教区内的一种黑色矿砂，也就是今天成为钛铁矿的矿石时发现了一种新的金属物质并命名为menacenite。三年后，1795 年，克拉普罗特分析了匈牙利布伊尼克(Boinik)地区出产的金红石，认识到它是一种新金属的氧化物，具有抵抗酸、碱溶液的特性，借用希腊神话中大地的第一代儿子们泰坦神族Titans，命名这个金属为titanium，元素符号定为Ti。两年后，克拉普罗特证实格累高尔发现的menacenite 就是钛。 钛对于酸、碱具有较强的耐腐蚀性，已成为化工生产中重要的材料。 钛一般被认为是稀有金属，其实它在地壳中的含量相当大，比一般的常用的 金属锌、铜、锡等都大，甚至比氯、磷都大。 钛的冶炼 钛在1791 年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在1910 年，中间经历了一百余年。原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化
合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿, 钛及钛合金的特性、用途 纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K ，比钢高近500K。 tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！
钛铁冶炼工艺
钛铁冶炼工艺 一、钛铁简介 钛铁合金是中间合金的一种，根据含钛量的不同可分为三种:含钛量为25%~35%的是低钛铁，含钛量为35%~45%的是中钛铁，含钛量为65%~75%的是高钛铁。 二、钛铁用途 钛铁合金具有改善结晶组织、提高钢的强度、固定间隙元素、储氢的功能。 三、钛铁冶炼工艺 钛铁冶炼的主要方法有重熔法、金属热还原法、电解法。 1、重熔法 重熔法是目前制备高钛铁的主要方法，它是以废钛材或海绵钛为原料加铁重熔，主要使用感应炉和电炉。
0钛氧化物还原反应?F一T关系图 特点:采用适量的脱氧剂和碱性四元熔渣操作，工艺技术可行，且得到的高钛铁合金产品化学成分稳定，杂质含量低，但是其成本过高，而且受市场价格影响很大。 2、金属热还原法 (1)铝热法 根据自由焓图可知，只有以生成的氧化物比钛的氧化物更稳定的金属还原剂才能生产出钛及其合金来。金属热还原法可在常压下进行，也可在真空下进行。该法具有原料广、生产成本低等有点，国内外对该方法进行了大量的研究，又由热力学计算可知，金属铝、镁、钙、钡、钠、锂都是二氧化钛理想的还原剂，考虑到还原剂成本的问题，主要采用铝为还原剂。
理论上，在高温范围内，铝能将TiO2还原成金属钛。实际 上TiO2还原过程非常复杂。一部分TiO2被还原成金属钛，另 一部分TiO2被还原成TiO，还生产一些其它的氧化物，使得 用铝热法在生产钛铁的过程中，氧的残留量，过高的问题。因 而严重影响产品的回收率及纯度。分析其热力学过程的出，提 高钛的回收率，和降低氧含量主要有俩个方向，一是增加铝的 含量。二是降低氧化铝的活度。 (2)复合还原剂法 为了得到低成本低氧的高钛铁，有研究人员采用复合还原剂来制备高钛铁。复合还原剂主要有AI-Mg，AI-Ca，AI-Mg-Ca等，采用复合还原剂有如下好处:Mg，Ca 都属于强还原剂，同时其生成物MgO，CaO都属于强碱性氧化物，较易与氧化铝结合，降低了氧化铝的活性，可以保证TiO2被充分还原。 3、电解法 电解法是通过熔盐电解制备钛铁合金，是将钛的氧化物与铁及 氧化物混合烧结制电极，在熔盐中进行电解还原制备合金。综上所述 目前钛铁合金的冶炼主要是重熔法和金属热还原法。重熔法是 制备优质钛铁的主要方法，但以海绵钛为原料来源有限，价格受市场影响大，成本高。铝热还原法因它原料钛铁混合物来源广泛，但产品质量不稳定，特别是高氧含量的不能作为制备特种钢的添加剂。许多研究者采用了复合还原剂、改善渣系的组成、复合工艺等制备低氧高钛铁，但都还在试验及扩大试验阶段。
高钛高锰铁水冶炼实践
