1、钛的基本性质原子结构 钛位于元素周期表中B 族，原子序数为 22，原子核由 22 个质子和 20-32 个中子组成，核外电子结构排列为1S22S22P63S23D24S2。原子核半径 5x10-13 厘米。物理性质 钛的密度为 4.506-4.516 克/立方厘米（20），熔点 16684，熔化潜热 3.7-5.0 千卡/克原子，沸点 326020，汽化潜热 102.5-112.5 千卡/克原子，临界温度 4350，临界压力 1130 大气压。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。在 25时，钛的热容为 0.126 卡/克原子度，
2、热焓 1149 卡/克原子，熵为 7.33 卡/ 克原子 度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为 1.00004。 钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达 50-60%，断面收缩率可达 70-80%，但强度低，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。化学性质 钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类： 第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物； 第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳
3、族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体； 第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体； 第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或 基本上不发生反应。与化合物的反应： HF 和氟化物 氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成 TiF4， 反应式为（ 1）；不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜，可防止 HF 浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强熔剂。即使是浓度为 1%的氢氟酸，也能与钛发生激烈反应，见式（2）；无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。 Ti 4HFTiF4 2H2135.0 千
4、卡 （1）2Ti6HF2TiF43H2 （2） HCl 和氯化物 氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在300时与钛反应生成 TiCl4，见 式(3);浓度5%的硫酸与钛有明显的反应，在常温下，约 40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于 40%，达到 60%时腐蚀速度反而变慢，80%又达到最快。加热的稀酸或 50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛，见式（ 5）,（6），加热的浓硫酸可被钛还原，生成 SO2，见式（7）。常温下钛与硫化氢反应，在其表面生成一层保护膜，可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下，硫化氢与钛反应析出氢，见式（8），粉末钛在 600开始与硫化氢反应生成钛的硫化物，在 90
5、0时反应产物主要为 TiS，1200时为 Ti2S3。 Ti H2SO4TiSO4H2 (5) 2Ti 3H2SO4Ti2(SO4)3 H2 (6) 2Ti 6H2SO4Ti2(SO4)3 3SO26H2O202 千卡 (7)TiH2STiS H2 70 千卡(8) 硝酸和王水 致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性，这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜，但是表面粗糙，特别是海绵钛或粉末钛，可与次、热稀硝酸发生反应，见式（9）、（10），高于 70的浓硝酸也可与钛发生反应，见式（11）；常温下，钛不与王水反应。温度高时，钛可与王水反应生成 TiCl2。 3Ti 4HNO3 4H2O
