钛金属工业化实验流程有哪些？

钛是地壳中含量最丰富的元素之一，但是，自从钛在200多年前被发现以来，因提炼困难一直被列为稀有金属的行列。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。从20世纪后半叶起，随着航空工业的发展，钛冶炼才受到人们的关注。钛是高熔点金属，其密度较小，钛合金的强度可与高强度钢相媲美，同时具有很好的耐腐蚀能力，钛合金的这些优点，使其当之无愧地被称为“太空金属”，又具有“海洋金属”的美誉。然而，至今为止，全球金属钛的产量还不到原铝产量的1%，也不到钛白粉产量的1/10。造成这一现象的主要原因在于现行的钛金属生产方式的缺陷。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。

钛板厂家了解到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(M X)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。目前，国内外钛金属主要是以镁热还原TiCl4来生产的，称为Kroll法。其基本流程是：装有金属镁的不锈钢反应器被升温到950℃，注入精制过的TiCl4，发生反应并放热，反应结束后副产品MgCl2和剩余的镁用真空抽走，循环使用，待反应器冷却后，打开反应器获得海绵钛。Kroll法自一开始就因其成本高、还原效率低而受到批评。

该法生产成本高的原因主要有：

(1)耗时，全过程从TiO2的氯化开始到生产出海绵钛需要17天；(2)耗能，吸热的化学还原与放热的化学还原分别在不同的反应器中完成，潜能未能利用，生产1吨钛耗能6945kW·h；(3)耗力：劳动强度大，反应需要在真空及保护气氛下进行，而且过程非连续，间歇操作；(4)原料贵：Mg和TiCl4约占成本的71%；(5)环境负荷大：TiCl4和Cl2具有强腐蚀性，生产过程需要在密闭体系中进行，不允许有任何泄漏，也因此设备投资比较大。半个世纪过去了，该工艺并没有发生根本性的改变，仍然是间歇式生产，未能实现生产的连续化，故生产成本很高。

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(500 ppm)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为熔盐，在石墨或钛坩埚中进行电解。所加电压2.8V～3.2V，低于CaCl2的分解电压(3.2V～3.3V)。电解一定时间后，阴极由白色变为灰色，在SEM下观察，0.25μm的TiO2转变为12μm的海绵钛。以氯化钙为熔盐，最主要的原因是其价格低，并且对O2-具有一定的溶解度，使析出的钛不易被氧化;另外， CaCl2无毒，对环境无污染。 与TiCl4熔盐电解相比，此方法所用原料是氧化物而不是易挥发的氯化物，所以制备过程可以简化，而且产品质量高;不会发生钛的各价离子间的氧化还原反应;阳极析出气体为纯氧气(惰性阳极)或CO、CO2的混合气体 (石墨阳极)，易于控制，无污染。