純海綿鈦 冷軋鈦合金板 鈦板耐腐蝕

海綿鈦用途

海綿鈦是一種重要的工業原料，主要用于制造鈦材、鈦粉及其他鈦構件。它是通過金屬熱還原法生產的，純度一般在99.1%到99.7%之間，雜質元素總量為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域有廣泛應用。在航空航天領域，海綿鈦用于制造飛機和火箭的結構零部件，如航空發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。在醫療領域，海綿鈦因其生物相容性和特殊結構，常用于制造人造骨和人工關節等醫療器械。此外，海綿鈦還可以作為催化劑載體，廣泛應用于化工領域的合成和分解反應中。

海綿鈦的生產過程涉及將鈦鐵礦轉化為四氯化鈦，然后與金屬鎂反應生成海綿鈦。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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純海綿鈦 冷軋鈦合金板 鈦板耐腐蝕

生產工藝

氯化工藝

四氯化鈦主要用作生產海綿鈦、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。沸騰氯化是現行生產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（石油焦）還原劑，在高溫、氯氣流的作用下呈流態化狀態進行氯化反應，從而制取四氯化鈦的方法。該法具有加速氣-固相間傳質及傳熱過程，強化生產的特點。國內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，其中遵義鈦廠設計日產粗四氯化鈦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，在973K~1073K 條件下充入氯氣，故氯化反應的速度受到熔體的性質、組成，還原劑的種類，原料的性質，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。獨聯體四氯化鈦生產中的熔鹽組成如表4 所示。

熔鹽氯化法

熔鹽氯化法是前蘇聯20 世紀60 年代研制成功，用以生產四氯化鈦的方法，該法不僅適用于前蘇聯的原料特點（鈦渣含CaO+MgO 約6%），其爐子產能達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四氯化鈦為120 t~150 t，原為矩形爐，現改為圓形爐，圓形熔鹽氯化爐的尺寸為Φ 5.0 m×8.5 m，內徑Φ 內為2.76 m，長方形為4.5 m×3.5 m×8.5 m。圓形爐內，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，還具有以下優點：1）氯化裝置單位生產率高，可達20 t/m2·d ~25t/m2·d TiCl4；2）氯化溫度低，為800℃，很多雜質不會因氯化而進入TiCl4；3）從爐料到工業四氯化鈦，鈦的回收率高，可達95%；熔鹽本身有凈化TiCl4 的作用，獲得TiCl4雜質含量低，釩、氯、硅、碳等雜質總含量≤2%；制得TiCl4 產物達98%以上，可使AlCl3、FeCl3、CaO、MgO 和SiO2 等雜質留在熔鹽介質中，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）反應過程不產生COCl2，廢氣無爆炸危險。廢氣中Cl2 和HCl 含量非常小，對環境污染也不大。

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，加粘結劑混勻制團并經焦化，將制成的團塊料堆放在豎式氯化爐中，呈固體層狀態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。

海綿鈦的特點和應用

一、海綿鈦的特點

海綿鈦是一種疏松、多孔、輕質的鈦材料，在制備過程中采用電解過程或熱解過程，通過化學反應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構，使海綿鈦具有很好的延展性，可以在一定范圍內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過特殊處理，使得其具有很好的耐腐蝕性。

二、海綿鈦的應用

1. 航空航天領域：海綿鈦可以用于制造飛機和火箭結構中的某些零部件，比如航空發動機葉片、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. 醫療領域：由于海綿鈦的特殊結構和生物相容性，可以用于制造人造骨、人工關節等醫療器械，被廣泛應用于人體修復和重建手術中。

3. 化工領域：海綿鈦可以作為催化劑載體，廣泛應用于化學反應中，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、醫療和化工等領域有著廣泛的應用。

海綿鈦的性質

物理性質

顏色和狀態：海綿鈦為銀灰色金屬，具有多孔的結構。

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。

化學性質

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。

反應性：在高溫下能與多種化學物質發生反應，特別是在有氯氣的環境中。

生產方法

海綿鈦主要通過Kroll工藝（鎂熱法）生產。該工藝包括富態料制備、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生成海綿鈦和氯化鎂，然后通過真空蒸餾去除雜質，獲得純鈦。

鎂還原的主要反應為：

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2

在還原過程中，TiCl4 中的微量雜質，如AlCl3、FeCl3、SiCl4、VOCl3 等均被鎂還原生成相應的金屬，這些金屬全部混在海綿鈦中。而混雜在鎂中的雜質鉀、鈣、鈉等，也是還原劑，它們分別將TiCl4 還原并生成相應的雜質氯化物。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反應→結晶成核→鈦晶粒長大→MgCl2 脫附→MgCl2 外擴散。這一過程中的關鍵步驟是結晶成核，隨著化學反應的進行伴有非均相成核。

經排放MgCl2 操作后的鎂還原產物， 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。

還原產物海綿鈦在真空蒸餾過程中經受長期高溫燒結，逐漸致密化、毛細孔逐漸縮小，樹枝狀結構消失，最后呈一坨狀整塊，俗稱鈦坨。

海綿鈦的應用

海綿鈦的主要應用領域

航空航天：海綿鈦在航空航天領域有著廣泛的應用，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。

醫療領域：高品質的海綿鈦被用于制造人體植入物、手術器材等，直接關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用

工業領域：海綿鈦是生產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，廣泛應用于機械設備、電子和精密儀表部件。

海綿鈦的物理和化學特性

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%，雜質元素總量為0.3～0.9%。海綿鈦的硬度(HB)為100～157，根據純度的不同分為WHTiO至MHTi4五個等級。

海綿鈦的生產工藝

海綿鈦主要通過金屬熱還原法生產，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，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。