6、3H4TiO44NO (9)3Ti 4HNO3 H2O3H2TiO34NO (10) Ti 8HNO3Ti(NO3)44NO24H2O (11) 综上所述，钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的，但是，粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在，显著的影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质，它们可以使钛晶格发生畸变，而影响钛的的各种性能。常温下钛的化学活性很小，能与氢氟酸等少数几种物质发生反应，但温度增加时钛的活性迅速增加，特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。钛的冶炼过程一般都在 800以上的高温下进行，因此必须在真
7、空中或在惰性气氛保护下操作。金属铁、镁、铝、铅、锌、铜等广泛应用，为人们熟悉。然而近年来，随着科学技术的飞速发展，上述金属已不能满足现代科学技术的需要。钛却闪烁着时代的光辉，成为金属中的新秀。钛及钛的化合物、合金究竟有哪些特性和用途呢?是人们应该了解的问题。一、钛的发现早在 1791 年，英国门那新(Meneccin)山谷中静静地躺着一种黑色的矿砂，无人问津。牧师格利高尔（w.Gregor）是位矿物学的爱好者，当他在自己的教区内游览时，发现并带回了这种黑色的东西，经过分析，他宣称找到了一种未知的新金属。为了纪念黑色矿砂的发现地，格利高尔把这种金属称为 Menaccin,把矿砂称为门那新矿（Me
8、naccite），也就是现在所说的钛铁矿 (FeTiO3)1795 年，德国科学家克拉普罗兹（铀的发现者）从匈牙利带回的矿物中成功地分离出一种新元素的氧化物，并很快确定他和格利高尔发现的是同一种元素。这种矿物就是钛的氧化物金红石(TiO2)。克拉普罗兹把此元素命名为 titanium（钛）取自神话中的“泰坦” （Titans ），意指大地之神的儿子。二、钛的存在钛在地壳中的丰度为 0.63% ，居元素分布序列中的第十位，仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢，比常见的锌、铅、镍、铜的总和还要多 16 倍，但大部分处于分散状态。主要的矿物有金红石（TiO2）和钛铁矿（FeTiO3)组成复杂的钒
9、钛铁矿。我国钛蕴藏量居全球之首，仅四川攀枝花地区的矾钛铁矿，储量约 15亿吨，占全国已探明储量的 97% 。三、钛的冶炼钛在 1791 年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在 1910 年，中间经历了一百余年。原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿（精矿），发生下面的化学反应 ：FeTiO3+3H2SO4 = Ti(SO4)2+FeSO4+3H2OFeTiO3+2H2SO4 = TiOSO4+FeSO4+2H2OFeO+H2SO4 = FeSO4+H2
10、OFe2O3+3H2SO4 = Fe2(SO4)3+3H2O为了除去杂质 Fe2(SO4)3，加入铁屑，Fe3+ 还原为 Fe2+，然后将溶液冷却至 273K 以下，使得FeSO47H2O（绿矾）作为副产品结晶析出。Ti(SO4)2 和 TiOSO4 水解析出白色的偏钛酸沉淀，反应是：Ti(SO4)2+H2O = TiOSO4+H2SO4TiOSO4+2H2O = H2TiO3+H2SO4锻烧偏钛酸即制得二氧化钛：H2TiO3 = TiO2+H2O工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将 TiO2（或天然的金红石）和炭粉混合加热至10001100K，进行氯化处理，并使生成的 TiCl4，
11、蒸气冷凝。TiO22C2Cl2TiCl42CO在 1070K 用熔融的镁在氩气中还原 TiCl4 可得多孔的海绵钛：TiCl42Mg2MgC12 Ti这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼，最后制成各种钛材。四、钛及钛合金的特性、用途纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为 4.54gcm3，比钢轻 43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点 1942K，比黄金高近1000K ，比钢高近 500K。钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与 O2、N2 、H2、S 和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的
