钙热还原二氧化钛的钛粉制备及其中间产物CaTiO3的成因

通过热力学计算以及XRD、SEM和EDS等测试手段,研究TiO2钙热还原制备钛粉过程中钛酸钙(CaTiO3)的形成原因。热力学计算表明:当温度高于800 K时,添加剂CaCl2水解产物CaO与TiO2生成CaTiO3的反应以及还原副产物CaO与TiO2生成CaTiO3的反应均满足反应发生的热力学条件。实验研究表明:CaTiO3的生成主要是由添加剂CaCl2水解生成的CaO与TiO2烧结反应所致,CaTiO3的量随着CaCl2添加量的增加而增加,且CaTiO3更容易被还原为金属钛。当CaCl2与TiO2的质量比约为1:4时、在1 273 K下还原时间为6 h时,反应过程中的CaTiO3被完全还原为金属钛粉,该粉末具有不规则外形,颗粒粒径为8~15μm。经EDS分析,金属钛粉中钛的质量分数达到99.55%。     

金属钛制备工艺研究进展

本文介绍了热还原法制备金属钛的工艺,包括Kroll法、镁还原低价卤化物、PRP法及Hunter法及电解法,包括电解TiCl4法、FFC剑桥工艺、EMR/MSE等,分析了各种方法的机理及特点。并且认为以TiCl4为原料制备钛工艺降低成本的空间很小;如能生产出低成本的TiCl2,钛成本高的问题将很快得以解决;从熔盐中直接电解TiO2制备金属钛,是低成本金属钛制备新工艺的发展方向。     

TiO2电化学还原工艺中阴极制备方法研究

将TiO2粉末烧结成阴极片后直接在CaCb融盐中进行电化学还原制取钛的工艺是目前的研究热点。在粉末成型过程中用碳粉代替粘接剂，研究了成形压力、碳粉用量及水的用量对成型后阴极片孔隙率的影响；在3．1V电压下，950℃的CaCl2融盐中进行电化学还原实验，借助SEM，EDS及XRD分析了电解产物的形貌、成分及物相；分析了阴极孔隙对电解过程的影响。结果表明：加入碳粉，减小成形压力可以增大TiO2阴极的孔隙率，水的用量对阴极孔隙率影响不大；添加碳粉的TiO2阴极可以还原成海绵钛。     

混合氧化物直接电化学还原制备TiZr合金

采用电化学还原法,温度为900℃,在CaCl2熔盐中以烧结的ZrO2与TiO2混合氧化物(Ti、Zr原子比为1:1)为阴极,石墨棒为阳极,制备出了钛锆合金,初步探讨了钛锆的合金化历程。结果表明,所得合金的化学组成与投料能够保持一致,即电化学还原法由混合氧化物直接制得组分可控的TiZr合金。推断其合金化历程可能为:部分ZrO2、TiO2先钙钛矿化为CaZrO3及CaTimOn,然后还原为金属后固溶为TiZr;其余ZrO2、TiO2先形成CaZrmTinOx,然后直接还原为TiZr。     

电化学还原TiO2制备金属钛及反应过程的研究

采用熔盐电解法,在900℃熔盐CaCl2中以烧结TiO2为阴极,石墨棒为阳极制备出了金属钛.研究了不同温度下烧结阴极的形貌及其对电解反应的影响.结果表明：600℃下烧结4 h的阴极具有良好电化学反应性能;电解过程中脱氧速度不均匀;TiO2电极的还原是由外向内,由高价向低价再到金属分步进行的;电解还原过程电流效率低约为15%.阴极的孔隙大小和颗粒尺寸会影响电极的反应速度.     

钛站点介绍

尽管钛的资源丰富，但钛的应用仍很局限，产量也仅数万吨．主要原因是目前钛的生产工艺首先要把矿石变成高纯ＴｉＣｌ４，然后还原成钛，耗能大，不能连续生产，因此，其生产成本高．目前单位质量的生产成本是铁的２０倍～４０倍，铝和钢的５倍～１０倍． 为了开发钛的生产新工艺，对现行的钛还原工艺进行了研究，以探索开发新的还原工艺． 现在钛的生产工艺为克劳尔法，金属镁与ＴｉＣｌ４在１１００Ｋ温度下接触，生成的钛以海绵状在金属反应容器壁析出．这种方法生产不能连续化；一炉的还原工序约需１８０ｈ，加上还原前后的处理时间，任…     

