用國際鈦粉 鈦設(shè)備、鈦盤管、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加工或用粉末成型的方法加工本錢的很小的一個百分數(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)

　　鈦具有獨特的性能：低密度、高比強度、高溫強度、超強耐蝕性。鈦做為一種結(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。鈦之所以高貴是因為目前從礦石到金屬的精煉過程是一個多步驟、高溫批次處置過程。本文將首先講述當前的鈦技術(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.當前的鈦萃取法

　　目前鈦金屬的生產(chǎn)都是從金紅石TiO2開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始，如鈦鐵礦或礦渣，但它含有更多的鐵和其他雜質(zhì)。對液態(tài)TiCl4進行提純，且約90%TiCl4氧化成TiO2用於顏料工業(yè)。

　　TiCl4所有商業(yè)化過程的一個起點。從TiCl4開始的兩個主要原因是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，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，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。

　　從一開始，就有人批評克羅爾法成本高、效率低。一種成批步驟，其中有許多勞動強度大。然而，50年后儘管有多種新工藝產(chǎn)生，但沒有一種能替代它 鈦設(shè)備、鈦盤管、鈦換熱器、鈦反應(yīng)釜、鈦蒸發(fā)器事實上，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，有助於人們對其進行改進。有可能做出的改進也許包括減少過多的鎂用量，或減少由於壁上的污染造成鈦等級下降的數(shù)量，或更好地控制氮化物夾渣。甚至有可能改進克羅爾法或亨特法，使它能連續(xù)。

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

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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生產(chǎn)鈦。但為什么經(jīng)過50多年仍沒有商業(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，鋁僅有一個穩(wěn)態(tài)的化合價，而鈦有兩個。這種多重化合價狀態(tài)引起電子效率的損失。但主要問題是電解法可能不比克羅爾法便宜，因為兩者都是開始於TiCl4一些經(jīng)濟分析標明，電解法比克羅爾法應(yīng)能有所節(jié)省。但一些公司進行的試驗規(guī)模的生產(chǎn)卻沒能證明這一點。

　　電解法已成為電萃取研究的一個主要領(lǐng)域。但從未進行過工業(yè)化生產(chǎn)。實際情況是大家都花了成百上千的美金建立實驗性工廠，然后又放棄了這些項目。

　　局部原因是由於，一個工藝的開發(fā)時間長於鈦市場週期，沒有一家實驗性工廠在市場低迷時期能倖免。另一個原因可能是鈦市場增長較緩。事實上，商業(yè)化生產(chǎn)商也在減少。1958年時，美國至少有6家公司生產(chǎn)海綿鈦，而目前僅有Timet一家。也有人爭論說，電解法利息永遠不會比克羅爾法低。

　　鈦可採用電解法進行生產(chǎn)，問題是經(jīng)濟性。GTTMarcoGinatta繼續(xù)使用氯化法，並已在義大利的Torino建立了一個大型實驗性生產(chǎn)廠。也許有一天工業(yè)化電解廠能代替克羅爾生產(chǎn)廠，但開始於TiCl4電解法要想大大降低鈦價格看來是不大可能的

　　4.FFC劍橋法

　　另一種是劍橋大學(xué)DerekFray宣佈的一種更激進的電解還原方法，給人們帶來振奮。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，用石墨電極作陽極。當通入電流時，氧被電離並溶解於CaCl2浴中。由於單價氧在溶液中，消除了二價鈦離子的問題。這種方法生產(chǎn)的鈦僅含氧60ppm規(guī)模為公斤級。

　　該方法開始于金紅石，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進行凈化的方法。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

　　要使該過程能順利進行，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)到噸級的工業(yè)化過程還有很長的路要走。因為該方法具有大大降低鈦成本的潛力，值得人們?nèi)パ芯俊?/div>