12、氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属 Al、Sb、Be、Cr、Fe 等生成填隙式化合物或金属间化合物。钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客 100 多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加 80% 。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。钒具有“亲生物“性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造
13、髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每 70kg 体重不超过 15mg，其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实。 五、钦的化合物及用途重要的钛化合物有：二氧化钛(TiO2)、四氯化钛(TiCl4)、偏钛酸钡(BaTiO3) 。纯净的二氧化钛是白色粉末，是优良的白色颜料，商品名称“钛白”。它兼有铅白(PbCO3)的遮盖性能和锌白（ZnO）的持久性能。因此，人们常把钛白加在油漆中，制成高级白色油漆；在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中；纺织
14、工业中作为人造纤维的消光剂；在玻璃、陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂，改善其性能；在许多化学反应中用作催化剂。在化学工业日益发展的今天，二氧化钛及钛系化合物作为精细化工产品，有着很高的附加价值，前景十分诱人。 四氯化钛是一种无色液体；熔点 250K、沸点 409K，有制激性气味。它在水中或潮湿的空气中都极易水解，冒出大量的白烟。TiCl4+3H2O = H2TiO3+4HCl因此 TiCl4 在军事上作为人造烟雾剂，犹其是用在海洋战争中。在农业上，人们用 TiCl4 形成的浓雾复盖地面，减少夜间地面热量的散失，保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。将 TiO2 和 BaCO3 一起熔融制得偏钛酸钡：
15、TiO2+BaCO3 = BaTiO3 十 CO2人工制得的 BaTiO3 具有高的介电常数，由它制成的电容器有较大的容量，更重要的是 BaTiO3 具有显著的“压电性能”，其晶体受压会产生电流，一通电，又会改变形状。人们把它置于超声波中，它受压便产生电流，通过测量电流强弱可测出超声波强弱。几乎所有的超声波仪器中都要用到它。随着钛酸盐的开发利用，它愈来愈广泛地用来制造非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、微型电容器、电镀材料、航空材料、强磁、半导体材料、光学仪器、试剂等。钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。然而，生产成本之高，使应用受到限制。我们相信在不久的将来，随着钛的
16、治炼技术不断改进和提高，钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。钛材加工工艺目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。制取钛材传统的工艺是将海绵钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为：钛矿-采矿-选矿-太精矿-富集-富钛料-氯化-粗 TiCl4-精制-纯 TiCl4-镁还原-海绵钛-熔铸-钛锭-加工-钛材或钛部件上述步骤中如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗TiCI4。另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、拉伸等。它可将
