钛具备独有的性能:低密度、高比强度、高温强度、极强耐蚀性。钛作为一种结构金属,在地壳中的含量分列在第四位,次于铁、铝、镁,比镍、铜、铬、铅、锡和锌的总和还多。然而,当前的钛生产体系却非常复杂,且成本高。

钛之所以便宜,是因为目前从矿石到金属的提炼过程是一个多步骤、高温批处理过程。当前的钛加工技术,有4种最有期望降低成本的方法。

这些方法还包括萃取法、克罗尔法、电解法、剑桥法。萃取法目前钛金属的生产都就是指金红石(TiO2)开始的。

金红石与石油焦碳一起,在1000℃(1830℉)温度下,于流化床反应器中展开氯化处置,以生产TiCl4。钛的生产也可从其它低成本的材料开始,如钛铁矿或矿渣,但它们所含更好的铁和其它杂质。

对液态TiCl4展开制备,且大约90%的TiCl4水解成TiO2,用作颜料工业。TiCl4是所有商业化过程的一个起点。

从TiCl4开始的两个主要原因是TiCl4的纯度低、钛与氧分离出来了。克罗尔法目前用于的克罗尔法与杜邦公司1948年研制出的方法比起没多少转变,它主要还包括以下步骤:将腊的、洗手的不锈钢蒸器抽真空,并充氩。

再行将用作还原成TiCl4的镁引进蒸器。将蒸器冷却至800℃~900℃(1470℃℉~1650℉),然后将TiCl4慢慢地送到蒸器。随着还原成的展开,MgCl2周期性地分流出有。几天之后,各不相同蒸器的尺寸,反应暂停,蒸器压力下降。

此时,大约30%的镁未有反应。构成一种类似于海绵状的多孔物质的钛金属。

现在蒸器中有钛金属(海绵钛)、并未反应的镁和一些MgCl2。这些杂质可由浸出或真空提纯法除去。真空提纯法通过提升蒸器的温度和在真空下除去了未反应的镁和MgCl2,而只剩了海绵钛。然后反应器关上,放入钛。

将海绵钛剪0.6厘米的块,重新加入合金化金属,也有可能是一些钛残料,然后冶炼成锭。为确保均匀分布性和除去夹渣,锭要再行熔融一次或两次以上。从问世开始,就有人抨击克罗尔法成本高、效率较低。它是一种数以万计步骤,其中有许多劳动强度大。

然而,在50年后尽管有多种新工艺产生,但没一种能替代它。事实上,克罗尔法做到了很少的转变。

主要的区别就是蒸器的尺寸变小了,在同一反应器中展开镁还原成和真空提纯。亨特法与克罗尔法十分相似,只是镁被替换成了钠。

即使方法类似于,但亨特法成本额低一些,因而,亨特法目前仅有用作小批量、类似高纯度粉末的生产。若想对克罗尔法展开革命性地提高,以大大降低其价格或许不大可能,但可通过逐步做到一些小的变化也能减少钛的成本。电解法1953年,克罗尔应验在15年后将用于电解法来生产钛。

但为什么经过50多年仍没商业化电解钛厂竣工呢?人们仍然确信电解法需要像Hall-Heroult法的引进大大降低铝的生产成本那样带给某种程度的影响。在Hall-Heroult之前,铝用钠还原成,成本比金还喜。然而,由于钛与铝的差异较小,使电解法生产钛更加艰难。

一方面,钛的熔点是1000℃(1800℉),低于铝。因此,到目前为止,所有电解法生产的固态钛有枝状的组织,并由于推迟而遭成电解液损失。

在电解液中,铝仅有一个稳态的化合价,而钛有两个。这种多重化合价状态引发电子效率的损失。但主要问题是电解法有可能不比克罗尔法低廉,因为两者都是开始于TiCl4。一些经济分析表明,电解法比克罗尔法可让有所节省。

但一些公司展开的试验规模的生产没能证明这一点。电解法已沦为电提取研究的一个主要领域。但未曾展开过工业化生产。实际情况是,大家都花费巨资创建实验性工厂,然后又退出了这些项目。

部分原因是由于,一个工艺的研发时间精于钛市场周期,没一家实验性工厂在市场下滑时期能幸免于难。另一个原因有可能是钛市场快速增长较缓。事实上,商业化生产商也在增加。也有人争辩说道,电解法成本总有一天会比克罗尔法较低。

钛可使用电解法展开生产,问题是经济性。GTT的MarcoGinatta持续用于氯化法,并已在意大利的Torino创建了一个大型实验性生产厂。

或许有一天工业化电解厂能替换克罗尔生产厂,但开始于TiCl4的电解法要想要大大降低钛价格显然是不大可能的。剑桥法另一种是剑桥大学DerekFray宣告的一种更加保守的电解还原成方法,给人们带给鼓舞。

在此方法中,TiO2被压制成颗粒,然后在950℃(1740℉)氯化钙(CaCl2)液中不作阴极,用石墨电极不作阳极。当通入电流时,氧被电离并沉淀于CaCl2液中。

由于单价氧在溶液中,避免了二价钛离子的问题。这种方法生产的钛仅有含氧60ppm,规模为公斤级。该方法开始于金红石,因而理论上钛的生产成本不应大大降低。然而,金红石不是显的TiO2。

必需寻找能替换用氯化来展开净化的方法。另外,原因之一是氯化法要从氧中分离出钛。

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