鎂還原四氯化鈦法制備泡沫鈦纖維材料的工藝研究

王 旭

（遵義鈦業(yè)股份有限公司，貴州遵義 563004）

泡沫鈦是具有三維纖維狀的一種新型金屬材料。泡沫鈦纖維材料，具有耐高溫、超輕、低密度（0.5 g／cm3）、比面積極大（5 000 m2／m3）、導(dǎo)熱率好（14 W／m·K）、透氣性好的特點(diǎn)。同時(shí)，泡沫鈦為三維珊瑚狀多孔纖維材料，纖維形態(tài)特殊，表面覆蓋鈦氧化膜（TiO2），具有催化凈化活性，珊瑚狀多孔纖維具有強(qiáng)大的裝載能力和捕捉過(guò)濾顆粒物的能力，是新型金屬催化載體最優(yōu)良的關(guān)鍵材料。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料及試劑

試驗(yàn)用原料及試劑主要采用液體金屬鎂、高純四氯化鈦和氬氣。

1.2 試驗(yàn)方法

研究采用克勞爾法金屬鎂還原四氯化鈦制備泡沫鈦，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 泡沫鈦的生產(chǎn)工藝流程圖

泡沫鈦纖維材料是在傳統(tǒng)海綿鈦生產(chǎn)工藝過(guò)程中，由于壓力、溫度、冷凝時(shí)間等多種參數(shù)變化情況下，產(chǎn)生的具有三維纖維狀的一種新型金屬泡沫材料。

2 泡沫鈦纖維材料產(chǎn)生的機(jī)理

2.1 泡沫鈦生成原理

精鎂還原四氯化鈦法生產(chǎn)泡沫鈦，在反應(yīng)器容器中在氬氣的保護(hù)環(huán)境下，向不銹鋼反應(yīng)器容器內(nèi)加入氣體四氯化鈦，使四氯化鈦與一次性加入的熔融鎂發(fā)生還原置換反應(yīng)，生成主產(chǎn)品泡沫鈦及副產(chǎn)品液體氯化鎂，主要反應(yīng)式為：

TiCl4═+2Mg Ti+2MgCl2

還原過(guò)程是氣相（TiCl4）、液相（Mg和 MgCl2）和固相（Ti）三相共存的多相體系，在還原過(guò)程中還伴隨著其它物質(zhì)的汽化（TiCl4→TiCl4）、吸附、擴(kuò)散、溶解、結(jié)晶的過(guò)程，吸附是泡沫鈦毛細(xì)孔吸附液體鎂和液體氯化鎂，擴(kuò)散是泡沫鈦毛細(xì)孔內(nèi)吸附的鎂向外擴(kuò)散，溶解是低價(jià)物TiCl2、TiCl3溶解在氯化鎂熔體內(nèi)與泡沫鈦晶粒等各種物理化學(xué)過(guò)程。……