17、钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也可用铸造方法制成各种形状的零件、部件。钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。钛采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。钛材生产的原则流程如图 11。针对钛塑性加工的上述缺点，近年来发展了钛的粉末冶金工艺。钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进行。它适用乎生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于
18、生产复杂的零部件。这种方法几乎无须再经过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的钛件。钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉(或钛合金粉)-筛分-混合-压制成形-烧结-辅助加工-钛制品。钛材生产的原则流程钛材除了纯钛外，目前世界上已经生产出近 30 种牌号的钛合金。使用最广泛的钛合金是 Ti-6Al-4V，Ti-5Al2.5Sn 等。我国常见的钛合金牌号及其成分，详见表 89。工艺流程选择 钛板带材采用热轧后冷轧的生产工艺。板材有带式和块式两种生产方法(见图)。(1)带式法。是板坯经热轧成卷，在以后的冷轧、热处理等工序中均成卷进行，轧至成品厚度和状态时，用横剪
19、机剪切成板材。(2)块式法。是热轧后切成块片，在以后的冷轧、热处理等工序中均以块片方式进行生产。带式法生产率和成品率都比块式法高，但设备庞大、投资高、生产技术复杂，在有条件与有带材热轧机的轧钢厂进行协作生产时，才采用这种工艺。在不具备上述条件时，为满足生产带材的需要，通常在单机架热轧机上轧成薄的热轧板条。焊接成带卷，然后在冷轧及其后续工序中按带式法生产。加热和热轧 将板坯加热后在热轧机上轧制，以生产热轧中、厚板成品或冷轧坯料。由于金属钛在热态下易吸氢和氧化，且随着温度的升高和时间的延长而加剧，因此，钛及其合金板坯加热温度一般控制在8501150之间，加热时间视其加热方式及坯料尺寸而定。当采用火
20、焰炉加热时，须严格控制炉内气氛为微氧化气氛。钛在热状态下塑性好，变形抗力小，而冷加工则比较困难。因此，要尽量增加热轧的总加工率，以减少冷加工量。当采用带式法生产时，先在开坯机上经数道次轧制成厚板坯，然后在热连轧机或在带有炉内卷取机的轧机上轧至厚度为 23mm 时成卷，也有在一台热轧机上从坯料开始一直轧至 68mm 厚度时，再在其尾部卷取成卷或焊接成卷。当采用块式法生产时，一般在单机架的热轧机上轧制，有时需要进行二次或三次的加热热轧表面处理再加热热轧循环才能轧至所要求的厚度。表面处理 为清除钛板(带)坯在加热、热轧、退火过程中表面形成的氧化吸气层，需要进行表面处理。主要处理工艺有碱洗后酸洗或喷砂
21、(丸)后酸洗两种。碱洗酸洗法是先将制品浸泡在含有氧化剂(NaNO 3)的熔融碱液(NaOH)槽中处理，碱洗后立即水淬，然后在含有氟离子的硝酸液中进行酸洗，酸洗后再水洗、烘干。喷砂(丸)酸洗法是借助压缩空气将砂子(铁丸)高速冲击工作表面以除去氧化层，然后进行酸洗、烘干。碱洗时废碱液和含碱废气的处理比较复杂，生产费用也比较高，设计中多采用喷砂(丸)酸洗法。冷轧 纯钛通常在室温或略高于室温下轧制，某些钛合金则需要加热到 100200后轧制。钛及钛合金冷作硬化速度较快，两次退火间的总加工率纯钛不超过 50，钛合金不超过 3040，需进行多次中间退火、多次冷轧，才能生产出薄的产品。退火 包括中间退火和成
22、品退火。中间退火在非真空退火炉中进行，退火后要酸洗，以清除表面氧化层；成品退火一般在真空炉内进行，退火后表面光洁，可以不酸洗。冷轧板带坯在退火前要脱脂，除去表面油渍，以提高退火后板带材表面质量。精整及检查 根据各类产品的交货条件，精整工序有滚光、矫直和成品剪切。检查项目有取样检验、外观质量和尺寸公差检查等。设备选择 包括加热炉、热轧机、冷轧机及表面处理、退火等设备的选择。加热炉 常用的有电炉和燃气炉，都可用于钛及钛合金板坯加热。电炉可分为周期式与连续式。生产规模不大时，常选用周期式工频感应加热炉。中间工序再加热一般选用在轧制线上的连续式电阻炉或燃气炉。当利用轧钢机热轧钛及钛合金板坯时，也可用钢
23、坯加热炉加热钛板坯。热轧机 当采用块式法生产工艺时，多选用单机架四辊(或二辊)可逆式热轧机。当采用带式法生产工艺时，除利用带钢热连轧机外，可选择双机座或三机座的四辊可逆轧机，它的前一个(或两个)机座为可逆万能开坯机座，后面机座为带有炉内卷取机的可逆精轧机座；或选择在尾部设置卷取机的单机架四辊(或二辊)可逆热轧机。在单机架的可逆热轧机列中。相应配置有立辊、导尺、矫直机、剪切机、垛板机等。冷轧机 多选用单机架的四辊轧机轧制。当采用块式生产工艺时，用机架前后设有辊道的可逆式轧机。当采用带式生产工艺时，选用机架前后设有开卷机和卷取机的可逆轧机或非可逆轧机。生产薄带时，通常选用20 辊轧机。由于钛及其合
