鈦是地殼中含量最豐富的元素之一，但是，自從鈦在200多年前被發(fā)現(xiàn)以來，因提煉困難一直被列為稀有金屬的行列。從20世紀(jì)后半葉起，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，鈦冶煉才受到人們的關(guān)注。鈦是高熔點金屬，其密度較小，鈦合金的強(qiáng)度可與高強(qiáng)度鋼相媲美，同時具有很好的耐腐蝕能力，鈦合金的這些優(yōu)點，使其當(dāng)之無愧地被稱為“太空金屬”，又具有“海洋金屬”的美譽(yù)。然而，至今為止，全球金屬鈦的產(chǎn)量還不到原鋁產(chǎn)量的1%，也不到鈦白粉產(chǎn)量的1/10。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于現(xiàn)行的鈦金屬生產(chǎn)方式的缺陷。目前，國內(nèi)外鈦金屬主要是以鎂熱還原TiCl4來生產(chǎn)的，稱為Kroll法。其基本流程是：裝有金屬鎂的不銹鋼反應(yīng)器被升溫到950℃，注入精制過的TiCl4，發(fā)生反應(yīng)并放熱，反應(yīng)結(jié)束后副產(chǎn)品MgCl2和剩余的鎂用真空抽走，循環(huán)使用，待反應(yīng)器冷卻后，打開反應(yīng)器獲得海綿鈦。Kroll法自一開始就因其成本高、還原效率低而受到批評。該法生產(chǎn)成本高的原因主要有：（1）耗時，全過程從TiO2的氯化開始到生產(chǎn)出海綿鈦需要17天；（2）耗能，吸熱的化學(xué)還原與放熱的化學(xué)還原分別在不同的反應(yīng)器中完成，潛能未能利用，生產(chǎn)1噸鈦耗能6945kW·h；（3）耗力：勞動強(qiáng)度大，反應(yīng)需要在真空及保護(hù)氣氛下進(jìn)行，而且過程非連續(xù)，間歇操作；（4）原料貴：Mg和TiCl4約占成本的71%；（5）環(huán)境負(fù)荷大：TiCl4和Cl2具有強(qiáng)腐蝕性，生產(chǎn)過程需要在密閉體系中進(jìn)行，不允許有任何泄漏，也因此設(shè)備投資比較大。半個世紀(jì)過去了，該工藝并沒有發(fā)生根本性的改變，仍然是間歇式生產(chǎn)，未能實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化，故生產(chǎn)成本很高。
鑒于以上原因。現(xiàn)在全世界都在努力開發(fā)新的鈦冶金技術(shù)。最近，開發(fā)了可溶陽極電解鈦提取方法，被稱為USTB工藝。由于鈦的碳氧化物在一定的成分范圍內(nèi)具有導(dǎo)電性，因此可以用于陽極電解溶出，同時在陰極上獲得金屬鈦。USTB工藝采用含鈦的可溶性陽極材料為鈦源，電解制取高純鈦。其具體工藝分為碳熱還原和熔融鹽電解兩個部分。工藝中可溶性陽極TiCxOy的制備是以TiO2和石墨為原材料，以一定的化學(xué)計量配比混合壓制，將壓制所獲的塊體原料在一定的熱處理溫度下進(jìn)行燒結(jié)得到可溶性陽極材料TiCxOy。制備得到的塊體材料連接成陽極，在熔融鹽中進(jìn)行電解。在電解制備金屬鈦的過程中，陽極原料和陰極金屬產(chǎn)物分布在電解池的不同區(qū)間，陽極反應(yīng)時鈦離子溶解進(jìn)入熔鹽，然后在電作用下遷移到陰極附近并在陰極界面沉積得到金屬鈦。 分析 結(jié)果顯示，電解產(chǎn)物鈦含氧量小于300×10-6，含碳量小于700×10-6，陰極電流效率可達(dá)到89%。USTB工藝通過碳熱還原制取TiCxOy固溶體，從而解決了單獨生產(chǎn)TiC，TiO的繁瑣，同時控制TiCxOy固溶體的成分，保證電解的連續(xù)進(jìn)行。目前此方法已進(jìn)入中期試驗階段。
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