反应带对钛坨结构的影响

钛作为一种重要的稀有金属，具有质量轻、耐腐蚀、耐磨损的特点，广泛用于航空、航海、化工、石油等工业部门。在工业化生产海绵钛的工艺中，镁还原-真空蒸馏是最有竞争力的工艺，在海绵钛生产中占主导地位。随着设备的大型化和自动化程度的提高，镁法生产海绵钛的成本已接近民用的范围，产品质量亦逐渐提高。因此钛的应用具有广阔的前景。镁法生产海绵钛是在高温和惰性气体保护下，在密闭的反应器中用镁还原四氯化钛，得到钛和氯化镁，最后用真空蒸馏或浸出的方法除去钛坨中残留的镁和氯化镁杂质，得到纯净的海绵钛。还原过程中被镁从四氯…     

Effect of Ilmenite Component and AIR on Element Distribution of Titanium Slag Smelted by DC Arc Furnace

助化学平衡计算法,对冶炼过程中钛、碳及伴生元素的分配行为进行了研究,并用生产结果加以验证,计算结果与实验结果较吻合。结果表明:钛铁矿中Ti O2和Fe O含量的增加,增加了作为微量元素和用于还原Fe O和Ti O2的C量,提高了钛渣中总的Ti O2和Ti2O3的量,同时降低了用于还原Fe2O3的C量,降低了钛渣中Fe O的含量。当钛渣中Fe2O3含量由12%增加到20%时,作为微量元素C和用于还原Fe2O3的C量分别降低了0.006 mol和0.348 mol,钛渣中总的Ti O2和Ti2O3的量分别降低了8.34%和2.37%,而用于还原Fe2O3的C量增加了约0.36 mol,Fe O的质量分数增加了8.94%。其他成分对钛渣中总的Ti O2量的影响程度由大到小排序为:Si O2>Mg O>Al2O3>Ca O。对钛渣还原冶炼过程中元素分配行为的研究,可实现对工艺的更好控制、提高钛渣品位。     

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。     

多级深度还原法直接制备钛粉

针对传统钙、镁等金属热还原TiO_2制备金属钛粉过程存在的效率低、脱氧不彻底的技术瓶颈,基于TiO_2分步还原的热力学平衡特点,结合镁钙电负性差异,提出了多级深度还原法直接制备钛单质的工艺:即TiO_2先镁热自蔓延一次还原得到一次还原产物,然后将一次还原产物进行钙热深度还原制备还原钛粉。采用对比研究法,考察了TiO_2镁热还原和钙热还原的热力学及动力学差异;考察了镁热一次还原过程中TiO_2机制与还原程度,以及一次还原产物不同深度还原模式下脱氧机制。结果表明:一次还原产物先酸浸预除杂,然后进行钙热深度还原更利于彻底脱氧,最终制备出氧含量仅为0.21%(质量分数),纯度99.0%可以商用的钛粉。     

真空二次还原精炼法制备低氧高钛铁合金的研究

以铝热法生产的高钛铁为原料,以Al为还原剂进行真空还原精炼制备低氧高钛铁。研究了精炼温度、精炼时间等因素对精炼效果的影响,采用XRD、SEM及化学元素分析等手段对高钛铁合金进行了表征。结果表明:精炼后的高钛铁主要含有TiFe2、Fe2TiO5、TiO、Al2O3、TiAl、Fe0.942O等相,精炼后合金的微观结构均匀致密,夹杂物得到有效去除,氧含量大幅降低。但精炼温度过高,精炼时间过长,会恶化精炼效果。精炼后合金中钛含量(质量分数)为(69.00～71.00)%,铝含量低于2.50%,硅含量低于2.63%,氧含量低于3.52%,完全符合优质高钛铁的技术指标。     

微波还原钛精矿工艺的绿色性评价模型及应用案例

对影响微波还原钛精矿工艺的各种因素进行分析。从资源消耗、环境影响、成本、时间、质量等几个方面来建立微波还原钛精矿工艺的绿色性评价指标、评价体系和数学模型。通过具体实例对微波还原钛精矿工艺进行绿色性评价,与电熔还原钛精矿工艺绿色性评价进行对比,评价结果表明,微波还原钛精矿工艺的绿色性远远优于电熔还原钛精矿工艺的绿色性．符合绿色制造的发展趋势,满足可持续发展要求,在碳热还原钛精矿工艺中具有良好的应用前景。     

