钛--走向21世纪的稀有巨人

一、钛及钛合金的性质 钛是一种银白色金属,元素符号为Ti.早在1791年,一位名叫威廉·格里戈(WilliaimGregor)的英国牧师兼矿物学家在钛铁矿分离出的化合物中发现了一种当时叫做"menaccin"(从钛铁矿的英文名称menaccanite演化而来)的元素,这个元素于4年后又被M·克拉普罗兹(MartinKlaproth)在金红石中发现,最后把大地女神盖亚之子力大无比的泰坦(Titan)神的名字给了这个新元素,这就是钛.格、克两位大师得到的只是白色晶状粉末二氧化钛,在此后的百余年里,化学家们进行了异常艰苦的工作,但所有试图离析出金属钛的尝试都失败了.直到1910年美国人亨特(M.A.Hunter)用钠还原TiCl4得到较纯的金属钛,这才扬起了钛冶金的风帆.1940年,卢森堡冶金学家克劳尔(W.J.Kroll)用镁还原四氯化钛制取海绵钛获得成功,导致了1948年钛冶金走上了工业化的进程.     

志存高远，跬步千里—钛协会的性质和任务

1　我国钛工业的现状1.1　资源钛属于稀有金属 ,但钛并不稀有。钛在地壳中的丰度为 0 .5 6 % ,按元素丰度排列居第 9位 ,按结构金属排列居第 4位 ,仅次于铝、铁、镁 ,比常见的铜、铅、锌金属储量的总和还多。常见的钛矿物为钛铁矿 (Fe Ti O3 )、金红石 (Ti O2 )、锐钛矿 (Ti O2 )、白钛矿 (Ti O2· n H2 O)和红钛矿 (Fe2 O3 · 3Ti O2 )等 ,但主要是钛铁矿和金红石。我国钛资源丰富 ,储量世界第一。钛铁矿主要分布在四川、云南、广东、广西和海南等省区 ,表内 Ti O2 的储量达 9亿多吨 ,在目前技术条件下 ,可经济地从钛铁矿中回收的 …     

钛的生产方法正在发生巨变

早在 1940年 ,WilliamKroll发明了工业生产金属海绵钛的基本方法 ,即克劳尔法(Kroll)。利用镁化学还原四氯化钛 (TiCl4)而获得海绵状的金属钛。当时 ,这位科学家预计 ,5 0年后人们将用电解法取代所谓的克劳尔法。1997年 ,英国剑桥大学研究开发成功了一种新方法 ,它似乎能够解决钛生产中存在的一些问题。据称 ,由剑桥大学材料科学与冶金系的DerekFrank、GeorgeChon和FomFarthing开发出来的新方法是以二氧化钛 (TiO2 )为原料 (这是一种容易得到的、成本低廉的和广泛使用的商品 ) ,而不是以TiCl4之类的钛盐为原料。在这种被称为“FFC -…     

乌克兰国立钛研究设计院的钛生产设备及工艺

1　钛渣生产设备和工艺使用电弧矿热炉还原熔炼钛铁矿精矿。熔炼产品为钛渣及含有多种元素、碳含量在2 5 %以下的低合金化金属。生产过程中不产生废料。采用该工艺可获得以硫酸法生产颜料二氧化钛需要的钛渣 (TiO2 含量不小于 76% )和以氯化法生产四氯化钛用的高钛渣 (TiO2含量为 88%～ 92 % ) ;可使钛铁矿中的主要元素———铁转化为低合金化商品金属 ,以用作黑色冶金的中间合金 ,或作为生产优质铸铁及钢材的原料 ;能处理钛渣氯化废料以及可再生的非标准钛金属废料。这种矿热炉设计技术方案新颖 :炉子内径与熔池深度比例合理 ;炉顶结构…     

钛(Ti)在现代军事上的应用

<正> 钛,1 791年英国人格雷戈尔在研究钛铁矿时发现了它,1795年奥地利人科拉普罗特在研究金红石时也发现了它,并以希腊神话中的“巨人”泰坦神命名。1910年美国人亨特用钠还原四氯化钛制得较纯的钛。1932年卢森堡人克劳尔用钙还原四氯化钛也制得纯钛;随后他在1940年又在氩气保护下用镁还原四氯化钛制得纯钛,此法一直成为70年代工业化生产钛的基础。目前纯钛的生产方法有碘化法和镁热法。碘化法钛的纯度可达99.9％,又称高纯度钛;镁热法钛的纯度仅达99.5％,又称为工业纯钛。工业纯钛是大量供应的纯钛。     

钛能赶超铝吗

金属铝早在 185 4年就开始工业化生产 ,用于拿破仑三世骑兵队的盾 ,到 19世纪末 ,由于电解法的实用化 ,使廉价生产铝成为可能 ,逐步扩大到民需日用品。而钛在 1914年用亨特法制取了金属钛 ,到 2 0世纪中期 ,由于克劳尔法才确立了批量生产的技术 ,但与铝相比其制造成本高 ,主要是军用、飞机等特殊用途 ,尚未走出稀有金属这一范畴。钛的天然矿石与铝一样 ,以氧化物为主体成分 ,含有大量的铁。钛和铝的矿石特性如表 1。表 1　钛矿和铝矿的特性金属矿石化学分析值一例　wt %TiO2 Al2 O3 FeOFe2 O3 SiO2 其　它备　注贮　量钛 钛铁矿 54 57…     

