钛材的生产工艺和在工业上的应用

2023.02.16

许芳芳孟庆松尤长升刘晓鹏张超杰史勇春

摘要：化工设备防腐操作，是社会生产环节最优化调节与科学性运用的步骤之一。基于此，本文以山东天力能源股份有限公司为例，通过材设备程序开发需求、专业防腐技术等方面，探究化工干燥设备的材料选用及其防腐蚀措施方法，以达到把握化工设备运用要点，促进国内化工产业技术进步的目的。

关键词：钛材;生产工艺;工业应用

化工生产加工技术得以不断优化，能够降低资源利用率，保障生产安全性。为了进一步加强化工企业内部资源管理工作，技术人员应充分结合生产设备制备资源优势，做好有序的资源运用防护工作，方可实现做好企业内部资源管理工作的效果。

一、金属钛的来源

金属钛以钛矿石的形成藏于地壳中，其蕴藏量极为丰富，约有15.2亿吨。钛的储量在各元素中占第9位，在金属元素中仅次于铝、铁、镁而排列在第4位。我国钛储量约为4.8亿吨，居世界之首位，这为我国开展钛的应用研究提供了极为有利的条件。

二、钛材的生产工艺

常温下钛不和非金属、强酸反应，红热时却能与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。目前大规模生产钛的方法是：第一步，金红石（主要成分TiO2）、炭粉混合在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2==高温==TiCl4+2CO，该反应的还原剂是碳。第二步，在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。该反应的化学方程式为2Mg+TiCl4==高温==2MgCl2+Ti，先使用水溶解氯化镁除去产物中的氯化镁杂质，然后利用钛常温下不与酸反应的性质，把混合物放入足量稀盐酸，除去产物中过量的镁，最后洗涤干燥即得较为纯净的金属钛.

钛白在自然界中以金红石矿存在.目前大规模生产钛的方法是：

第一步：首先将金红石、炭粉混合，在高温条件下通入氯气制得TiCl4;

第二步：在氮气氛围中用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛.

（1）已知：

①C（s）+O2（g）=CO2（g）

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）

③TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（s）+O2（g）

则TiO2（g）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（s）+2CO（g）。

从上述所得产物中获得纯净金属钛的主要步骤：

纳米TiO2可通过TiCl4水解制备：TiCl4+4NH3+（n+2）H2OTiO2·nH2O+4NH4Cl。

过程为：在冰水浴强力搅拌下，将一定量的TiCl4滴加到溶有HCl和（NH4）2SO4的冰的TiCl4水溶液中，控制TiCl4浓度为1.1mol/L时撤去冰浴，逐步升温到95℃，恒温水解1h后，滴加氨水，调节溶液pH约为6，自然冷却后过滤，产物经水洗至无Cl-和SO42-后，再用乙醇洗涤3遍，高温煅烧2h制备纳米TiO2。

普通钛白的化学制法通常是硫酸法.首先使磨细的钛铁矿用濃硫酸在不断地通入空气搅拌的条件下进行反应，制得可溶性二水合硫酸氧盐，其反应方程式：FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4·2H2O;趁热过滤，所得滤液叫钛液，加热钛液，促进水解，制得一水合二氧化钛沉淀（TiO2·H2O）;然后在1173K～1223K煅烧即得普通钛白。

三、钛材的应用

钛是一种轻金属，近几十年来已成为新一代的先进材料。世界上钛市场，仍然与传统空间和工业使用为主，除了钛光（4.5的比例，远低于7.8—8.1）钢的属性，其他如：传导，耐热性，耐蚀性也因为它的更好地性能和独特的目的，如：使用管/摩托车排气管的冷凝器、海水淡化是钛的应用非常成功。

（一）钛在电子产品中的应用

根据当前信息电子应用金属底盘组件，包括钛合金钛由于其高强度、高耐腐蚀性能和良好的表面纹理，看起来应该是非常适合便携式电子产品外壳材料的信息，已深深材料，其应用也在不断地高阶产品应用实例，如：照相机，笔记本电脑，手机外壳，等等）。但由于钛的高成本的直接结果处理产品价格也较高，手机外壳，例如，如果工程塑料制造，产品一套完整的手机情况下通常只有3到5美元（新台币100元-170）可以完全覆盖，钛/钛合金产品价格每一块新台币150元以上，不仅远高于铝合金产品，和相对高的镁合金产品，是目前所有普通结构材料中最高的。因此，在3C产品中，钛通常只用于高端3C产品，如高端手机/笔记本电脑、高端相机、纪念品等高端产品，这是钛/钛合金产品受欢迎的最大原因。目前，尽管钛合金专家在世界各地正尽全力学习，没有好的配方降低钛/钛合金产品的价格，所以很难看到钛应用的一个重要发展在短期到中期产品供给。