24、金冷轧变形抗力大，要求轧机刚性好、强度大，并配备有厚度、张力、速度、压力的测量与控制装置。表面处理装置 包括喷砂(丸)机或碱洗炉、酸洗槽组、冷热水洗槽和烘干箱。当采用块式法生产工艺时，上述槽组均独立配置，并为敞开式，在槽组上方设板片移送吊车，担负板片装卸及转运任务。当采用带式法生产工艺时，上述槽组均为密闭式，并组合为一整体的机组(列)，机组上配有开卷、矫直、缝合(焊合)、活套、剪切和卷取等辅助设备。酸碱废液及含酸碱废水都需有净化处理或回收再生装置。退火炉 当采用块式法生产工艺时，热轧板及冷轧板的中间退火，可选用箱式、台车式、辊底式燃气或电阻退火炉；冷轧板成品退火一般选用真空电阻退火炉。当采用带
25、式法生产工艺时，中间退火可选用燃气或电阻炉成卷退火；成品退火一般选用真空电阻炉成卷退火或连续退火。车间配置 车间主要由热轧、冷轧、退火、表面处理、精整、成品检查和包装等工段组成。由于热轧机与冷轧机的生产环境条件差别大，可采用 U 型布置，即设两个轧机跨。一跨布置热轧机及配套的加热炉、再加热炉等设备，另一跨布置冷轧机和退火、精整、检查等设备，产品包装也可设在该跨内。在两个轧机跨中间为副跨，配置轧机的电气、液压等设备和轧辊研磨间。喷砂、碱酸洗等设备通常布置在车间尾部与主厂房隔开的单独建筑物内。特殊要求 碱酸洗厂房要进行防腐蚀处理，温暖地区可以半敞开，寒冷地区要设机械通风系统。碱洗、酸洗设备要有槽边
26、抽风、气体净化和含碱、酸废水的处理设施。喷砂间要有防噪音和收尘装置。除锈脱脂酸洗喷砂烘干工艺，个人理解其实都是为了“除锈”，只是深度不同，简要叙述如下：除锈从工艺上理解应该是手工除锈，包括手工抛光。作业者通过磨片、针枪、钢丝轮等工具进行除锈，比如借助粘有磨料的持制磨光轮的旋转，对工件表面进行削磨，以除去工件表面的毛刺、氧化皮、焊渣、焊瘤等表面宏观缺陷。抛光是利用涂有抛光膏的抛光布轮在抛光机上高速旋转，对工件表面进行光饰，降低工件表面的微观不平，获得光亮外观。磨光及抛光处理，会产生含硅金属、布毛等粉尘，一般在作业点安装吸尘罩，粉尘直接随车间排风系统排出室外。脱脂又称除油，当金属表面覆着油污时，会
27、形成一定电化学反应惰性，影响后续酸洗工序。脱脂即从机器部件或铁制产品表面上除掉油脂的过程。油脂主要来自机加工时沾上的润滑油、防锈油，贮存期间的油封，模制时的脱膜剂以及磨抛光时沾上的抛光膏等。根据工件除油的深度要求，通常采用的除油方法有：碱性化学除油，超声波除油，电化学除油以及上述方法的联合使用。a.碱性化学除油主要为去除积存在工件上难以通过其他方法去除的干硬油垢。如某种化学除油采用的除油剂主要含 NaOH（2050g/L ） 、Na2CO3（2040g/L） 、Na3PO412H2O （2040g/L） 、硅酸钠（510g/L） 、表面活性剂（12g/L）等，操作温度 4090。清洗采用水浸洗
28、，产生的清洗废水呈碱性，主要污染物为石油类。 b.超声波除油利用超声波在液体中产生的空化效应，可以较彻底清洗掉工件表面沾附的油污，通过添加适当除油剂，可以迅速地对工件表面实现高清洁度的处理。常用工艺流程是：浸泡超声波清洗清水（净水）漂洗。目前高效新型除油剂基本为无磷除油剂，主要成分为氢氧化钠、碳酸钠、OP 乳化剂、葡萄糖酸钠和代磷添加剂等。除油废水碱和无机盐含量比较高，pH 值亦比较高（8-10 ） ，可用以中和含酸废水。除油废水基本无毒，不会对生态及人体直接造成破坏和危害。洗下的油多呈乳化状态，油污多时也浮于液面，易于分离去除，对去油液性能影响不大，因此在生产中只需补充新的除油剂，不必经常更
29、换清洗溶液，可以减少废水处理量。c.电解除油又称电化学除油，适用对零件表面前处理要求较高的情形。电解除油是在碱性溶液中，以零件为阳极或阴极，采用不锈钢板、镍板、镀镍钢板或钛板为第二电极，在直流电作用下将零件表面油污除去的过程。电化学除油液与碱性化学除油液相似，但其主要依靠电解作用强化除油效果，通常电化学除油比碱性化学除油更有效，速度更快，除油更彻底。工件进入电解除油槽在一定电流作用下浸洗，然后再采用水浸洗，产生的清洗废水呈碱性，主要污染物为石油类。另外这一过程还将产生部分废乳化液。酸洗酸洗是将工件浸入酸性浸蚀液中（加温或者不加温） ，将工件表面的氧化皮、锈蚀产物等碱性化学溶解，达到净化工件表面
