鈦板耐腐蝕冷軋鈦合金板純海綿鈦

海綿鈦用途

海綿鈦是一種重要的工業(yè)原料，主要用于制造鈦材、鈦粉及其他鈦構(gòu)件。它是通過金屬熱還原法生產(chǎn)的，純度一般在99.1%到99.7%之間，雜質(zhì)元素總量為0.3%到0.9%。

海綿鈦具有低密度、高延展性和耐腐蝕性等特點，這些特性使其在多個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。在航空航天領(lǐng)域，海綿鈦用于制造飛機和火箭的結(jié)構(gòu)零部件，如航空發(fā)動機葉片和艙壁材料，因其低密度和高延展性，有助于減輕重量并提高飛行器的性能。在醫(yī)療領(lǐng)域，海綿鈦因其生物相容性和特殊結(jié)構(gòu)，常用于制造人造骨和人工關(guān)節(jié)等醫(yī)療器械。此外，海綿鈦還可以作為催化劑載體，廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域的合成和分解反應(yīng)中。

海綿鈦的生產(chǎn)過程涉及將鈦鐵礦轉(zhuǎn)化為四氯化鈦，然后與金屬鎂反應(yīng)生成海綿鈦。這種多孔的金屬鈦不能直接使用，需要進一步熔化鑄造成鈦錠。

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鈦板耐腐蝕冷軋鈦合金板純海綿鈦

生產(chǎn)工藝

氯化工藝

四氯化鈦主要用作生產(chǎn)海綿鈦、鈦白粉及三氯化鈦。其制取方法很多，主要有沸騰氯化、熔鹽氯化和豎爐氯化3 種方法。沸騰氯化是現(xiàn)行生產(chǎn)四氯化鈦的主要方法（中國、日本、美國采用），其次是熔鹽氯化（獨聯(lián)體國家采用），而豎爐氯化已被淘汰。沸騰氯化一般是以鈣鎂含量低的高品位富鈦料為原料，而熔鹽氯化則可使用含高鈣鎂的原料。

1、沸騰氯化

沸騰氯化是采用細顆粒富鈦料與固體碳質(zhì)（石油焦）還原劑，在高溫、氯氣流的作用下呈流態(tài)化狀態(tài)進行氯化反應(yīng)，從而制取四氯化鈦的方法。該法具有加速氣-固相間傳質(zhì)及傳熱過程，強化生產(chǎn)的特點。國內(nèi)外沸騰氯化使用的原料有高鈦渣、天然金紅石、人造金紅石等。我國撫順鈦廠和遵義鈦廠新建的沸騰氯化爐直徑分別為Φ1.4 m與Φ2.4 m，采用的無篩板氯化技術(shù)，其中遵義鈦廠設(shè)計日產(chǎn)粗四氯化鈦70 t。

2、熔鹽氯化

熔鹽氯化是將磨細的鈦渣或金紅石和石油焦懸浮在熔鹽（主要由KCl、NaCl、MgCl2 和CaCl2 組成）介質(zhì)中，并通入氯氣，從而制取四氯化鈦的方法。一般也可使用電解鎂的廢電解質(zhì)，在973K~1073K 條件下充入氯氣，故氯化反應(yīng)的速度受到熔體的性質(zhì)、組成，還原劑的種類，原料的性質(zhì)，氯化溫度，氯氣濃度及通入速度，熔體高度，配碳量等因素的影響。獨聯(lián)體四氯化鈦生產(chǎn)中的熔鹽組成如表4 所示。

