高純鈦制備工藝研究

1、高純鈦制備工藝研究 高純鈦制備工藝研究一、高純鈦的主要制備方法高純鈦的制備方法可分為化學(xué)精制和物理精制方法，化學(xué)精制主要是借助氧化、還原、絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)分離雜質(zhì)，物理精制則是利用主體金屬與雜質(zhì)的物理性質(zhì)的差異，達(dá)到主體金屬的高純度化。為獲得高純度金屬鈦，通常先采用化學(xué)方法獲得一定純度的金屬，然后用物理方法達(dá)到更高的純度。目前，國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用的制備高純鈦的工藝有Kroll 法(Mg 熱還原法)、碘化鈦熱分解法、熔鹽電解法以及電子束熔融

2、精煉法等，其中電子束熔融精煉法屬于物理精制方法。圖 1 所示為制備高純鈦的可能的途徑。圖 1 制備高純鈦的可能途徑1. Mg 熱還原法Mg 熱還原法(Kroll 法)是 1938 年由盧森堡科學(xué)家 W.J.KroU 提出并于 1948年在美國(guó)杜邦公司成功實(shí)現(xiàn)了鈦的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)、目前應(yīng)用最廣的生產(chǎn)海綿鈦的方法。該方法采用純金屬 Mg 作為還原劑將 TiCl4 還原得到海綿狀的純金屬鈦。其反應(yīng)裝置和主要工藝流程如圖 2、圖 3。Mg 熱還原

3、工藝中，Mg 與 TiCl4 的還原反應(yīng)是在密閉的鋼制反應(yīng)器中進(jìn)行的，首先將純金屬鎂放入反應(yīng)器中并充滿惰性氣體，加熱使鎂熔化，在 800～ 900℃下，以一定的流速通入 TiCl4，使之與熔融的鎂反應(yīng)，主要反應(yīng)的反應(yīng)式為：TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2 (1-1)了獲得高純度的 TiCl4，通常采用多級(jí)精餾的方法除去其中高沸點(diǎn)和低沸點(diǎn)的雜質(zhì)，如 SiCl4、FeCl3、AiCl3

4、 等，而對(duì)于與 TiCl4 沸點(diǎn)相近的雜質(zhì) VOCl3 則須用化學(xué)方法除去。此外，還原工序中反應(yīng)容器等因素都會(huì)對(duì)海綿鈦的雜質(zhì)含量有較大影響，比如雜質(zhì)鐵主要來(lái)源于反應(yīng)器壁，越靠近器壁的部分雜質(zhì)鐵含量越高，氧、氮等雜質(zhì)則來(lái)源于空氣、反應(yīng)器內(nèi)鐵銹、原料 TiCl4 及 Mg 中溶解的氧及氧化物等。2. 碘化鈦熱分解法碘化鈦熱分解法(通常稱為碘化法)制備高純鈦是利用鈦在低溫區(qū)和高溫區(qū)與鹵化劑的可逆反應(yīng)、而雜質(zhì)元素在上述溫度區(qū)間不參與鹵化反應(yīng)或者

5、分解反應(yīng)從而達(dá)到分離雜質(zhì)的目的。該方法是 1925 年 VanArkn 和 DeBoer 為了將鈉還原獲得的不純的鈦提純而發(fā)明的。碘化鈦熱分解反應(yīng)裝置示意圖如圖 4，反應(yīng)容器內(nèi)分為高溫區(qū)和低溫區(qū)，低溫區(qū)溫度由爐溫控制，高溫區(qū)則由額外電源供電加熱，高溫區(qū)發(fā)熱材料通常為鈦絲或鎢絲，作為發(fā)熱材料的同時(shí)也作為高純鈦析出的基體。其過(guò)程為：首先將純度低的鈦原料(粗鈦)與碘一起充填于密閉容器中，在低溫區(qū)(200～400℃)發(fā)生碘化反應(yīng)，合成四碘化鈦，