高钛高锰铁水冶炼实践 摘要：针对天山钢铁巴州有限公司炼钢厂转炉冶炼高钛高锰铁水实践，从炼 铁工艺、转炉冶炼、加料控制、溅渣工艺等各方面进行了认真分析总结，采取了 一些措施，效果较为明显。 关键词：转炉冶炼、加料控制、终点残锰、溅渣效果 1. 技术背景 天山钢铁巴州有限公司炼钢厂主体装备1300吨混铁炉一座、120吨转炉一座、120吨LF炉一座、160mm×160mm8机8流小方坯连铸机一台，建于2011年单线 生产组织模式；主要生产的钢种有Q195，Q235，HPB300，HRB400E,HRB500E等。 1. 生产概况 自原铸管新疆合并宝武集团后，天山钢铁巴州有限公司前端原料进行调整， 配加高钛高锰原料，铁水成分发生较大变化（锰从0.52%提升到1.12%，钛从 0.04%提升到0.116%）。同时迎来市场环境向好，发挥极致产能、增加效益成为 炼钢厂首要任务。 由于高钛铁水，炼铁出铁后拉运到炼钢厂已经结壳严重，铁水罐包沿粘接。 增加混铁炉入炉困难、铁水罐维护困难、洒铁事故，钢铁料耗明显升高由原来2020年平均1052kg/t升高到1083.5 kg/t（2021年4月）。 由于高炉铁水锰含量在0.90%-1.50%范围波动，被迫采用双渣操作和转炉炉 况恶化严重，直接影响炼钢厂产能发挥，成为巴州钢铁生产线瓶颈。 为解决这一问题，我们成立了攻关小组，从炼铁铁水管控、优化扒渣工艺、 转炉冶炼控制、溅渣工艺等，取得了明显效果。
1. 铁水钛含量升高的不利影响 1. 铁水罐结壳的影响。由于铁水钛含量较高，含钛铁水表面裸露，铁水中的钛会与空气中的氧迅速反应，生产钛的氧化物TiO2进入渣中，渣熔点升高，形成高熔点渣系物质极易结壳。 2. 扒渣工序铁损的影响。渣黏稠，由于渣黏稠，渣中的铁液被包裹在渣中，造成扒渣工序铁损增加。 3. 转炉冶炼终点温度的影响。钛在转炉冶炼过程中氧化放热，当铁水中钛含量在0.10%～0.20%时，发热量较大，因此在计算热平衡时必须考虑此部分的热量增加，才能准确控制终点温度。 1. 铁水锰含量升高的不利影响 1. 终点残锰的影响。随着铁水锰的升高，终点残锰波动范围0.20%-1.10%，脱氧合金化工艺困难增加。2月4日生产棒材HRB400Eφ18规格，由于脱氧合金化工艺控制不到位，造成铸坯出现表面气泡和皮下气泡质量事故，145吨存在裂纹（黑线）。 2. 冶炼操作的影响。锰氧化成MnO进入炉渣，降低转炉炉渣熔点，促使白灰溶解，加快成渣速度，炉渣流动性增加。但在含量过高的情况下，炉渣过稀操作不当，会出现喷溅事故、环保外排事故、甚至出现安全事故。 3.
金属常见冶炼方法
金属常见冶炼方法【1】 一、电解法 金属活动顺序表中金属的冶炼如： （熔融） （熔融） ［生成的O2与阳极炭棒反应生成CO、CO2，所以应不断补充阳极炭棒，冰晶石（）为助熔剂。］ 二、热还原法 金属活动顺序表中金属的冶炼。 （1）用作还原剂 （制很纯的还原性铁粉，这种铁粉具有很高的反应活性，在空中受撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火球”。） （2）用C（焦炭、木炭）、CO作还原剂。如： （我国是世界上冶炼锌最早的国家，明朝宋应星在《天工开物》一书中有记载） （3）作还原剂（铝热剂）冶炼难熔的金属
（4）用等活泼金属为还原剂冶炼Ti等现代的有色金属。 （熔融） （熔融） 钛是银白色金属，质轻和机械性能良好，耐腐蚀性强，广泛应用于化学工业、石油工业、近代航空、宇航、以及水艇制造中，被称为“空中金属”、“海洋金属”、“陆地金属”。医学上利用它的亲生物性和人骨的密度相近，用钛板、钛螺丝钉制作人工关节、人工骨，很容易和人体肌肉长在一起。所以又被称为“亲生物金属”。钛的合金（如钛镍合金）具有“记忆”能力，可记住某个特定温度下的形状，只要复回这个温度，就会恢复到这个温度下的形状，又被称为“记忆金属”。此外，钛还可制取超导材料，美国生产的超导材料中的90%是用钛铌合金制造的。由于钛在未来科技发展中的前景广阔，又有“未来金属”之称。 三、加热法 等不活泼金属的冶炼，可用加热其氧化物或锻烧其硫化物的方法。如： 唐代李白的秋浦歌：炉火照天地，红星乱紫烟。郝郎明月夜，歌曲动川寒。秋浦：在今安徽省池洲市西，当时产银、铜。郝郎指冶炼工人。