熔鹽氯化法

熔鹽氯化法是前蘇聯(lián)20 世紀60 年代研制成功，用以生產(chǎn)四氯化鈦的方法，該法不僅適用于前蘇聯(lián)的原料特點（鈦渣含CaO+MgO 約6%），其爐子產(chǎn)能達20 t/m2 ~25 t/m2 四氯化鈦，熔鹽段截面積為6m2。大型熔鹽氯化爐日產(chǎn)四氯化鈦為120 t~150 t，原為矩形爐，現(xiàn)改為圓形爐，圓形熔鹽氯化爐的尺寸為Φ 5.0 m×8.5 m，內(nèi)徑Φ 內(nèi)為2.76 m，長方形為4.5 m×3.5 m×8.5 m。圓形爐內(nèi)，爐體強度增大，3 年大修1 次，比矩形爐使用年限延長近1 倍。熔鹽氯化可使用多種富鈦物料，除了含鈣鎂的鈦渣外，現(xiàn)廣泛使用由紅鈦鐵礦（Fe2O3 3TiO2）熔煉的鈦渣（TiO2 87%~91%），亦可使用金紅石。

烏克蘭采用熔鹽氯化生產(chǎn)已有40 多年的歷史，不僅適用于該國鈦精礦MgO、CaO 含量高的特點，還具有以下優(yōu)點：1）氯化裝置單位生產(chǎn)率高，可達20 t/m2·d ~25t/m2·d TiCl4；2）氯化溫度低，為800℃，很多雜質(zhì)不會因氯化而進入TiCl4；3）從爐料到工業(yè)四氯化鈦，鈦的回收率高，可達95%；熔鹽本身有凈化TiCl4 的作用，獲得TiCl4雜質(zhì)含量低，釩、氯、硅、碳等雜質(zhì)總含量≤2%；制得TiCl4 產(chǎn)物達98%以上，可使AlCl3、FeCl3、CaO、MgO 和SiO2 等雜質(zhì)留在熔鹽介質(zhì)中，然后排出；4）對原料粒度組成要求不高，可利用細小粒度的鈦渣；5）反應(yīng)過程不產(chǎn)生COCl2，廢氣無爆炸危險。廢氣中Cl2 和HCl 含量非常小，對環(huán)境污染也不大。

3、豎爐氯化

豎爐氯化是將被氯化的鈦渣（或金紅石）與石油焦細磨，加粘結(jié)劑混勻制團并經(jīng)焦化，將制成的團塊料堆放在豎式氯化爐中，呈固體層狀態(tài)與氯氣作用從而制取四氯化鈦的方法，也稱固定層氯化或團料氯化，該法基本已被淘汰。

海綿鈦的特點和應(yīng)用

一、海綿鈦的特點

海綿鈦是一種疏松、多孔、輕質(zhì)的鈦材料，在制備過程中采用電解過程或熱解過程，通過化學(xué)反應(yīng)使得鈦材料變成海綿狀。具有以下幾個特點：

1. 低密度：海綿鈦的密度一般在4g/cm3以下，比普通的鈦合金低很多。

2. 高延展性：由于其疏松多孔的結(jié)構(gòu)，使海綿鈦具有很好的延展性，可以在一定范圍內(nèi)進行彎曲變形等加工處理。

3. 耐腐蝕性：海綿鈦的表面通常都經(jīng)過特殊處理，使得其具有很好的耐腐蝕性。

二、海綿鈦的應(yīng)用

1. 航空航天領(lǐng)域：海綿鈦可以用于制造飛機和火箭結(jié)構(gòu)中的某些零部件，比如航空發(fā)動機葉片、航空航天用艙壁材料等，由于海綿鈦的低密度和高延展性，可降低飛行器重量，提高飛行器的使用壽命和性能。

2. 醫(yī)療領(lǐng)域：由于海綿鈦的特殊結(jié)構(gòu)和生物相容性，可以用于制造人造骨、人工關(guān)節(jié)等醫(yī)療器械，被廣泛應(yīng)用于人體修復(fù)和重建手術(shù)中。

3. 化工領(lǐng)域：海綿鈦可以作為催化劑載體，廣泛應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)中，比如合成、分解等。

綜上所述，海綿鈦是一種具有特點的材料，在航空、醫(yī)療和化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

海綿鈦的性質(zhì)

物理性質(zhì)

