5。2。2 实验结果 29

5。3  本章小结 29

结论 31

致谢 32

参考文献 33

第一章 绪论

1。1 钛及其应用

钛的原子序数为 22，位于元素周期表中第ⅣB 族第 4 周期。1791 年，英国人格列 盖尔发现了在黑色磁铁矿砂中含有钛——一度称之为钛铁砂，德国化学家克拉普罗特 在 1795 年研究金红石时断定这种矿物是一种新元素的氧化物，后来钛铁砂被证实就 是金属钛[1]。

地壳中钛的含量十分丰富，按丰度值算排名第九；按结构金属算，仅次于铁和铝， 因此有“第三金属”之名。20 世纪初，钛以化合物和金属添加剂的形式应用到工业 部门。金属钛作为结构材料在第二次世界大战期间得到了广泛重视。由于 Kroll 镁热 还原法的研究成功及其各种用途的开发，钛的产量迅速增加。

钛及钛合金是具有高强度、低密度的结构材料，钛合金的强度可以达到 1200-1500 MPa，钛合金的比强度（强度/密度）达 27-33。钛合金可用于飞机的机身、内燃发动 机和喷气发动机部件；用于火箭的发动机壳体、储存液氧的压力容器以及其他零件； 潜艇中也大量应用钛及钛合金；由于钛及钛合金具有高强度并且耐腐蚀，其广泛用于 化工机械和医疗器械等方面；纯钛制成 X 射线管的阳极、阴极、栅极及其他零件用于 电子真空技术领域；在炼钢中可以作为脱氧、脱硫剂及合金化的元素（锰钢、铬钼钢、 镍铬等钢中都有钛的成分）；加入钛的铜、铜合金、及铝合金，它们的物理力学性能 和抗蚀性能得到改善；钛白（TiO2）是用于工业和民用的优良白色颜料，钛白具有独 特的覆盖能力，无毒；各种晶型的 TiO2 和钛酸钡具有较高的介电常数，一般用作高 质量的电容器、无线电设备和高频设备的固体介质。

1。2 钛及其中间产物的制备

1。2。1 钛及其中间产物

钛提取冶金的主要产品包括钛白、海绵钛、铁钛合金、金属钛粉等，作为商品进 入市场的还有人造金红石、TiCl4 和钛渣。各国生产金属钛和钛化合物工业受限于天 然金红石的储量及产量，主要选用钛铁精矿作为生产原料，用火法或湿法等方法出去 其矿中的铁，从而得到不同形态的富钛原料（当金红石型 TiO2 质量分数高于 90%时 称之为人造金红石）。

首先将钛铁精矿进行还原熔炼，目的是在电炉内用碳还原出铁，得到富集的二氧 化钛钛渣和副产品——含磷低的生铁。对所得钛渣进行配碳氯化，得到四氯化钛，通 过化学法和精馏法净化除杂。用金属镁或者金属钠还原精四氯化钛，经过后续的除杂 及相关处理即可得海绵钛或海绵钛块。

1。2。2   钛铁精矿的还原熔炼

钛铁精矿中铁以氧化铁和氧化亚铁形式存在，根据钛和铁对氧的亲和能力的不 同，电炉可以选择性还原铁，从而得到生铁和钛渣。用碳还原钛铁矿时，整个体系反 应复杂，不同温度范围的主要反应如下：论文网

>1473K 时，FeTiO3+C=Fe+TiO2+CO （1-1）

3TiO2+C=Ti3O5+CO （1-2）

在 1543-1673 K 时，2Ti3O5+C=3Ti2O3+CO （1-3）

在 1673-1873 K 时，Ti2O3+C=2TiO+CO