四、物理提取——富集 在自然界中存在，其密度很大，用多次淘洗法去掉矿粒、泥沙等杂质， 便可得。刘禹锡的浪淘沙：日照澄洲江雾开，淘金女伴满江隈。美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来。（隈：水转弯的地方） 五、湿法冶金 即利用溶液中发生的化学反应（如置换、氧化还原、中和、水解等），对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程。如金、银的工业冶炼： 六、金属冶炼方法记忆（按金属活动性顺序） K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H） Cu Hg Ag Pt Au 电解熔融的化合物用碳、氢气等还原加热法游离态，物理提取
主要钛产品生产工艺流程图
主要钛产品生产工艺流程 成都工业学院材料工程学院邹建新 攀枝花学院材料工程学院彭富昌 1 钛产品生产原则流程 所有钛产品的最初原料都是含钛矿物，通常为钛铁矿。最终钛产品有两种，一是单质的金属钛，二是氧化物TiO2，前者作为结构性钛（合金）材料，广泛用于航空航天、海洋、化工及高档民用等领域，后者作为功能性钛白粉颜料，广泛用于涂料、造纸、塑料及电子等领域。钛铁矿经选矿工艺后成为钛精矿，钛精矿经熔炼为钛渣或经湿法冶金处理为人造金红石或富钛料，钛精矿或酸溶性钛渣作为硫酸法钛白的原料，与浓硫酸酸解后生产钛白粉，氯化钛渣或人造金红石经氯化后生成四氯化钛，再用镁高温还原生产海绵钛，海绵钛经高温熔融为钛锭，即可进一步加工成钛材。工艺流程如图 1所示。 图 1 钛产品生产原则工艺流程 2 钛渣生产工艺 电炉熔炼钛渣的工艺流程包括：配料，制团（可选），电炉熔炼，渣铁分离，冷却炉前钛渣，破碎，磁选，获得成品高钛渣等步骤。钛精矿与碳还原剂一起置于高温电弧炉中熔炼，铁氧化物被还原为金属铁，余下部分为二氧化钛、氧化钙、氧化镁、二氧化硅的熔融混合物，冷却后即为钛渣。如图 2所示。其中的半钢是指电炉熔炼后获得的含碳较高的铁水。
图 2 电炉熔炼钛渣的原则工艺流程 3 硫酸法钛白粉的生产工艺 钛白生产方法包括如下三种：①硫酸法，可生产金红石型和锐钛型钛白；②氯化法，国内仅中信锦州钛业、云南新立、洛阳万基、漯河兴茂、攀钢在生产或在建，国外55%企业采用，只能生产金红石型钛白；③盐酸法，尚未产业化，新西兰曾进行试生产，国内不少学者也开展过实验研究。 生产钛白的硫酸法与氯化法各有优缺点，业界评价褒贬不一。硫酸法会产生绿矾和废酸，但可综合利用，氯化法产生的氯化废渣处理难度较大，一般只能深埋，国内攀钢集团已开发了一种可以有效回收利用氯化废渣的专有技术。硫酸法可生产锐钛型钛白，但氯化法不行。随着环保成本的增加，硫酸法钛白粉厂只要愿意增大资金投入，其“三废”污染问题是可以得到较好解决的。 硫酸法生产钛白是成熟的生产方法，使用的原料为钛精矿或钛渣，以及矿渣混合物。硫酸法钛白生产，实际上是一个通过分离、提纯等化学和物理方法，去除钛精矿（钛渣）中的杂质，只保留90%以上TiO2的一个化工过程。 硫酸法钛白生产的主要环节包括： ①酸解；②钛液水解；③偏钛酸盐处理；④偏钛酸煅烧；⑤钛白后处理。 生产钛白的原料：钛精矿或钛渣、硫酸（本节以钛精矿为例）。生产钛白的产品：金红石型钛白或锐钛型钛白，另外副产硫酸亚铁。硫酸法生产钛白主要由下列几个工序组成：原矿准备，用硫酸分解精矿制取硫酸钛溶液，溶液净化除铁，由硫酸钛溶液水解析出偏钛酸，偏钛酸煅烧制得二氧化钛以及后处理工序等。原则工艺流程如图 3所示。
金属钛的制取方法术(标准版)
金属钛的制取方法术(标准版) Safety technology is guided by safety technology, based on personnel protection, and an orderly combined safety protection service guarantee system. ( 安全技术) 单位：_______________________ 部门：_______________________ 日期：_______________________ 本文档文字可以自由修改
