鈦精煉

簡介

鈦精煉(refining of titanium)是指除去鈦及鈦(或鈦合金)廢料中的雜質，產出純度符合用戶要求的純鈦的過程，為金屬鈦生產的一個步驟。工業上常用的方法有電解精煉、熱法精煉和碘化精煉。前兩種方法主要用於精煉海綿鈦和不合格鈦錠以及在加工過程中污染嚴重的殘鈦，後者用於製取高純鈦。

將含雜質的鈦或其合金作為可溶性陽極，以銅棒(或板)作為陰極，在NaCl或NaCl-KCl熔鹽電解質中進行電解製取純鈦的過程。在電解過程中，陽極發生鈦的電溶解反應。

鈦以低價形式進入熔鹽中，不溶解的雜質則殘留在陽極中或沉積在電解槽底部。與此同時，陰極上則發生低價鈦的電還原反應，金屬鈦以結晶形態在陰極上析出。

鈦在電解質內的離子濃度為3%-6%，其平均價為2.2-2.3。初始陰極電流密度為0.5-1.5A/cm，陽極電流密度小於4.5A/cm，電解溫度為1073-1123K。

電解精煉對除去鈦中氧、氮等氣體雜質的效果較好，也能有效地除去矽、碳和電極電位比鈦正的鐵、鎳、錫、鉬等金屬雜質。但對除電極電位與鐵相近的鋁、釩、錳等雜質的效果較差。

鈦渣直接用鋁熱還原法製得的粗鈦。或以碳還原製得的碳化鈦也可用電解精煉法除去雜質。電解精煉設備簡單並且有一定的生產能力，產品純度高，是粉末冶金用鈦粉生產方法之一，成本比碘化法低。

為前蘇聯科技人員研究成功，其工藝過程包括兩個階段：第一階段為氯化過程。即將鈦或鈦合金廢料與TiCl₄反應製成含低價鈦化合物的熔鹽，第二階段為還原過程，即用鎂或鈉作還原劑。將熔量中的低價氯化鈦還原為鐵。

第一階段在氯化器中進行。氯化結束後，在熔鹽中生成含有20%-24%鈦的低價氯化物，製取含鈦熔鹽的過程能有效地除去與氯的化學親和勢較小的金屬與非金屬雜質(鐵、鎳、鉻、矽)以及氣體雜質(氧、氮)等。大約還有15%的廢料沒有參加反應，可送往氯化工序製取四氯化鈦。

第二階段在鎂熱還原法生產海綿鈦的還原設備中進行。還原溫度為1473-1093K。還原過程中定期將氯化鈉或氯化鎂從反應罐中排出，送至電解車間生產鎂。還原結束後進行真空蒸餾，獲得合格海綿鈦。

熱法精煉鈦合金廢料時，一些合金元素(錳、釩、鋁)也同時進入精鍊金屬中，因而產品只能用於生產鐵合金。布氏硬度200-400的原料經熱法精煉後，可獲得優質海綿鈦，其布氏硬度為95-110。

熱法精煉的優點是可利用現有的鎂熱還原生產設備，產量大，成本低。此外，該法還可以處理小塊和粉狀鐵廢料，回收率比電解精煉法高。

碘化精煉利用碘化鈦熱分解反應將含雜質的鈦精煉為高純鈦的過程。產品純度在99.9%以上。