用國(guó)際鈦粉 鈦設(shè)備、鈦盤(pán)管、鈦換熱器、鈦反應(yīng)釜、鈦蒸發(fā)器公司生產(chǎn)的高純粉末製成的高品質(zhì)零件的利息僅占目前用機(jī)加工或用粉末成型的方法加工本錢(qián)的很小的一個(gè)百分?jǐn)?shù)。該粉末可做為幾種近凈成型技術(shù)如鐳射堆積和金屬噴射造型的選用資料。

　　鈦加工技術(shù)

　　鈦具有獨(dú)特的性能：低密度、高比強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、超強(qiáng)耐蝕性。鈦?zhàn)鰹橐环N結(jié)構(gòu)金屬，地殼中的含量排在第四位，僅次於鐵、鋁、鎂，比鎳、銅、鉻、鉛、錫和鋅的總和還多。然而，當(dāng)前的鈦生產(chǎn)體系卻是非常復(fù)雜的且成本高。鈦之所以高貴是因?yàn)槟壳皬牡V石到金屬的精煉過(guò)程是一個(gè)多步驟、高溫批次處置過(guò)程。本文將首先講述當(dāng)前的鈦技術(shù)，然后討論四種最有希望降低鈦成本的方法。這些方法包括克羅爾、亨特、劍橋和阿姆斯壯法。

　　1.當(dāng)前的鈦萃取法

　　目前鈦金屬的生產(chǎn)都是從金紅石TiO2開(kāi)始的金紅石與石油焦碳一起，1000℃（1830℉）溫度下，於流化床反應(yīng)器中進(jìn)行氯化處理，以生產(chǎn)TiCl4

　　TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO2

　　鈦的生產(chǎn)也可從其他低成本的資料開(kāi)始，如鈦鐵礦或礦渣，但它含有更多的鐵和其他雜質(zhì)。對(duì)液態(tài)TiCl4進(jìn)行提純，且約90%TiCl4氧化成TiO2用於顏料工業(yè)。

　　TiCl4所有商業(yè)化過(guò)程的一個(gè)起點(diǎn)。從TiCl4開(kāi)始的兩個(gè)主要原因是①TiCl4純度高，②鈦與氧分離了

　　2.克羅爾法

　　目前使用的克羅爾法與杜邦公司1948年研製出的方法相比沒(méi)有多少改變，主要包括以下方法。將干的清潔的不銹鋼蒸器抽真空，並充氬。再將用於還原TiCl4鎂引入蒸器。將蒸器加熱至800℃～900℃（1470℃℉～1650℉）然后將TiCl4慢慢地送入蒸器。鎂還原TiCl4反應(yīng)式如下：

　　TiCl4+2MgTi+2MgCl2

　　隨著還原的進(jìn)行，MgCl2週期性地分流出。幾天之后，取決於蒸器的尺寸，反應(yīng)停止，蒸器壓力上升。此時(shí)，約30%鎂仍未反應(yīng)。形成一種類似海綿狀的多孔物質(zhì)的鈦金屬。

　　現(xiàn)在蒸器中有鈦金屬（海綿鈦）未反應(yīng)的鎂和一些MgCl2這些雜質(zhì)可由浸出或真空蒸餾法去除。真空蒸餾法通過(guò)提高蒸器的溫度和在真空下除去了未反應(yīng)的鎂和MgCl2而剩下了海綿鈦。然后反應(yīng)器打開(kāi)，取出鈦。將海綿鈦剪成0.6cm0.25塊，加入合金化金屬，也有可能是一些鈦殘料，然后熔煉成錠。為保證均勻性和去除夾渣，錠要再熔一次或兩次以上。

　　從一開(kāi)始，就有人批評(píng)克羅爾法成本高、效率低。一種成批步驟，其中有許多勞動(dòng)強(qiáng)度大。然而，50年后儘管有多種新工藝產(chǎn)生，但沒(méi)有一種能替代它 鈦設(shè)備、鈦盤(pán)管、鈦換熱器、鈦反應(yīng)釜、鈦蒸發(fā)器事實(shí)上，克羅爾法做了很少的改變。主要的區(qū)別就是蒸器的尺寸變大了同一反應(yīng)器中進(jìn)行鎂還原和真空蒸餾。

　　亨特法與克羅爾法非常相像，只是鎂被換成了鈉。即使方法類似，但亨特法利息略高一些，因而，亨特法目前僅用於小批量、特殊高純度粉末的生產(chǎn)。

　　人們對(duì)克羅爾法做的理論研究較少，因而有許多人們要學(xué)的東西。最近Okabe等人所做的一些工作表明，克羅爾和亨特反應(yīng)可被解釋為一種電氣化學(xué)反應(yīng)。更好地瞭解克羅爾法，有助於人們對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。有可能做出的改進(jìn)也許包括減少過(guò)多的鎂用量，或減少由於壁上的污染造成鈦等級(jí)下降的數(shù)量，或更好地控制氮化物夾渣。甚至有可能改進(jìn)克羅爾法或亨特法，使它能連續(xù)。

