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金屬鈦的製取方法術

2019-11-28 03:11   评论:46 点击:191
鈦及其合金具有密度小耐腐蝕、耐高溫等優良性能。世界鈦產業正經曆著以航空航天為首要市場的單一模式,向冶金、能源、交通、化工、生物醫藥等民用領域為重點發展的多元模式過渡。目前世界上能進行鈦產業化生產的國家隻有美國 、日本、俄羅斯、中國等少數國家 ,鈦的世界年總產量僅有幾萬噸。但是由於鈦的重大計謀價值和在國民經濟中的地位,鈦將成為繼鐵、鋁以後崛起的“第三金屬”,21世紀將是鈦的世紀。 當前鈦的生產方法當前鈦的生產采用金屬熱還原法,其是指利用金屬還原劑(R)與金屬氧化物或氯化物(M X)的反應製備金屬M。已實現產業化生產的鈦冶金方法為鎂熱還原法(Kroll法)和鈉熱還原法(Hunter法)。由於Hunter法比Kroll法生產本錢高,所以目前在產業中廣泛利用的方法隻有Kroll法 。Kroll法從1948年開發當初就因其本錢高、還原效率低而受到批評。半個世紀過往了,該工藝並沒有根本的改變,仍然是間歇式生產,未能實現生產的連續化。 金屬鈦生產方法的新動向世界鈦產業經過幾十年的發展 ,盡管對Kroll法和Hunter法進行了一係列的改進,但它們均是間歇操縱,小的改進並不能大幅度降低鈦的價格。是以應開發新的、低本錢的連續化工藝才能從根本上解決高生產本錢這一題目。為此,研究職員進行了大量的實驗和研究。當前研究的重點有以下幾種方法:電化學還原法為了降低本錢 ,人們對金屬鈦直接除氧進行了研究。國外有人用電化學的方法使鈦中固溶氧的濃度降低到檢出界限(500 ppm)以下。他們以為在電化學除氧的過程中,除氧劑鈣在電解氯化鈣熔鹽時產生,O2-在陽極以CO2或CO的形式析出 。這類新型高純化方法,不僅用於鈦的脫氧,而且適用於釔、釹等稀土金屬,並且可使氧含量降低到10ppm。 電化學的方法的產業化實驗的流程是:首先將二氧化鈦粉末用澆注或壓力成形,燒結後作陰極,以石墨為陽極 ,以CaCl2為熔鹽 ,在石墨或鈦坩堝中進行電解。所加電壓2.8V~3.2V,低於CaCl2的分解電壓(3.2V~3.3V)。電解一定時間後,陰極由白色變為灰色,在SEM下觀察,0.25μm的TiO2改變為12μm的海綿鈦。以氯化鈣為熔鹽,最首要的啟事是其價格低,並且對O2-具有一定的溶解度,使析出的鈦不易被氧化;另外, CaCl2無毒,對環境無汙染。 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的氯化物,所以製備過程可以簡化,而且產品質量高;不會發生鈦的各價離子間的氧化還原反應;陽極析出氣體為純氧氣(惰性陽極)或CO、CO2的混合氣體 (石墨陽極),易於控製 ,無汙染。 該法不僅促進了陰極四周的還原反應,同時使還原得到的鈦脫氧。這類方法將氧化物的直接電解還原和電化學脫氧法相結合,是製備鈦的一種新型方法,成為鈦提取工藝中最引人諦視的方法 。根據2000年英國自然雜誌發表論文的數據估算,采用該方法,每噸海綿鈦降低生產本錢13000美元擺布,目前全球五六萬噸的總產量假如改由該電化學方法生產,每年將節省7.7億美元的生產本錢。 Armstrong法Amstrong等對Hunter法進行改進 ,使之成為連續化生產工藝。其流程是 :首先將TiCl4氣體注進過量熔融的鈉中,過量的鈉起冷卻還原產物並攜帶產物進進分離工序的感化 。除往鈉和鹽即可得到產品鈦粉。產品中氧含量最低為0.2%,達到二級鈦的標準。對工藝略加改進 ,可生產VTi、AlTi合金。