30、的目的。酸洗浸蚀液多采用强酸（硫酸、硝酸、盐酸） ，为防止浸蚀过快通常酸性浸蚀液中还加入少量有机缓蚀剂，如磺化动物蛋白、皂角浸出液、若丁（主要成分为二邻甲苯硫脲） 、硫胺、硫脲、六次甲基四胺等。酸洗过程中，由于工件与溶液的反应析出氢气和各种酸性气体，如氯化氢、氮氧化物和硫酸雾等。浸蚀后的工件必须经过水洗，清洗水中含有残余酸和工件溶解后产生的金属离子（铁、铜、铝、锌、镁、铬、镍等） 。酸洗液是有一定寿命的，当溶液中积聚的金属离子达到一定浓度时，酸洗液必须更新。酸洗液中含大量金属离子和残酸，如果不进行回收或加以综合利用，必须向外倾倒时，则会加大污染物总量。喷砂本工艺中应该主要起美化作用。机加工件毛
31、刺清理与表面美化喷砂能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高工件的档次。并且喷砂能在工件表面交界处打出很小的圆角，使工件显得更加美观、更加精密。喷砂工艺设备的含尘浓度中等，约为 8000 mg/m3，粉尘粒径分布以中粗居多，2060m 的占 32%，大于 60m 以上者占到总量的 45%；粉尘的性质为硅砂粉，常温下作业、干燥、无毒、不腐蚀、不粘结。一般选用旋风式除尘器进行除尘处理。烘干为了防止工件酸洗后锈蚀或表面存有水而影响表面质量，最后对工件进行干燥。如采用用锅炉蒸汽进行干燥，这一过程只产生含少量杂质的冷凝水。海绵钛金属热还原法生产出的海绵状金属钛。纯度%(质量
32、)一般为 99.199.7。杂质元素%(质量)总量为 0.30.9，杂质元素氧%(质量)为 0.060.20，硬度(HB)为 100157，根据纯度的不同分为 WHTiO 至 MHTi4 五个等级。为制取工业钛合金的主要原料。 海绵钛生产是钛工业的基础环节，它是钛材、钛粉及其他钛构件的原料。把钛铁矿变成四氯化钛，再放到密封的不锈钢罐中，充以氩气，使它们与金属镁反应，就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的，还必须把它们在电炉中熔化成液体，才能铸成钛锭。海 绵 钛 生 产 工 艺 技 术Na 还 原 法四 氯 化 钛 主 要 用 作 生 产 海 绵 钛 、 钛 白 粉 及 三 氯
33、化 钛 。 其 制 取 方 法 很 多 ， 主 要 有 沸 腾 氯 化 、 熔 盐 氯 化和 竖 炉 氯 化 3 种 方 法 。 沸 腾 氯 化 是 现 行 生 产 四 氯 化 钛 的 主 要 方 法 （ 中 国 、 日 本 、 美 国 采 用 ） ， 其 次 是 熔盐 氯 化 （ 独 联 体 国 家 采 用 ） ， 而 竖 炉 氯 化 已 被 淘 汰 。 沸 腾 氯 化 一 般 是 以 钙 镁 含 量 低 的 高 品 位 富 钛 料 为 原 料 ，而 熔 盐 氯 化 则 可 使 用 含 高 钙 镁 的 原 料 。 1、 沸 腾 氯 化 沸 腾 氯 化 是 采 用 细 颗 粒 富 钛 料 与
34、固 体 碳 质 （ 石 油 焦 ） 还 原 剂 ， 在 高 温 、 氯 气 流 的 作 用 下 呈 流 态 化 状 态进 行 氯 化 反 应 ， 从 而 制 取 四 氯 化 钛 的 方 法 。 该 法 具 有 加 速 气 -固 相 间 传 质 及 传 热 过 程 ， 强 化 生 产 的 特 点 。国 内 外 目 前 沸 腾 氯 化 使 用 的 原 料 有 高 钛 渣 、 天 然 金 红 石 、 人 造 金 红 石 等 。 我 国 抚 顺 钛 厂 和 遵 义 钛 厂 新 建 的沸 腾 氯 化 炉 直 径 分 别 为 1.4 m 与 2.4 m， 采 用 独 有 的 无 筛 板 氯 化 技 术 ，
35、 其 中 遵 义 钛 厂 设 计 日 产 粗 四 氯 化钛 70 t。 2、 熔 盐 氯 化 熔 盐 氯 化 是 将 磨 细 的 钛 渣 或 金 红 石 和 石 油 焦 悬 浮 在 熔 盐 （ 主 要 由 KCl、 NaCl、 MgCl2 和 CaCl2 组成 ） 介 质 中 ， 并 通 入 氯 气 ， 从 而 制 取 四 氯 化 钛 的 方 法 。 一 般 也 可 使 用 电 解 镁 的 废 电 解 质 ， 在973K1073K 条 件 下 充 入 氯 气 ， 故 氯 化 反 应 的 速 度 受 到 熔 体 的 性 质 、 组 成 ， 还 原 剂 的 种 类 ， 原 料 的 性 质 ，氯 化
36、 温 度 ， 氯 气 浓 度 及 通 入 速 度 ， 熔 体 高 度 ， 配 碳 量 等 因 素 的 影 响 。 独 联 体 四 氯 化 钛 生 产 中 最 佳 的 熔 盐 组成 如 表 4 所 示 。 方 法熔 盐 氯 化 法 是 前 苏 联 20 世 纪 60 年 代 研 制 成 功 ， 用 以 生 产 四 氯 化 钛 的 方 法 ， 该 法 不 仅 适 用 于 前 苏 联的 原 料 特 点 （ 钛 渣 含 CaO+MgO 约 6%） ， 其 炉 子 产 能 达 20 t/m2 25 t/m2 四 氯 化 钛 ， 熔 盐 段 截 面 积 为6m2。 大 型 熔 盐 氯 化 炉 日 产 四
