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发表于 2008-8-19 15:50:28
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钛的冶炼
! `+ B+ ~4 t- a- @, ] 钛在1791年被发现,而第一次制得纯净的钛却是在1910年,中间经历了一百余年。原因在于:钛在高温下性质十分活泼,很易和氧、氮、碳等元素化合,要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。
+ C3 I; Q: X) \' K9 R0 @7 g6 h# ] 4 s& F* e/ m# X9 k
工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛,再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿(精矿),发生下面的化学反应:9 i/ }( s3 ~, i6 u/ X" c
. K! ~! i; B5 \$ C! d: F FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O2 X5 m4 Y8 F0 z7 T! y5 g0 W: N, n
FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O
$ s1 l9 V' b7 m ~' h& X FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O: v8 o: k2 f& u0 V. ?
Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O. Z% m" R5 z2 V. u
% Q; V$ e& @& B1 y3 x' N 为了除去杂质Fe2(SO4)3,加入铁屑,Fe3+ 还原为Fe2+,然后将溶液冷却至273K以下,使得FeSO4·7H2O(绿矾)作为副产品结晶析出。
8 E F* s- F5 x+ s; @! D
* Y7 I4 v, [* S2 l, J% y7 c Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀,反应是:' ~6 g& \# W" N% q& z5 l Q
Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4: r3 b/ d4 ]2 j4 {# |
TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4
+ G3 e* B s4 p8 w3 k ( z0 a i& l f, p7 Z" P
锻烧偏钛酸即制得二氧化钛:
( L8 t6 x% _5 U: ^' |* ]( \ H2TiO3 == TiO2+H2O: o) ]" k3 ^/ N9 {6 A" g
' _5 g% M1 q1 t, q1 e, f5 {5 m
工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2(或天然的金红石)和炭粉混合加热至1000~1100K,进行氯化处理,并使生成的TiCl4,蒸气冷凝。6 S! n7 ^, _5 G8 i1 x& o
5 s8 H% A2 ]' @3 ~& j2 ?' f/ f
TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-- W9 h$ y5 F1 O) O& ]
6 _4 s2 Q4 P: } Q- y. ^/ |! { 在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛:
! ^/ z! O" `& P5 j2 d
5 N: l6 i3 K+ S% o, D! ]1 b% x TiCl4+2Mg=2MgC12+Ti
& }8 D: ~. e( x" e ?
3 }$ U! G& d H' M' ^* { 这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼,最后制成各种钛材。7 J4 p. j/ h1 b3 a/ E
! C3 e, ^; ?( n6 b
钛及钛合金的特性、用途% u% u) d1 w5 {+ i$ [; Y
纯钛是银白色的金属,它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/cm3,比钢轻43% ,比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多,比铝大两倍,比镁大五倍。钛耐高温,熔点1942K,比黄金高近1000K ,比钢高近500K。; U* {! ^3 U% d* Z
钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下,钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜,可以抵抗强酸甚至王水的作用,表现出强的抗腐蚀性。因此,一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。 |
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