　　若想對(duì)克羅爾法進(jìn)行革命性地改善，以大大降低其價(jià)格似乎不大可能，但可通過(guò)逐步做一些小的變化也能降低鈦的本錢(qián)。

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　　3.電解法

　　1953年，克羅爾預(yù)言在15年后將使用電解法來(lái)生產(chǎn)鈦。但為什么經(jīng)過(guò)50多年仍沒(méi)有商業(yè)化電解鈦廠建成呢？

　　人們一直指望電解法能夠像Hall-Heroult法的引入大大降低鋁的生產(chǎn)利息那樣帶來(lái)同樣的影響。Hall-Heroult之前，鋁用鈉還原，利息比金還貴。然而，由於鈦與鋁的差別較大，使電解法生產(chǎn)鈦更困難。

　　一方面，鈦的熔點(diǎn)是1000℃（1800℉）高於鋁的因此，目前為止，所有電解法生產(chǎn)的固態(tài) 鈦設(shè)備、鈦盤(pán)管、鈦換熱器、鈦反應(yīng)釜、鈦蒸發(fā)器有枝狀組織，並由於拖延而遭成電解液損失。電解浴中，鋁僅有一個(gè)穩(wěn)態(tài)的化合價(jià)，而鈦有兩個(gè)。這種多重化合價(jià)狀態(tài)引起電子效率的損失。但主要問(wèn)題是電解法可能不比克羅爾法便宜，因?yàn)閮烧叨际情_(kāi)始於TiCl4一些經(jīng)濟(jì)分析標(biāo)明，電解法比克羅爾法應(yīng)能有所節(jié)省。但一些公司進(jìn)行的試驗(yàn)規(guī)模的生產(chǎn)卻沒(méi)能證明這一點(diǎn)。

　　電解法已成為電萃取研究的一個(gè)主要領(lǐng)域。但從未進(jìn)行過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)。實(shí)際情況是大家都花了成百上千的美金建立實(shí)驗(yàn)性工廠，然后又放棄了這些項(xiàng)目。

　　局部原因是由於，一個(gè)工藝的開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)於鈦市場(chǎng)週期，沒(méi)有一家實(shí)驗(yàn)性工廠在市場(chǎng)低迷時(shí)期能倖免。另一個(gè)原因可能是鈦市場(chǎng)增長(zhǎng)較緩。事實(shí)上，商業(yè)化生產(chǎn)商也在減少。1958年時(shí)，美國(guó)至少有6家公司生產(chǎn)海綿鈦，而目前僅有Timet一家。也有人爭(zhēng)論說(shuō)，電解法利息永遠(yuǎn)不會(huì)比克羅爾法低。

　　鈦可採(cǎi)用電解法進(jìn)行生產(chǎn)，問(wèn)題是經(jīng)濟(jì)性。GTTMarcoGinatta繼續(xù)使用氯化法，並已在義大利的Torino建立了一個(gè)大型實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)廠。也許有一天工業(yè)化電解廠能代替克羅爾生產(chǎn)廠，但開(kāi)始於TiCl4電解法要想大大降低鈦價(jià)格看來(lái)是不大可能的

　　4.FFC劍橋法

　　另一種是劍橋大學(xué)DerekFray宣佈的一種更激進(jìn)的電解還原方法，給人們帶來(lái)振奮。此方法中，TiO2被壓制成顆粒，然后在950℃（1740℉）氯化鈣（CaCl2浴中作陰極，用石墨電極作陽(yáng)極。當(dāng)通入電流時(shí)，氧被電離並溶解於CaCl2浴中。由於單價(jià)氧在溶液中，消除了二價(jià)鈦離子的問(wèn)題。這種方法生產(chǎn)的鈦僅含氧60ppm規(guī)模為公斤級(jí)。

　　該方法開(kāi)始于金紅石，因而理論上鈦的生產(chǎn)利息應(yīng)大大降低。然而，金紅石不是純的TiO2必需找到能代替用氯化來(lái)進(jìn)行凈化的方法。另外，原因之一是氯化法要從氧中分離出鈦。以前許多生產(chǎn)低氧含量鈦的工作都失敗了

　　要使該過(guò)程能順利進(jìn)行，不只要求TiO2電解要成功，還要找到不太貴的純TiO2貨源。從小規(guī)模生產(chǎn)到噸級(jí)的工業(yè)化過(guò)程還有很長(zhǎng)的路要走。因?yàn)樵摲椒ň哂写蟠蠼档外伋杀镜臐摿Γ档萌藗內(nèi)パ芯俊?/div>