37、氯 化 钛 为 120 t150 t， 原 为 矩 形 炉 ， 现 改 为 圆 形 炉 ， 圆 形 熔 盐 氯 化 炉 的 尺 寸为 5.0 m8.5 m， 内 径 内 为 2.76 m， 长 方 形 为 4.5 m3.5 m8.5 m。 圆 形 炉 内 无 死 角 ， 炉 体 强 度 增 大 ，3 年 大 修 1 次 ， 比 矩 形 炉 使 用 年 限 延 长 近 1 倍 。 熔 盐 氯 化 可 使 用 多 种 富 钛 物 料 ， 除 了 含 钙 镁 的 钛 渣 外 ，现 广 泛 使 用 由 红 钛 铁 矿 （ Fe2O3 3TiO2） 熔 炼 的 钛 渣 （ TiO2 87%91%） ，
38、亦 可 使 用 金 红 石 。 乌 克 兰 采 用 熔 盐 氯 化 生 产 已 有 40 多 年 的 历 史 ， 不 仅 适 用 于 该 国 钛 精 矿 MgO、 CaO 含 量 高 的 特 点 ，还 具 有 以 下 优 点 ： 1） 氯 化 装 置 单 位 生 产 率 高 ， 可 达 20 t/m2d 25t/m2d TiCl4； 2） 氯 化 温 度 低 ， 为800 ， 很 多 杂 质 不 会 因 氯 化 而 进 入 TiCl4； 3） 从 炉 料 到 工 业 四 氯 化 钛 ， 钛 的 回 收 率 高 ， 可 达 95%； 熔盐 本 身 有 净 化 TiCl4 的 作 用 ， 获 得
39、TiCl4 杂 质 含 量 低 ， 钒 、 氯 、 硅 、 碳 等 杂 质 总 含 量 2%； 制 得 TiCl4 产 物 达 98%以 上 ， 可 使 AlCl3、 FeCl3、 CaO、 MgO 和 SiO2 等 杂 质 留 在 熔 盐 介 质 中 ， 然 后 排 出 ； 4） 对原 料 粒 度 组 成 要 求 不 高 ， 可 利 用 细 小 粒 度 的 钛 渣 ； 5） 反 应 过 程 不 产 生 COCl2， 废 气 无 爆 炸 危 险 。 废 气 中Cl2 和 HCl 含 量 非 常 小 ， 对 环 境 污 染 也 不 大 。 3、 竖 炉 氯 化 竖 炉 氯 化 是 将 被 氯 化
40、 的 钛 渣 （ 或 金 红 石 ） 与 石 油 焦 细 磨 ， 加 粘 结 剂 混 匀 制 团 并 经 焦 化 ， 将 制 成 的 团 块料 堆 放 在 竖 式 氯 化 炉 中 ， 呈 固 体 层 状 态 与 氯 气 作 用 从 而 制 取 四 氯 化 钛 的 方 法 ， 也 称 固 定 层 氯 化 或 团 料 氯 化 ，该 法 目 前 基 本 已 被 淘 汰 。 Mg 还 原 法镁 还 原 的 实 质 是 ， 在 880 950 下 的 氩 气 气 氛 中 ， 让 四 氯 化 钛 与 金 属 镁 进 行 反 应 得 到 海 绵 状 的 金 属钛 和 氯 化 镁 ， 用 真 空 蒸 馏 除
41、去 海 绵 钛 中 的 氯 化 镁 和 过 剩 的 镁 ， 从 而 获 得 纯 钛 ， 蒸 馏 冷 凝 物 可 经 熔 化 回 收 金属 镁 ， 氯 化 镁 经 熔 盐 电 解 回 收 镁 和 氯 气 。 从 精 制 四 氯 化 钛 中 制 取 金 属 钛 ， 分 为 还 原 和 蒸 馏 两 个 步 骤 。 在 较长 一 段 时 间 ， 还 原 、 蒸 馏 都 是 分 步 进 行 的 ， 而 目 前 已 趋 向 联 合 化 、 大 型 化 。 镁 还 原镁 还 原 的 主 要 反 应 为 ： TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2 在 还 原 过 程 中 ， TiCl4 中 的 微 量 杂 质
42、 ， 如 AlCl3、 FeCl3、 SiCl4、 VOCl3 等 均 被 镁 还 原 生 成 相 应 的金 属 ， 这 些 金 属 全 部 混 在 海 绵 钛 中 。 而 混 杂 在 镁 中 的 杂 质 钾 、 钙 、 钠 等 ， 也 是 还 原 剂 ， 它 们 分 别 将TiCl4 还 原 并 生 成 相 应 的 杂 质 氯 化 物 。 镁 还 原 过 程 包 括 ： TiCl4 液 体 的 气 化 气 体 TiCl4 和 液 体 Mg 的外 扩 散 TiCl4 和 Mg 分 子 吸 附 在 活 性 中 心 在 活 性 中 心 上 进 行 化 学 反 应 结 晶 成 核 钛 晶 粒 长 大
43、 MgCl2 脱 附 MgCl2 外 扩 散 。 这 一 过 程 中 的 关 键 步 骤 是 结 晶 成 核 ， 随 着 化 学 反 应 的 进 行 伴 有 非 均 相 成核 。 真 空 蒸 馏经 排 放 MgCl2 操 作 后 的 镁 还 原 产 物 ， 含 钛 55%60%、 镁 25%30%、 MgCl210%15%， 及 少 量TiCl3 和 TiCl2， 常 用 蒸 馏 法 将 海 绵 钛 中 的 镁 和 MgCl2 分 离 。 还 原 产 物 海 绵 钛 在 真 空 蒸 馏 过 程 中 经 受 长 期 高 温 烧 结 ， 逐 渐 致 密 化 、 毛 细 孔 逐 渐 缩 小 ， 树
