日记本

1.1.3 生产流程及应用 从原料开始到生产出金属钛成品的生产流程及应用如图1—1所示。氧化钛是生产金属钛的原料,但其中大部分却以氧化钛的物质形态用于各方面,转变成金属钛的数量不超过全部氧化钛的20%。氧化钛大批量的需求领域,为要求具备优良白色度、耐气候性、遮蔽力和着色力等鲜明夺目的白色颜料方面,即成为涂料,印刷油墨、纸张、塑料、化纤、橡胶等不可缺少的原料。除了上述应用领域之外,近年来,作为导电性材料的防静电制剂、超微粒子用的 UV (紫外线)遮蔽材、产生空气净化作用光触媒材料等功能性材料发展也十分显著。除金属钛外,2005年日本国内氧化钛产量约为25万 t ,全世界约为400万砘。 氧化钛按前述化学反应,生成金属钛的第一步是利用还原工艺制出多孔质“海绵钛”。以海绵钛为原料,再制造出金属钛锭。海绵钛除用于生产纯金属钛以外,还可作为钢铁添加材料、生产钛粉末、钛铸件的原料。在制造钛铸锭方面,又可分为两大类,(1)将海绵钛先压制成电极,再利用其本身电弧自行熔化制造出钛铸锭;(2)从外部加热(电子束)将海绵钛熔化制成钛铸锭。无论哪种方法都须用活性金属在真空中操作,添加合金进行调整合金成分,作为原料也可将这些碎片、料头等收集起来,有效的利用,并和整料一同进行熔炼。钛铸锭形状为圆柱形或断面为矩形,对其形状并无严格规定。 钛铸锭是以热轧方式轧成半成品坯料及小坯料的。如薄板、焊接管、线材等制品,均是热轧成半成品后,再进行冷轧成最终成品的。在生产热轧钛材时,特别要注意加热情况下对质量产生的严重影响,就是在加热过程中,材料容易吸收氧和氢,影响其力学性能。纯钛和 c 合金的组织敏感性很强。在力学性能上,极易发生各向异性。日本和其他国家在加工钛材方面有很大差别,其不同之处是确立的分工体制,海绵钛与钛铸锭由钛专业厂生产,随后利用钢铁企业的轧钢设备制成产品。它也有与轧钢不同之处,例如存在着同素异晶转变和可进行热处理以及与合金系列许多类似等。但这样做可以有效地发挥钢铁企业在轧制方面长年积累起来的技术。许多钛合金都是在钢铁企业中开发出来的,这反映了日本专业化的制造体制。在美国,钛的专业工厂是从海绵钛开始一直到加工成材,是自始至终一气呵成的。在其他国家有两种情况,一种是专门生产海绵钛;另—种是从熔炼铸锭一直到加工材,采用这种生产工艺流程的企业,几乎无一例外。表1—1是世界各主要国家钛工业企业名称及其产品种类。 轧制成材的产品,当然还要进行必要的加工,制成最终的成品。除此以外,还有一部分是直接制造出成品的,那就是粉末制品和铸造制品。粉末制品即用调整配比成分得到钛合金粉末,用压力成形法或是注塑成形法,制成所需产品,各种钛合金制品可以比较简单地生产出来。医疗器械等制品即为其代表例。一方面是采用传统的铸造成形法,如生产阀门类产品的沙模铸造成形法,另一方面为获得精密铸造品而采用的溶注蜡模法( lost wax )。这可以大幅度提高铸造技术以及产品质量。

