文档介绍：第一章钛行业概述
第一节钛的特性
钛是一种金属元素,灰色,原子序数22,。能在氮气中燃烧,熔点高。钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料,主要用于航天工业。
一. 物理性质
-(20℃),高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首,是不锈钢的3倍,。熔点1668±4℃沸点3260±20℃,临界温度4350℃,临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差,近似或略低于不锈钢,钛具有超导性,纯钛的超导临界温度为 -。金属钛是顺磁性物质,。钛具有可塑性,高纯钛的延伸率可达50-60%,断面收缩率可达70-80%,但强度低,不宜作结构材料。钛中杂质的存在,对其机械性能影响极大,特别是间隙杂质(氧、氮、碳)可大大提高钛的强度,显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能,就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。
二. 化学性质
,钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜,这层氧化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应,只能与氢氟酸等少数几种物质发生反应,但温度增加时钛活性迅速增加。
,能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合,还能从部分金属氧化物(比如氧化铝)中夺取氧。在较高的温度下,钛可与许多元素和化合物发生反应。钛的冶炼过程一般都在800℃以上的高温下进行,因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。各种元素,按其与钛发生不同反应可分为四类:第一类:卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物;第二类:过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体;第三类:锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体;第四类:惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素(除钪外),锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。
:氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成四氟化钛,不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜,可防止氟化氢浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强溶剂。即使是浓度为1%的氢氟酸,也能与钛发生激烈反应;无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应,仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。
:氯化氢气体能腐蚀金属钛,干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成四氯化钛TiCl4;浓度<5%的盐酸在室温下不与钛反应,20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3;当温度长高时,即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物,如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠和NH4离子及其水溶液,都不与钛发生反应,钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。
:钛与5%的硫酸有明显的反应,在常温下,约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快,当浓度大于40%,达到60%时腐蚀速度反而变慢,80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛,加热的浓硫酸可被钛还原,生成二氧化硫。常温下钛与硫化氢反应,在其表面生成一层保护膜,可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下,硫化氢与钛反应析出氢,粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物,在900℃时反应产物主要为硫化钛TiS,1200℃时为三硫化二钛Ti2S3。
: 致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性,这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜,但是表面粗糙,特别是海绵钛或粉末钛,可与次、热稀硝酸发生反应,高于70℃的浓硝酸也可与钛发生反应;常温下,钛不与王水反应。温度高时,钛可与王水反应生成TiCl2。
综上所述,钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的,但粉末钛在空气中可引起自燃。
第二节钛矿物原料特点
钛是地壳中分布最广的元素之一,%,列居第9位,而钛资源则仅次于铁、铝、镁而列居第4位。钛是典型的亲石元素,以氧化物矿物出现。地壳中含二氧化钛在1%以上的矿物有80余种,具有工业价值的有15种,它们既有原生的岩矿,也有次生的风化残坡积及沉积砂矿。其主要矿物为锐钛矿、板钛矿、钛铁矿、钙钛矿、金红石、榍石及大部分铁矿石。这些矿物中,、目前只有金红石、钛铁矿和钛磁铁矿具有经济价值。
一. 金红石
金红石是较纯的二氧化钛矿物,是提炼钛的优质矿物原料,但其在地壳中储量较少。它具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、小比重等优异性能,被广泛用于军工航空、航天、航海、机械、化工、海水淡化等方面。
金红石显微针状晶体常被包裹于石英、金云母、刚玉等晶体中,尤其在刚玉中呈六射星形分布形成星光红宝石和星光蓝宝石。金红石二氧化钛是一种性能优异的白色颜料,由于其出色的性