真空熔炼用高纯钛海绵钛

海绵钛，是钛加工材的原料。一般为浅灰色颗粒，表面清洁，无目视可见的夹杂物，也包括有缺陷的海绵钛块，如过烧的海绵钛块、具有明显的暗黄色和亮黄色的氧化海绵钛块、带有暗黄色和亮黄色痕迹的氧化和富氮的海绵钛块、带有明显氯化物残余的海绵钛块、带有残渣的海绵钛块等。

海绵钛用途

海绵钛是一种重要的工业原料，主要用于制造钛材、钛粉及其他钛构件。它是通过金属热还原法生产的，纯度一般在99.1%到99.7%之间，杂质元素总量为0.3%到0.9%。

海绵钛具有低密度、高延展性和耐腐蚀性等特点，这些特性使其在多个领域有广泛应用。在航空航天领域，海绵钛用于制造飞机和火箭的结构零部件，如航空发动机叶片和舱壁材料，因其低密度和高延展性，有助于减轻重量并提高飞行器的性能。在医疗领域，海绵钛因其生物相容性和特殊结构，常用于制造人造骨和人工关节等。此外，海绵钛还可以作为催化剂载体，广泛应用于化工领域的合成和分解反应中。

海绵钛的生产过程涉及将钛铁矿转化为四氯化钛，然后与金属镁反应生成海绵钛。这种多孔的金属钛不能直接使用，需要进一步熔化铸造成钛锭。

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真空熔炼用高纯钛海绵钛

金属热还原法生产出的海绵状金属钛。纯度%（质量）一般为99.1～99.7。杂质元素%（质量）总量为0.3～0.9，杂质元素氧%（质量）为0.06～0.20，硬度(HB)为100～157，根据纯度的不同分为WHTiO至MHTi4五个等级。为制取工业钛合金的主要原料。 海绵钛生产是钛工业的基础环节，它是钛材、钛粉及其他钛构件的原料。把钛铁矿变成四氯化钛，再放到密封的不锈钢罐中，充以氩气，使它们与金属镁反应，就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的，还必须把它们在电炉中熔化成液体，才能铸成钛锭。

基本知识

金属热还原法生产出的海绵状金属钛。纯度%（质量）一般为99.1～99.7。杂质元素%（质量）总量为0.3～0.9，杂质元素氧%（质量）为0.06～0.20，硬度(HB)为100～157，根据纯度的不同分为WHTiO至MHTi4五个等级。为制取工业钛合金的主要原料。 海绵钛生产是钛工业的基础环节，它是钛材、钛粉及其他钛构件的原料。把钛铁矿变成四氯化钛，再放到密封的不锈钢罐中，充以氩气，使它们与金属镁反应，就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的，还必须把它们在电炉中熔化成液体，才能铸成钛锭

1、沸腾氯化

沸腾氯化是采用细颗粒富钛料与固体碳质（石油焦）还原剂，在高温、氯气流的作用下呈流态化状态进行氯化反应，从而制取四氯化钛的方法。该法具有加速气-固相间传质及传热过程，强化生产的特点。国内外沸腾氯化使用的原料有高钛渣、天然金红石、人造金红石等。我国抚顺钛厂和遵义钛厂新建的沸腾氯化炉直径分别为Φ1.4 m与Φ2.4 m，采用的无筛板氯化技术，其中遵义钛厂设计日产粗四氯化钛70 t。

2、熔盐氯化

熔盐氯化是将磨细的钛渣或金红石和石油焦悬浮在熔盐（主要由KCl、NaCl、MgCl2 和CaCl2 组成）介质中，并通入氯气，从而制取四氯化钛的方法。一般也可使用电解镁的废电解质，在973K~1073K 条件下充入氯气，故氯化反应的速度受到熔体的性质、组成，还原剂的种类，原料的性质，氯化温度，氯气浓度及通入速度，熔体高度，配碳量等因素的影响。独联体四氯化钛生产中的熔盐组成如表4 所示。

熔盐氯化法

熔盐氯化法是前苏联20 世纪60 年代研制成功，用以生产四氯化钛的方法，该法不仅适用于前苏联的原料特点（钛渣含CaO+MgO 约6%），其炉子产能达20 t/m2 ~25 t/m2 四氯化钛，熔盐段截面积为6m2。大型熔盐氯化炉日产四氯化钛为120 t~150 t，原为矩形炉，现改为圆形炉，圆形熔盐氯化炉的尺寸为Φ 5.0 m×8.5 m，内径Φ 内为2.76 m，长方形为4.5 m×3.5 m×8.5 m。圆形炉内，炉体强度增大，3 年大修1 次，比矩形炉使用年限延长近1 倍。熔盐氯化可使用多种富钛物料，除了含钙镁的钛渣外，现广泛使用由红钛铁矿（Fe2O3 3TiO2）熔炼的钛渣（TiO2 87%~91%），亦可使用金红石。