铁及主要的非铁金属与钛相比,具有更加久远的历史。最古去的金属是铜,它具有6000年的历史。铁的诞生据说是在距今4000年前。金属铝的历史约为100年。有关铜与锌的合金一—黄铜,据说具有与铜同样长的历史,而金属锌的历史大约为500年。 任何一种金属,都不是以纯金属态存在的,铜以硫化铜(Cu2S)、锌则以硫化锌(闪锌矿 ZnS )和碳酸锌(茭锌矿 ZnCO )、铁则以氧化铁(主要是Fe20,)、铝则以铝氧化物( Al ,0,)的化合物形态存在。 为了从这些化合物中获取金属,即从作为原料的矿石中只提取出其中的部分金属(这种工艺称为冶炼)。让硫化铜与氧进行反应 Cu , S +0,一—2Cu+SO2,依其化学反应,则获得金属铜。铁与氧很容易生成化合物,将其中的氧除掉,具体办法是使其与碳在高温下进行反应,随着氧化物形态的转移,最后冶烁出金属铁。锌则以上述的化合物进行燃烧(称为焙烧)成为氧化锌,就像铁那样使其与碳共同加热以除掉氧(称为干式法),此外也可以使其溶解在硫酸中，进行电解，提取锌（称为湿式法），无论哪一种方法都可以获取锌。 铝与氧结合力强,若像冶铁那样使其与碳进行反应而除掉氧是不可能的。因此,将铝氧化物放人有碳内衬的电解槽中,为了降低其熔点需用冰晶石、氟化铝同时熔化。由于采用炭质电极进行电解,可得金属铝。这种还原反应会耗用庞大的电能,因此在电能价格比较高的日本这种办法几乎是不采用的。 钛矿石中含有金红石( Rutile )TiO2,灰钛石( Perovskite ) CaTiO 、.钛铁矿( Ilmenite ) FeTio ,等存在,即在地球上作为氧化物而存在着,当要获取金属钛时,如同对待铁和铝一样,必须进行还原反应以除掉氧。这其中的问题是钛与氧的结合力大于铝氧化物。它和碳在高温下进行反应,如同铝那样,以氧化物照旧不动。作为熔融盐进行电解分离,无论如何都不能分离氧,即用冶炼反应方式考虑分离氧不可能,而以化学反应为基本方法,则可除掉氧。 去除钛矿石中的氧化物的具体方法是:将其在高温(约900度)下与碳共存,在其与氯进行反应时, TiO2+2Cl2+2C——→ TiCl4 +2CO和 To2+2Cl2+ C ——→ TiCl4+ Co2生成四氯化钛的氯化物。此氯化物在高温时为气体,常温时则为液体。那种坚硬高强度金属钛,在制造工艺中,一日以液体存在,将是不可思议的奇事。氯化物 TiCl .依次以镁( Mg )或钠( Na )进行还原(除掉氯),则可生成金属钛,各自反应为: Mg 还原: TiCl4 [ G ]+2Mg[ L ]——→Ti [ S ]+2MgCl2[ L ] Na 还原：TiCl2,[ … Read more

关键词 α钛， 密排六方晶格的结晶构造，低温侧稳定相。 β钛，体心立方晶格的结晶构造，高温侧稳定相。 同素异晶转变，纯金属的结晶构造在特定温度下，会发生变化。 冶炼，矿石中所含 的需用金属以化学物理方法进行分离，而后以纯金属或合金的形式存在。 海绵钛，多孔质，海绵状的钛原料。 加工材，由碾延方法制得的材料，亦称轧制材料。 UGI(Upgrade Ilmenite)将偏钛酸铁（Ilmenite)中的铁除掉而提高氧化钛的纯度。 1.1.1 元素钛的特征与发现 钛以原子序号22的元素在IUPAC形式周期表中，它属于第4族元素（别称钛族元素），是一种呈现金属光泽的过渡元素。钛族元素中，除钛以外还有锆（Zr）、铪（Hf）、钅卢（Rf），其共有特征为熔点高，在常温下，由于表面形成静态的氧化薄膜，因而对腐蚀具有高抵抗力。 钛的表示，相对原子质量47.867amu、熔点1677度、沸点3287度、密度在20度时为4.54g/cm3。结晶构造在常温下为密排六方晶格（一般称为α钛），同素异晶转变温度在880度以上时，成为体心立方晶格（一般称为β钛），为稳定相。 钛最早由英国圣职者（牧师职务）维利阿姆格雷戈尔William Gregor在1791年以钛氧化物的形式发现的，其发现地点是末纳金干谷。1795年德国人马奇海里希克拉普鲁斯 M.H.Klaproth在匈牙利产矿石中，发现了在那时还不知道 的金属氧化物，那种金属就以希腊神话中的“泰坦”命名。虽然在这个年代发现了钛，但始终没有发现纯金属钛，而只发现了钛的氧化物。距今约200年前发现的氧化物被 称为新金属，而从氧化物到金属钛的店诞生，花费了将近100的时间。 钛属于稀有金属。在非铁金属中，除用量较多的铜、锌、铝（称为基础金属或主要金属）及使用量较少但价格昂贵的贵金属以外的金属总称就叫稀有金属。稀有金属特征之一是几乎在世界主要商品交易场所中不进行交易，且交易价格缺乏透明度。除钛以外，铌Nb、铬Cr、镍Ni、钼Mo、铂Pt等亦归类于稀有金属。