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          鈦的冶煉

          [ 信息發布:本站 | 發布時間:2018-05-09 | 瀏覽:568 ]

          鈦在1791年被發現,而第一次制得純凈的鈦卻是在1910年,中間經歷了一百余年。原因在于:鈦在高溫下性質十分活潑,很易和氧、氮、碳等元素化合,要提煉出純鈦需要十分苛刻的條件。

          工業上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法制取二氧化鈦,再由二氧化鈦制取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦(精礦),發生下面的化學反應:

          FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O

          FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O

          FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

          Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O

          為了除去雜質Fe2(SO4)3,加入鐵屑,Fe3+ 還原為Fe2+,然后將溶液冷卻至273K以下,使得FeSO4·7H2O(綠礬)作為副產品結晶析出。

          Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉淀,反應是:

          Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4

          TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

          鍛燒偏鈦酸即制得二氧化鈦:

          H2TiO3 == TiO2+H2O

          工業上制金屬鈦采用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2(或天然的金紅石)和炭粉混合加熱至1000~1100K,進行氯化處理,并使生成的TiCl4,蒸氣冷凝。

          TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-

          在1070K 用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得多孔的海綿鈦:

          TiCl4+2Mg=2MgC12+Ti

          這種海綿鈦經過粉碎、放入真空電弧爐里熔煉,最后制成各種鈦材。

          也可以通過反應:Ti+2I2=TiI4

          得到的TiI4經過高溫(1250攝氏度左右)情況下分解:

          TiI4=Ti+2I2

          由此得到純鈦棒。

          鈦及鈦合金的特性、用途

          純鈦是銀白色的金屬,它具有許多優良性能。鈦的密度為4.54g/cm3,比鋼輕43% ,比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多,比鋁大兩倍,比鎂大五倍。鈦耐高溫,熔點1942K,比黃金高近1000K ,比鋼高近500K。

          鈦屬于化學性質比較活潑的金屬。加熱時能與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下,鈦表面易生成一層極薄的致密的氧化物保護膜,可以抵抗強酸甚至王水的作用,表現出強的抗腐蝕性。因此,一般金屬在酸、堿、鹽的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。

          液態鈦幾乎能溶解所有的金屬,因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中制得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。

          鈦合金制成飛機比其它金屬制成同樣重的飛機多載旅客100多人。制成的潛艇,既能抗海水腐蝕,又能抗深層壓力,其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80% 。同時,鈦無磁性,不會被水雷發現,具有很好的反監護作用。

          鈦具有“親生物“’性。在人體內,能抵抗分泌物的腐蝕且無毒,對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用于制醫療器械,制人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨,主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環包在這些“鈦骨”上時,這些鈦骨就開始維系著人體的正?;顒?。

          鈦在人體中分布廣泛,正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg,其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細胞,使免疫力增強這一作用已被證實。

          鈦的化合物及用途

          重要的鈦化合物有:二氧化鈦(TiO2)、四氯化鈦(TiCl4)、偏鈦酸鋇(BaTiO3)。

          純凈的二氧化鈦是白色粉末,是優良的白色顏料,商品名稱“鈦白”。它兼有鉛白(PbCO3)的遮蓋性能和鋅白(ZnO)的持久性能。因此,人們常把鈦白加在油漆中,制成高級白色油漆;在造紙工業中作為填充劑加在紙槳中;紡織工業

          中作為人造纖維的消光劑;在玻璃、陶瓷、搪瓷工業上作為添加劑,改善其性能;在許多化學反應中用作催化劑。在化學工業日益發展的今天,二氧化鈦及鈦系化合物作為精細化工產品,有著很高的附加價值,前景十分誘人。

          四氯化鈦是一種無色液體;熔點250K、沸點409K,有制激性氣味。它在水中或潮濕的空氣中都極易水解,冒出大量的白煙。

          TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl

          因此TiCl4在軍事上作為人造煙霧劑,猶其是用在海洋戰爭中。在農業上,人們用TiCl4形成的濃霧地面,減少夜間地面熱量的散失,保護蔬菜和農作物不受嚴寒、霜凍的危害。

          將TiO2和BaCO3一起熔融制得偏鈦酸鋇:

          TiO2+BaCO3 == BaTiO3十CO2-

          人工制得的BaTiO3具有高的介電常數,由它制成的電容器有較大的容量,更重要的是BaTiO3具有顯著的“壓電性能”,其晶體受壓會產生電流,一通電,又會改變形狀。人們把它置于超聲波中,它受壓便產生電流,通過測量電流強弱可測出超聲波強弱。幾乎所有的超聲波儀器中都要用到它。隨著鈦酸鹽的開發利用,它愈來愈廣泛地用來制造非線性元件、介質放大器、電子計算機記憶元件、微型電容器、電鍍材料、航空材料、強磁、半導體材料、光學儀器、試劑等。

          鈦、鈦合金及鈦化合物的優良性能促使人類迫切需要它們。然而,生產成本之高,使應用受到限制。我們相信在不久的將來,隨著鈦的冶煉技術不斷改進和提高,鈦、鈦合金及鈦的化合物的應用將會得到更大的發展。

          鈦產品:

          鈦及鈦合金是極其重要的輕質結構材料,在航空、航天、車輛工程、生物醫學工程等領域具有非常重要的應用價值和廣闊的應用前景?!?

          類型:典化鈦,工業純鈦, α 型鈦, β 型鈦, α +β型鈦

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