（二）钛在盐矿上的应用

湘澧盐矿规划出产能为年产30万吨精盐，3万吨芒硝。1977年3月份开端，运用钛材制作制盐、提硝设备和盐浆管道，并在出产上正式运用，不只延长了设备运用寿命，减少了设备换修次数，降低了出产成本，并且改进了出产条件，提高了盐硝质量，获得了显著的经济效益。湘澧盐矿属硫酸钠型盐矿，出产用质料卤水，首要成分是氯化钠、硫酸钠。除出产真空盐外，为保证盐质，还要提取芒硝。原规划因受其当时条件约束，没有更多地从质料上考虑防腐问题，所以出产的首要设备及工艺配管，大多选用碳钢。1975年3月盐矿领导到轻工部请示汇报，在评论会上食物局盐处的同志介绍了冶金部有色金属研讨院关于钛材民用推行经历，并主张研讨试用。9月中旬，盐矿建立了钛材领导小组，拟定了作业方案，收集了有关技能资料。冶金部将湘澧盐矿列为真空制盐工业推行运用钛材重点单位，并去函冶金部广州有色金属研讨院，请他们在技能上予以协助。在此基础上，盐矿提出50吨钛材运用订购方案，并与宝鸡有色金属加工厂、签订了钛管、钛板及钛铸件订购合同。为钛材的试用作业发明了较好的物质与技能条件。

1977年头，盐矿建立钛设备制作专门出产班组，经过共同努力，先后制作了钛材蒸腾器5台，预冷器4台，预热器6台，加工了钛冷冻泵4台，钛叶轮、钛弯头、钛法兰上百件，安装了各种不同管径的钛盐浆管440米，连续投入出产运转，从七七年三月份起，钛材就在盐、硝出产中正式推行了。选用钛材的依据据资料报道及有关出国考察报告介绍，国外真空制盐设备上首要选用不锈钢316L和蒙耐尔合金作为耐腐蚀材料，运用作用杰出。美国、日本和西欧各国还很多运用工业纯钛制作各种海水淡化设备，耐氯化物溶液腐蚀的各种换热器。因为：（1）實验室及出产实践证明钛的耐腐蚀性强，这是由于它对5氧的亲和力特别大，能在其表面上生成一层致密的氧化膜，可保护钛不受介质腐蚀。金属钛在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其他有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。（2）钛在高流速的介质中（含氯化钠）也具有很高的耐腐蚀性，因为钛具有敏捷修正其保护性氧化膜的才能，所以钛的耐腐蚀功能极强。（3）钛在硫酸钠溶液中和气、中的耐腐蚀功能也是杰出的，在各种温度、浓度下腐蚀速度小于0.13mm/年。（4）工业纯钛对触摸腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等都不灵敏。（5）钛因为表面氧化膜的浸润性很差，表面润滑而又无腐蚀，因此表面不易结垢，比其他金属要好。尽管钛的导热系数与不锈钢类似（导热系数为14千卡/平方、小时、℃），但钛耐腐蚀性好，能够挑选更薄的管壁，表面不易结垢，一般不会生成阻碍传热的膜状尘垢物，所以钛的传热功率是很高的。

（三）钛和钛的合金大量用于航空工业，有“空间金属”之称;另外，在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用

钛合金制成飞机比其他金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。

钛具有“亲生物”性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg，其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实。

四、结论

综上所述，化工干燥设备的材料选用及其防腐蚀措施思考，是社会产业优化配置与科学性调整的理论归纳。在此基础上，本文通过磷化防腐蚀工艺、酸洗防腐蚀策略、静电粉末防护策略、设备日常生产环节防腐蚀准备等方面，对如何做好化工干燥设备防腐工作进行策略研究。因此，文章研究结果，将为国内化工生产技术、生产手段的长效性开发提供新思路。

参考文献：

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[4]王运峰，何蕾，郭薇.飞机用钛材的发展.科技风，2015.