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…     

镁法海绵钛生产工艺进展

９０年代初，世界海绵钛产能曾约达１５０ｋｔ／ａ，其后数年间，产量锐减，再次大幅度波动。但海绵钛生产工艺已日趋完善，主要设备已实现大型化，能耗大幅度下降，产品质量明显提高，而且钛及钛合金的应用领域仍在不断扩大。本文重点介绍镁法海绵钛生产各主要工序：钛渣溶炼、ＴｉＣｌ４生产、镁还原－真空蒸馏工艺的进展及对今后的展望。     

盐酸浸出机械活化和碳热还原钛铁矿制备纳米二氧化钛(英文)

采用一个新工艺来处理天然钛铁矿并制备高品位的人造金红石纳米颗粒。该工艺主要包括球磨、碳热还原和盐酸浸出步骤。天然钛铁矿通过球磨处理后,颗粒尺寸会大幅度减小;后续的碳热还原会导致高钛渣的形成。在盐酸浸出工序中,重点考察了酸浸时间、温度和酸的浓度对浸出过程的影响。通过优化工艺条件,最后所得到的产品为纯度超过98.0%、颗粒尺寸为10～200nm的TiO2纳米颗粒。     

真空钙热还原制备金属钛实验研究

采用CaH₂作为还原剂，对金属钛热力学制备开展基础研究，计算结果表明CaH₂在350 Pa、973 K发生热分解反应，生成产物Ca作为还原剂与TiO₂进一步反应生成金属钛，而H₂不能参与还原反应。升高温度或降低压力有利于金属Ti的生成，X衍射分析证明金属钛被还原由高阶向低阶进行，350 Pa、1 173 K反应条件下TiO₂的还原率接近43%。     

TiO2电化学还原法提取金属钛的阴极制备工艺

研究TiO2电化学还原法提取金属钛的阴极制备参数——烧结温度和烧结时间。采用SEM、EDS等方法研究烧结温度、烧结时间对TiO2阴极微观结构、孔隙率的影响及不同烧结条件下TiO2阴极电解产物结构和氧含量的变化。结果表明：烧结条件主要影响电极的粒度大小、孔隙尺寸和孔隙分布：在较高温度下烧结较长时间获得的电极片粒度较粗,而孔隙率的变化比较复杂。电极的颗粒尺寸、孔隙率直接影响脱氧率：粒度较小的电极在试验条件下可被充分还原;电极中的开孔和闭孔都有利于电化学还原过程的进行。在1000~1100 °C下烧结4 h获得的TiO2阴极脱氧效果较好。     

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 -…     

盐酸浸出机械活化和碳热还原钛铁矿制备纳米二氧化钛

采用一个新工艺来处理天然钛铁矿并制备高品位的人造金红石纳米颗粒.该工艺主要包括球磨、碳热还原和盐酸浸出步骤.天然钛铁矿通过球磨处理后,颗粒尺寸会大幅度减小;后续的碳热还原会导致高钛渣的形成.在盐酸浸出工序中,重点考察了酸浸时间、温度和酸的浓度对浸出过程的影响.通过优化工艺条件,最后所得到的产品为纯度超过98.0％、颗粒尺寸为10～200nm的TiO2纳米颗粒.     

选铁尾矿和钛精矿直接还原-磁选工艺回收铁实验研究

针对铁品位较低的选铁尾矿和钛精矿,探索了直接还原-磁选回收铁的工艺。综合考察了配碳量、焙烧温度、保温时间和冷却方式对直接还原金属化率的影响,找出了实验最优指标。通过XRD和化学分析讨论了不同焙烧温度下还原过程中物相的变化。结果表明:选铁尾矿中二价铁主要存在的物相(Fe,Mg)(Ti,Fe)O3在1300℃下较充分的被还原为金属铁。钛精矿中三价铁主要存在的物相Fe2TiO5在1300℃下较充分的还原为金属铁。在配碳量为6.29%,焙烧温度1300℃,保温时间1.0 h的最优条件下,选铁尾矿铁回收率达到80%,铁品位58%。在配碳量为10.36%,焙烧温度1300℃,保温时间1 h条件下,钛精矿铁回收率达到95%,铁品位78%。