乌克兰采用熔盐氯化生产已有40 多年的历史，不仅适用于该国钛精矿MgO、CaO 含量高的特点，还具有以下优点：1）氯化装置单位生产率高，可达20 t/m2·d ~25t/m2·d TiCl4；2）氯化温度低，为800℃，很多杂质不会因氯化而进入TiCl4；3）从炉料到工业四氯化钛，钛的回收率高，可达95%；熔盐本身有净化TiCl4 的作用，获得TiCl4杂质含量低，钒、氯、硅、碳等杂质总含量≤2%；制得TiCl4 产物达98%以上，可使AlCl3、FeCl3、CaO、MgO 和SiO2 等杂质留在熔盐介质中，然后排出；4）对原料粒度组成要求不高，可利用细小粒度的钛渣；5）反应过程不产生COCl2，废气无爆炸危险。废气中Cl2 和HCl 含量非常小，对环境污染也不大。

竖炉氯化是将被氯化的钛渣（或金红石）与石油焦细磨，加粘结剂混匀制团并经焦化，将制成的团块料堆放在竖式氯化炉中，呈固体层状态与氯气作用从而制取四氯化钛的方法，也称固定层氯化或团料氯化，该法基本已被淘汰。

Mg还原法

镁还原的实质是，在880℃~950℃下的氩气气氛中，让四氯化钛与金属镁进行反应得到海绵状的金属钛和氯化镁，用真空蒸馏除去海绵钛中的氯化镁和过剩的镁，从而获得纯钛，蒸馏冷凝物可经熔化回收金属镁，氯化镁经熔盐电解回收镁和氯气。从精制四氯化钛中制取金属钛，分为还原和蒸馏两个步骤。在较长一段时间，还原、蒸馏都是分步进行的，而已趋向联合化、大型化。

镁还原的主要反应为：

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2

在还原过程中，TiCl4 中的微量杂质，如AlCl3、FeCl3、SiCl4、VOCl3 等均被镁还原生成相应的金属，这些金属全部混在海绵钛中。而混杂在镁中的杂质钾、钙、钠等，也是还原剂，它们分别将TiCl4 还原并生成相应的杂质氯化物。镁还原过程包括：TiCl4液体的气化→气体TiCl4和液体Mg 的外扩散→TiCl4 和Mg 分子吸附在活性中心→在活性中心上进行化学反应→结晶成核→钛晶粒长大→MgCl2 脱附→MgCl2 外扩散。这一过程中的关键步骤是结晶成核，随着化学反应的进行伴有非均相成核。

经排放MgCl2 操作后的镁还原产物， 含钛55%~60%、镁25%~30%、MgCl210%~15%，及少量TiCl3 和TiCl2，常用蒸馏法将海绵钛中的镁和MgCl2分离。

还原产物海绵钛在真空蒸馏过程中经受长期高温烧结，逐渐致密化、毛细孔逐渐缩小，树枝状结构消失，最后呈一坨状整块，俗称钛坨。

海绵钛的应用

海绵钛的主要应用领域

航空航天：海绵钛在航空航天领域有着广泛的应用，用于制造飞机和火箭的精密零件，这些零件需要高强度、高耐腐蚀性和高硬度。

医疗领域：高品质的海绵钛被用于制造人体植入物、手术器材等，直接关系到病人的生命安全。

牙科治疗：钛因其出色的生物相容性、耐腐蚀性和机械性能，在牙科治疗中得到了广泛的应用、牙冠等。

工业领域：海绵钛是生产精炼金属钛的基本原料，可以进一步制成钛锭、钛棒等金属钛材，广泛应用于机械设备、电子和精密仪表部件。

海绵钛的物理和化学特性

海绵钛一般为浅灰色颗粒，表面清洁，无目视可见的夹杂物。其纯度一般为99.1～99.7%，杂质元素总量为0.3～0.9%。海绵钛的硬度(HB)为100～157，根据纯度的不同分为WHTiO至MHTi4五个等级。

海绵钛的生产工艺

海绵钛主要通过金属热还原法生产，将钛铁矿变成四氯化钛，再放到密封的不锈钢罐中，充以氩气，使它们与金属镁反应，得到海绵状金属钛。这种多孔的“海绵钛”不能直接使用，还需要在电炉中熔化成液体，才能铸成钛锭。