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產(chǎn)品問(wèn)答

金屬鈦生產(chǎn)及防止污染方法有哪些?

[ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時(shí)間:2019-12-06 | 瀏覽:2147 ]

金屬鈦生產(chǎn)方法的新動(dòng)向世界鈦工業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,盡管對Kroll法和Hunter法進(jìn)行了一系列的改進(jìn),但它們均是間歇操作,小的改進(jìn)并不能大幅度降低鈦的價(jià)格。因此應開(kāi)發(fā)新的、低成本的連續化工藝才能從根本上解決高生產(chǎn)成本這一問(wèn)題。為此,研究人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗和研究。當前研究的重點(diǎn)有以下幾種方法:電化學(xué)還原法為了降低成本,人們對金屬鈦直接除氧進(jìn)行了研究。國外有人用電化學(xué)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(xué)除氧的過(guò)程中,除氧劑鈣在電解氯化鈣熔鹽時(shí)產(chǎn)生,O2-在陽(yáng)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(xué)的方法的工業(yè)化實(shí)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(yáng)極,以CaCl2為熔鹽,在石墨或鈦坩堝中進(jìn)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(shí)間后,陰極由白色變?yōu)榛疑?,在[寶雞力航鈦業(yè)]www.lh-ti.com下觀(guān)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(jià)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(wú)毒,對環(huán)境無(wú)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(guò)程可以簡(jiǎn)化,而且產(chǎn)品質(zhì)量高;不會(huì )發(fā)生鈦的各價(jià)離子間的氧化還原反應;陽(yáng)極析出氣體為純氧氣(惰性陽(yáng)極)或CO、CO2的混合氣體(石墨陽(yáng)極),易于控制,無(wú)污染。

當前鈦的生產(chǎn)方法當前鈦的生產(chǎn)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(jīng)實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)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(chǎn)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(kāi)發(fā)當初就因其成本高、還原效率低而受到批評。半個(gè)世紀過(guò)去了,該工藝并沒(méi)有根本的改變,仍然是間歇式生產(chǎn),未能實(shí)現生產(chǎn)的連續化。

該法不僅促進(jìn)了陰極附近的還原反應,同時(shí)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(xué)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2000年英國自然雜志發(fā)表論文的數據估算,采用該方法,每噸海綿鈦降低生產(chǎn)成本13000美元左右,目前全球五六萬(wàn)噸的總產(chǎn)量如果改由該電化學(xué)方法生產(chǎn),每年將節省7.7億美元的生產(chǎn)成本。Armstrong法Amstrong等對Hunter法進(jìn)行改進(jìn),使之成為連續化生產(chǎn)工藝。其流程是:首先將TiCl4氣體注入過(guò)量熔融的鈉中,過(guò)量的鈉起冷卻還原產(chǎn)物并攜帶產(chǎn)物進(jìn)入分離工序的作用。除去鈉和鹽即可得到產(chǎn)品鈦粉。產(chǎn)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(jìn),可生產(chǎn)VTi、AlTi合金。與Hunter法相比,該方法的具有連續化生產(chǎn)、投資少、產(chǎn)品應用范圍廣、副產(chǎn)物分解為鈉和氯氣可循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)。該方法已經(jīng)接近了工業(yè)化生產(chǎn),但仍然存在幾個(gè)問(wèn)題,如怎樣進(jìn)一步降低氧含量,產(chǎn)品成本如何等。采用TiCl4電解還原法在技術(shù)上首先需要將TiCl4轉變鈦的低價(jià)氯化物且使之溶解于熔體中,同時(shí),必須將陰極區和陽(yáng)極區隔開(kāi)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(huì )發(fā)生孔蝕。做成的鈦制品還具有抗腐蝕疲勞穩定性。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(jīng)歷著(zhù)以航空航天為主要市場(chǎng)的單一模式,向冶金、能源、交通、化工、生物醫藥等民用領(lǐng)域為重點(diǎn)發(fā)展的多元模式過(guò)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(dòng)恢復。因此鈦在氧化性、中性介質(zhì)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(wèn)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(shí),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(shí),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(shí),由于鈦表面產(chǎn)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。認為鈦中的含鐵量對某些介質(zhì)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(shí)沾污的鐵滲入焊道,使焊道中局部含鐵量增高,這時(shí)腐蝕具有不均勻的性質(zhì)。使用鐵件支撐鈦設備時(shí),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(shí),氫就滲入金屬,根據溫度、壓力等條件,氫發(fā)生相應的擴散,這使鈦產(chǎn)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中使用要避免表面鐵污染。


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