44、枝 状 结 构 消失 ， 最 后 呈 一 坨 状 整 块 ， 俗 称 钛 坨 。 镁 还 原 、 蒸 馏 工 艺 及 设 备大 型 的 钛 冶 金 企 业 都 是 镁 钛 联 合 企 业 ， 多 数 厂 家 采 用 还 原 -蒸 馏 一 体 化 工 艺 。 这 种 工 艺 被 称 为 联 合 法或 半 联 合 法 ， 它 实 现 了 原 料 Mg-Cl2MgCl2 的 闭 路 循 环 。 还 原 -蒸 馏 一 体 化 设 备 ， 分 为 倒 “U”型 和 “I”型 两 种 。 倒 “U”型 设 备 是 将 还 原 罐 （ 蒸 馏 罐 ） 和 冷 凝 罐 之间 用 带 阀 门 的 管 道 连 结
45、 而 成 ， 设 专 门 的 加 热 装 置 ， 整 个 系 统 设 备 在 还 原 前 一 次 组 装 好 。 “I”型 一 体 化 工 艺的 系 统 设 备 如 在 还 原 前 一 次 性 组 装 好 ， 即 称 为 联 合 法 设 备 ； 而 先 组 装 好 还 原 设 备 ， 待 还 原 完 毕 ， 趁 热 再 将冷 凝 罐 组 装 好 进 行 蒸 馏 作 业 的 系 统 设 备 则 称 为 串 联 合 设 备 ， 中 间 用 带 镁 塞 的 “过 渡 段 ”连 结 。四氯化钛四氯化钛，或氯化钛（IV），是化学式为 TiCl4 的无机化合物。四氯化钛是生产金属钛及其化合物的重要中间体。
46、室温下，四氯化钛为无色液体，并在空气中发烟，生成二氧化钛固体和盐酸液滴的混合物。一 、 基 本 属 性1、 简 介物 质 的 理 化 常 数 : 国 标 编 号 81051 CAS 号 7550-45-0 中 文 名 称 四 氯 化 钛 英 文 名 称 Titanium tetrachloride； Titanic chloride 别 名 氯 化 钛 分 子 式 TiCl4 外 观 与 性 状 无 色 或 微 黄 色 液 体 ， 有 刺 激 性 酸 味 。 在 空 气 中 发 烟 分 子 量 189.71 蒸 汽 压 1.33kPa(21.3 ) 熔 点 -25 沸 点 ： 136.4 溶
47、解 性 溶 于 冷 水 、 乙 醇 、 稀 盐 酸 密 度 相 对 密 度 (水 =1)1.7260 稳 定 性 化 学 性 质 不 稳 定 ， 遇 湿 空 气 即 冒 白 烟 ， 首 先 形 成 TiCl45H2O； 最 后 水 解 生 成 水 合 二 氧 化 钛(TiO2xH2O)。 吸 收 干 燥 的 氨 生 成 TiCl44NH3 和 TiCl46NH3。 同 醇 类 反 应 生 成 钛 酯 如 Ti(OCnH2n+1)4。和 三 乙 基 铝 生 成 组 成 可 变 的 混 合 卤 化 物 烷 基 络 合 物 ， 即 为 著 名 的 齐 格 勒 催 化 剂 (使 乙 烯 等 规 聚 合
48、 成 高分 子 量 的 固 体 聚 合 物 的 重 要 催 化 剂 )。 危 险 标 记 20(酸 性 腐 蚀 品 ) 2、 制 备 或 来 源由 二 氧 化 钛 、 碳 粉 和 淀 粉 调 和 后 ， 在 600 时 通 入 氯 气 而 制 得 。 3、 主 要 用 途用 于 制 造 钛 盐 、 虹 彩 剂 、 人 造 珍 珠 、 烟 幕 、 颜 料 、 织 物 媒 染 剂 等钛氧化皮清除液钛 氧 化 皮 清 除 液 功 能 化 学 品 专 家 ： 威 海 云 清 贾 广 娅 一 主 要 用 途 本 品 主 要 针 对 钛 氧 化 皮 的 清 除 ， 或 是 镀 钛 层 的 清 洗 。 能
49、保 持 原 有 光 亮 度 。 二 性 能 特 点 1.操 作 简 单 ， 不 需 要 专 门 设 备 。 2.能 在 较 短 时 间 清 除 钛 氧 化 皮 ， 提 高 工 作 效 率 。 3.寿 命 长 ， 相 对 市 场 同 类 产 品 ， 大 大 降 低 了 客 户 的 成 本 。 三 使 用 方 法 将 原 液 倒 入 容 器 中 ， 厚 氧 化 皮 层 需 要 加 热 到 30 45 ， 时 间 为 20 分 钟 左 右 。 可 延 长 清 除 时 间 ,工件 达 到 效 果 后 ， 用 清 水 洗 净 。 四 注 意 事 项 1.容 器 禁 止 用 玻 璃 钢 或 金 属 容 器 ， 应 选 用 PVC 塑 料 容 器 。 2.因 为 是 酸 性 产 品 ， 操 作 时 一 定 带 好 劳 保 用 品 。