还原钛铁矿中FeO含量对焊条工艺性能的影响

为了降低生产成本,目前我国在生产J422电焊条时,使用大量的还原钛铁矿来代替焊条药皮中的金红石.GB5688—85《电焊条用还原钛铁矿粉》中将其分为两级,即FTH7·20(TiO_2≥54%)和FTH9·20((TiO_2≥52%),其牌号中的“7”、“9”分别表示FeO的最高百分含量.生产中使用的还原钛铁矿的成分大致为:TiO_2 55～58%,FeO 4～10%,Fe 34～38%,其它氧化物1～4%.为了研究FeO含量对焊条焊接工艺性能的影响,选择了四种典型的还原钛铁矿进行试验,试验条件及结果见下表.     

钛冶炼新工艺的开发

钛资源丰富，且轻而强，还有优异的耐环境性，是理想的金属材料，但在目前其应用范围有限，主要原因是成本高。现在采用克劳尔法的金属热还原法生产海绵钛是在钢制反应容器内于800℃左右，用金属镁还原TiCl4。由于钛在高温下极活泼，易受氧的污染，因此，用克劳尔法在密封容器中进行钛的还原，才能得到较高纯度的金属钛。但这种方法的缺点是反应产物为海绵钛固体，因而不能实现连续生产。目前一个反应容器约生产10t，只能采取批式生产，一个流程约需10天，一般为了扩大产量，采用多个反应容器同时生产金属钛。 剑桥大学Fray教授发表了题为…     

富氢气基还原钛铁矿及其气相组分的耦合作用

利用大载荷热重分析仪、质谱仪、碳分析仪、SEM和XRD测定不同还原条件下钛铁矿(FeTiO3)气基还原产物的质量损失率、钛和镁元素分布、微观结构及物相组成,研究富氢气体还原钛铁矿过程中各气体组分间的耦合作用机制。结果表明:在氢气还原过程中金属铁在颗粒外层聚集,并伴随着钛和镁两种元素的聚集形成致密层;富氢气体还原则不形成相应的致密层,金属铁以细小颗粒状较均匀地分布在颗粒内部,钛和镁也较为均匀地分散在整个颗粒内部。此外,富氢气体中的CO能在金属铁的表面形成一定量的表面碳,并能将H2O分子重新还原为氢气,从而提高了氢气在还原过程中的利用率。     

关于钛的一些基本知识

1生产方法钛作为一种化学元素，是英国人维利雅姆·格列高尔在1791年发现的．钛作为一种结构金属，50年前才开始使用．钛在自然界中的分布相当广泛．金属中仅次于铝、铁、镁居第四位．钛作为工业结构金属的开发，晚于其它金属，这是因为钛是一种难以熔化的、而在高温下化学活性     

冰晶石熔盐介质中铝热还原月壤模拟样钛铁矿

以月球资源原位利用为目的,研究了在冰晶石熔盐介质中铝热还原钛铁矿制备铝钛铁合金。热力学计算表明,在960℃,铝热还原钛铁矿的相关反应在热力学上可以自发进行。在组成(质量分数,下同)为47.14%NaF-42.86%AlF_3-10%FeTiO_3的960℃冰晶石介质中进行铝热还原,研究还原剂用量和还原时间对合金产物的影响。还原产物用XRF、XRD、SEM和EDS进行分析。结果表明,合金产物中有Al、Ti、Fe和少量Si,产物的主要物相是Al_3Ti。随着铝用量的增加,合金产物中Ti的含量逐渐减少,而Fe的含量逐渐增加;随着反应时间的延长,产物中Al_3Ti的含量增加。在冰晶石熔盐体系中进行铝热还原2 h、还原剂用量为理论用量3倍时,铝中钛含量最高可达18.82%。低还原剂用量和较长还原时间在冰晶石熔盐介质中还原钛铁矿,可实现Ti/Fe分离;还原反应为原子态的铝还原溶解为离子态的Ti~(4+)得到Al-Ti合金。     

关于发展我国钛工业的几点建议

1　钛的基本性能钛的原子序数是 2 2 ,是第四周期第四副族 (即 B族 )元素 ,密度为 4 .5 1g/cm3 ,仅约为铁的 5 7%。钛合金具有很高的比强度 ,某些钛合金能在 5 5 0℃和 - 2 5 0℃长期工作 ,是大型客机和先进战机的关键用材 ,所以人们常把钛称作“太空金属”。钛还具有耐海水、盐类和硝酸腐蚀的能力 ,因此人们又把钛称作“海洋金属”,在海洋开发、化工、冶金、能源等领域有广泛的应用。钛还具有储氢、无磁等优异性能。可以说 ,钛是高新技术的支撑材料 ,是具有战略意义的新金属 ,一个国家用钛量的多少 ,从一侧面反映了一个国家的发展程度。2…     