與 Hunter法相比,該方法的具有連續化生產、投資少、產品利用範圍廣、副產物分解為鈉和氯氣可循環利用的優點。 該方法已接近了產業化生產,但仍然存在幾個題目,如如何進一步降低氧含量,產品本錢如何等。 TiCl4電解還原法從電解工藝過程角度看,采用TiCl4電解法比Kroll法和Hunter法均具有優越性。是以,從Kroll開發熱還原法當初就有將鈦的冶煉過程改變為電解法的想法。 TiCl4電解還原法是惟逐一種曾被以為是可能取代Kroll工藝的方法,美國、前蘇聯、日本、法國、意大利、中國等都對其進行了長期和深進的研究。采用TiCl4電解還原法在技術上首先需要將TiCl4改變位鈦的低價氯化物且使之溶解於熔體中,同時,必須將陰極區和陽極區隔開和使電解槽密封。 意大利有人一向致力於TiCl4電解法的研究,他們通過對氯化法電解數據的分析,發現當溫度在900℃以上,電解液中不存在Ti2+或Ti3+,隻有Ti4+和Ti。以此為根據所建立的電解工藝為:TiCl4氣體注進多層電解質中並被吸收。這個多相層由鉀、鈣、鈦、氯、氟的離子和鉀、鈣等構成,並且把鈦陰極和石墨陽極分開。在最低層天生的液體鈦沉到熔池底部至帶有水冷的銅坩堝中,形成鑄錠。但是該方法得到的鈦的純度不高 ,效率低。 展看具有優越性能且資本豐富的鈦從20世紀後半葉起作為理想材料受到關注,但迄今為止都沒有從稀有金屬中擺脫出來,世界鈦的年產量僅稀有萬噸 。由於Kroll法是以金屬鎂還原四氯化鈦得到海綿狀金屬鈦,再加上流程長、工序多等身分的迭加,導致海綿鈦本錢居高不下,影響了鈦在各行業的利用,使其在很多利用領域中尚未推廣使用。但是,我們相信,隨著科技的發展,金屬鈦新的生產工藝開發、生產本錢的降低、生產規模的擴大 ,21世紀將真正成為鈦的世紀。   進到工件表層,形成冶金型牢固結合的沉積層。主機電源放電周期為10-3~10-1秒,高頻率的放電和電極棒(焊條)在工件表麵的高速旋轉掃描,可實現大麵積高效率的沉積塗層。 為什麽能實現“冷焊”(熱輸進低)? 這是由於放電時間(Pt)比放電間隔時間(It)短,放電間隔期間熱量迅速擴散到工件的其他部分,是以熱量不會集中在工件的處理部分 ,實現真正意義的冷焊。 為什麽結合強度高? 電極棒(焊條)瞬間被電弧離子化並轉移到與其接觸的工件上麵,同時出與等離子電弧的高溫(8000-10000℃)在工件表層下形成如盤跟錯節般的堅固擴散層,是以結合強度高不會脫落。 精密模具修補冷焊機設備特點: 設備先進可靠,德國本土技術,國際水準大功率氬氣保護,可長時間工作。¤ 旋轉式自損電極,沉積、堆焊效率高,冶金結合、塗層質密 。¤ 一機多用,可進行堆焊沉積、表麵強化等功能 。通過調節設備的放電電壓 ,和放電頻率 ,可獲得須求的堆焊或強化塗層的厚度和光潔度。¤ 操縱簡單、低熱輸進,模具修補時無須預熱,堆焊的瞬間過程中無熱輸進,因此模具不變形、不退火、咬邊和殘餘應力,不改變模具或產品金屬組織狀況。¤ 電極來源廣,經濟實用。¤ 適用基材廣,包括低碳鋼 、中碳鋼、模具鋼 、不鏽鋼、工具鋼、鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鋁合金、銅合金、鎳合金、碳鎢合金等,和所有可以導電的導電體。¤ 環保性,工作過程中無任何汙染 。¤ 經濟性,可現場在線修複,進步生產效率,節省時間和用度。¤ 修複精度高,塗層厚度從幾微米到幾毫米,隻須打磨、拋光 。也可進行車、銑、刨、磨等各類機械加工 ,和電鍍等後期加工。

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