顏色和狀態(tài)：海綿鈦為銀灰色金屬，具有多孔的結(jié)構(gòu)。

密度：相對密度為d204.5。

熔點和沸點：熔點為1668℃，沸點為3260℃。

硬度：硬度在HB 100～157之間。

化學(xué)性質(zhì)

耐腐蝕性：海綿鈦耐海水腐蝕性強，但不溶于水，能溶于氫氟酸、硝酸、濃硫酸。

反應(yīng)性：在高溫下能與多種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，特別是在有氯氣的環(huán)境中。

生產(chǎn)方法

海綿鈦主要通過Kroll工藝（鎂熱法）生產(chǎn)。該工藝包括富態(tài)料制備、氯化、四氯化鈦精制、還原蒸餾、氯化鎂電解等步驟。在氬氣氣氛中，四氯化鈦與金屬鎂反應(yīng)生成海綿鈦和氯化鎂，然后通過真空蒸餾去除雜質(zhì)，獲得純鈦。

鎂還原的主要反應(yīng)為：

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2

在還原過程中，TiCl4 中的微量雜質(zhì)，如AlCl3、FeCl3、SiCl4、VOCl3 等均被鎂還原生成相應(yīng)的金屬，這些金屬全部混在海綿鈦中。而混雜在鎂中的雜質(zhì)鉀、鈣、鈉等，也是還原劑，它們分別將TiCl4 還原并生成相應(yīng)的雜質(zhì)氯化物。鎂還原過程包括：TiCl4液體的氣化→氣體TiCl4和液體Mg 的外擴散→TiCl4 和Mg 分子吸附在活性中心→在活性中心上進行化學(xué)反應(yīng)→結(jié)晶成核→鈦晶粒長大→MgCl2 脫附→MgCl2 外擴散。這一過程中的關(guān)鍵步驟是結(jié)晶成核，隨著化學(xué)反應(yīng)的進行伴有非均相成核。

經(jīng)排放MgCl2 操作后的鎂還原產(chǎn)物， 含鈦55%~60%、鎂25%~30%、MgCl210%~15%，及少量TiCl3 和TiCl2，常用蒸餾法將海綿鈦中的鎂和MgCl2分離。

還原產(chǎn)物海綿鈦在真空蒸餾過程中經(jīng)受長期高溫?zé)Y(jié)，逐漸致密化、毛細孔逐漸縮小，樹枝狀結(jié)構(gòu)消失，最后呈一坨狀整塊，俗稱鈦坨。

海綿鈦的應(yīng)用

海綿鈦的主要應(yīng)用領(lǐng)域

航空航天：海綿鈦在航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，用于制造飛機和火箭的精密零件，這些零件需要高強度、高耐腐蝕性和高硬度。

醫(yī)療領(lǐng)域：高品質(zhì)的海綿鈦被用于制造人體植入物、手術(shù)器材等，直接關(guān)系到病人的生命安全。

牙科治療：鈦因其出色的生物相容性、耐腐蝕性和機械性能，在牙科治療中得到了廣泛的應(yīng)用

工業(yè)領(lǐng)域：海綿鈦是生產(chǎn)精煉金屬鈦的基本原料，可以進一步制成鈦錠、鈦棒等金屬鈦材，廣泛應(yīng)用于機械設(shè)備、電子和精密儀表部件。

海綿鈦的物理和化學(xué)特性

海綿鈦一般為淺灰色顆粒，表面清潔，無目視可見的夾雜物。其純度一般為99.1～99.7%，雜質(zhì)元素總量為0.3～0.9%。海綿鈦的硬度(HB)為100～157，根據(jù)純度的不同分為WHTiO至MHTi4五個等級。

海綿鈦的生產(chǎn)工藝

海綿鈦主要通過金屬熱還原法生產(chǎn)，將鈦鐵礦變成四氯化鈦，再放到密封的不銹鋼罐中，充以氬氣，使它們與金屬鎂反應(yīng)，得到海綿狀金屬鈦。這種多孔的“海綿鈦”不能直接使用，還需要在電爐中熔化成液體，才能鑄成鈦錠。