世界海绵钛厂设备能力及其关闭状况

(单位:t) 国名 企业名称1984年的 关闭时期1994年末的设备 设备能力 能力推测 美 钛金属公司(To)12以m1994日设备) 14 400”—— ·43·(续表)(单位:t) 1984年的1994年末的设备 国名 企业名称。L.关闭时期 一一’”设备能力.能力椎测 俄勒冈冶金公司(r 4 050 6 750 美 特利戴恩有限公司(Td仰句135o 1986 国 国际钛公司 2 250 1987法国、欧洲铬公司(Clezlls)450 1986 大陨钛工业公司18 000 14 850 日 东邦钛工业公司11 77 10 88 本 新日本金属工业公司 2 250 1987 昭和钛工业公司 188 1994英国 迪赛德钛i业有限公司 4 950 1993 俄罗斯别列…     

在碳钢上直接电还原固态二氧化钛制备金属钛涂层（英文）

采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术和室温提拉法在碳钢上制备致密和多孔两种TiO_2涂层,然后在CaCl_2熔盐中直接电化学还原TiO_2得到金属钛涂层,利用SEM、EDX等技术对涂层与基体界面的显微组织和金属互扩散行为进行研究。结果表明,与提拉法相比,虽然超音速火焰喷涂(HVOF)法制备的TiO_2涂层与碳钢基体有更强的附着力和更致密的结构,但二者熔盐电解还原后所得钛涂层与碳钢基体都有较好的结合,在界面处发生了铁、钛互扩散,表明表面电化学冶金(SECM)可能是一种颇具发展潜力的表面工程/增材制造方法。     

表面溶解对微细粒钛铁矿与钛辉石浮选分离的影响

通过红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)分析,研究钛铁矿与钛辉石的表面溶解行为对其浮选分离的影响.实验结果表明,弱酸性条件下的表面溶解有利于提高钛铁矿与钛辉石的可浮性差异.在弱酸性条件下,由于钛铁矿与油酸钠的作用以Fe为主,而表面溶解有利于其在钛铁矿表面的氧化,使钛铁矿可浮性得到提高;同时,油酸钠与Ca和Mg的作用导致了钛辉石的可浮选,但表面溶解降低了钛辉石表面Ca和Mg的含量,使钛辉石可浮性明显下降.对于原矿TiO2品位为8.41%的攀枝花钛铁矿,经表面溶解处理后浮选可将粗选精矿TiO2的品位由26.7%提高到31.73%.     

盐酸强化还原钛铁矿中金属铁的锈蚀动力学

研究盐酸对攀枝花还原钛铁矿中金属铁锈蚀反应速率和锈蚀法铁钛分离效果的影响,并对还原钛铁矿中金属铁的锈蚀反应动力学进行分析。结果表明:盐酸显著提高还原钛铁矿中金属铁的锈蚀反应速率及锈蚀法钛铁分离的效果;当盐酸用量由0增加到4%时,还原钛铁矿中金属铁的锈蚀率由43%提高到90%以上,锈蚀法钛铁分离后富钛料中TiO2的品位由64.92%提高到81.21%,总铁含量(FeT)由18.25%降到5.06%;还原钛铁矿中金属铁的锈蚀反应受内扩散控制,添加4%的盐酸,锈蚀反应的表观活化能由59.26kJ/mol降低到38.65kJ/mol,其作用机理是盐酸促进金属铁锈蚀过程的阴极反应,从而加快Fe2+的生成和扩散速率。     

锗(Ge)——金属在现代军事上的应用(十八)

<正> 俄罗斯化学家门捷列夫在排列元素周期表时,位于第32号位的元素尚未发现,他根据元素周期律预言了这个尚未发现的元素性质,并称它为“亚硅”。15年以后,即1885年德国化学家文克列尔用光谱分析法发现了这个元素,测定的元素性质与门氏预言的“亚硅”完全一致,这就是锗。1930年德国生产出二氧化锗,1941年美国开始了工业规模生产。     

LUDA钛铁矿等离子熔炼研究SCIEI

本文借助于自行设计的等离子枪,研究了LUDA钛铁矿等离子熔炼工艺。结果表明,预还原钛铁矿经等离于熔练,可得到含二氧化钛90—98％的富钛渣。     

摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析

为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding, FA-FSLW)技术. 该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明, FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti, Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti, Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.     

俄罗斯诺里尔斯克公司开采钛矿

据报道，诺里尔斯克镍矿公司，是俄罗斯的主要矿业公司，同时也是世界领先的镍、钯、铂及钴的生产厂家，它计划扩大钛产品种类。该公司计划将在摩尔曼斯克地区开采一个钛矿，这个矿床的钛储量至少有3000万t。该计划一旦实现，诺里尔斯克将成为继VSMPO-阿维斯马公司之后的第二大钛生产公司。公司在2000年11月23日宣布，它已经和俄罗斯矿业公司签订了共同对Gremykaho- Vymesskoye磷灰石和钛矿床进行地质堪探的协议，公司发言人说协议只是公司计划在摩尔斯·克子公司(科拉开采冶金公司KGMK)发展多种矿产经营的一部分，KGMK的镍矿即将消耗…