金属钛的制取方法术(标准版) 钛及其合金具有密度小耐腐蚀、耐高温等优异性能。世界钛工业正经历着以航空航天为主要市场的单一模式，向冶金、能源、交通、化工、生物医药等民用领域为重点发展的多元模式过渡。目前世界上能进行钛工业化生产的国家只有美国、日本、俄罗斯、中国等少数国家，钛的世界年总产量仅有几万吨。但是由于钛的重大战略价值和在国民经济中的地位，钛将成为继铁、铝之后崛起的“第三金属”，21世纪将是钛的世纪。 当前钛的生产方法当前钛的生产采用金属热还原法，其是指利用金属还原剂(R)与金属氧化物或氯化物(MX)的反应制备金属M。已经实现工业化生产的钛冶金方法为镁热还原法(Kroll法)和钠热还原法(Hunter法)。因为Hunter法比Kroll法生产成本高，所以目前在工业中广泛应用的方法只有Kroll法。Kroll法从
1948年开发当初就因其成本高、还原效率低而受到批评。半个世纪过去了，该工艺并没有根本的改变，仍然是间歇式生产，未能实现生产的连续化。 金属钛生产方法的新动向世界钛工业经过几十年的发展，尽管对Kroll法和Hunter法进行了一系列的改进，但它们均是间歇操作，小的改进并不能大幅度降低钛的价格。因此应开发新的、低成本的连续化工艺才能从根本上解决高生产成本这一问题。为此，研究人员进行了大量的实验和研究。当前研究的重点有以下几种方法：电化学还原法为了降低成本，人们对金属钛直接除氧进行了研究。国外有人用电化学的方法使钛中固溶氧的浓度降低到检出界限(500ppm)以下。他们认为在电化学除氧的过程中，除氧剂钙在电解氯化钙熔盐时产生，O2-在阳极以CO2或CO 的形式析出。这种新型高纯化方法，不仅用于钛的脱氧，而且适用于钇、钕等稀土金属，并且可使氧含量降低到10ppm。 电化学的方法的工业化实验的流程是：首先将二氧化钛粉末用浇注或压力成形，烧结后作阴极，以石墨为阳极，以CaCl2
钛渣冶炼炉新工艺介绍
钛渣冶炼炉新工艺介绍LT
⑿直流电弧无电流过零息弧，噪音小，电弧稳定。 ⒀直流电炉在炉膛内为垂直导电方式，不受炉料电阻率的影响，易于实现高电压长弧冶炼操作，提高冶炼速度。仅直流供电一项即可比交流电炉节电10%以上。 ⒁停炉、修炉后起弧方便，易于操作。 密闭直流电炉与半密闭交流电炉性能对比见表1。 高钛渣冶炼过程中烟气带走的热量（包括可燃性气体的化学能）几乎相当于输入炉内的电能转化的热量。因此，充分利用此能源是钛渣生产降耗的出路之一。 利用密闭电炉的高浓度CO气体进行发电，同时，适当增加投资，亦可回收利用液态铁水的显热等，都是二次能源利用。 密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺能够利用密闭炉气的显热来干燥炉料，降温、除尘、净化后的炉气，用来驱动燃气发电机产生电力，反馈为电炉电能的补充，使得电能的消耗大大降低。仅此一项即可节能15%～20%。 综合起来，密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺综合节电效果可以达到25 %～35%。 表1直流密闭空心电极电炉与交流半密闭/敞口电炉性能对比 序号项目交流敞口/半密闭电炉直流密闭空心电极电炉 1 电耗% 100 ～70 3 电极消耗% 100 ～55 4 还原剂消耗% 100 ～80 5 功率因数（未补偿）0.55～0.85 ﹥0.9 6 产能% 100 105～128 7 炉料形状球团、块料粉末 8 加料形式间断连续 9 物料还原反应状态固相液相 10 炉膛空间气氛空气、二氧化碳一氧化碳（80%） 11 噪音大微 12 车间粉尘多很少 13 炉况不稳定，需要捣炉稳定，不需要捣炉 14 电炉煤气无法回收利用回收利用 15 环保除尘运行费用% 100 40～50 高钛渣冶炼工艺流程 以钛精矿为主要原料、炭为还原剂，密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉，生产工艺流程图如图一所示。