鈦材的生產工藝和在工業上的應用

許芳芳 孟慶松 尤長升 劉曉鵬 張超杰 史勇春

摘 要：化工設備防腐操作，是社會生產環節最優化調節與科學性運用的步驟之一。基于此，本文以山東天力能源股份有限公司為例，通過材設備程序開發需求、專業防腐技術等方面，探究化工干燥設備的材料選用及其防腐蝕措施方法，以達到把握化工設備運用要點，促進國內化工產業技術進步的目的。

關鍵詞：鈦材;生產工藝;工業應用

化工生產加工技術得以不斷優化，能夠降低資源利用率，保障生產安全性。為了進一步加強化工企業內部資源管理工作，技術人員應充分結合生產設備制備資源優勢，做好有序的資源運用防護工作，方可實現做好企業內部資源管理工作的效果。

一、金屬鈦的來源

金屬鈦以鈦礦石的形成藏于地殼中，其蘊藏量極為豐富，約有15.2億噸。鈦的儲量在各元素中占第9位，在金屬元素中僅次于鋁、鐵、鎂而排列在第4位。我國鈦儲量約為4.8億噸，居世界之首位，這為我國開展鈦的應用研究提供了極為有利的條件。

二、鈦材的生產工藝

常溫下鈦不和非金屬、強酸反應，紅熱時卻能與常見的非金屬單質反應。鈦是航空、軍工、電力等方面的必需原料。目前大規模生產鈦的方法是：第一步，金紅石（主要成分TiO2）、炭粉混合在高溫條件下通入氯氣制得TiCl4和一種可燃性氣體。該反應的化學方程式為TiO2+2C+2Cl2==高溫==TiCl4+2CO，該反應的還原劑是碳。第二步，在氬氣的氣氛中，用過量的鎂在加熱條件下與TiCl4反應制得金屬鈦。該反應的化學方程式為2Mg+TiCl4==高溫==2MgCl2+Ti，先使用水溶解氯化鎂除去產物中的氯化鎂雜質，然后利用鈦常溫下不與酸反應的性質，把混合物放入足量稀鹽酸，除去產物中過量的鎂，最后洗滌干燥即得較為純凈的金屬鈦.

鈦白在自然界中以金紅石礦存在.目前大規模生產鈦的方法是：

第一步：首先將金紅石、炭粉混合，在高溫條件下通入氯氣制得TiCl4;

第二步：在氮氣氛圍中用過量的鎂在加熱條件下與TiCl4反應制得金屬鈦.

（1）已知：

①C（s）+O2（g）=CO2（g）

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）

③TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（s）+O2（g）

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

從上述所得產物中獲得純凈金屬鈦的主要步驟：

納米TiO2可通過TiCl4水解制備：TiCl4+4NH3+（n+2）H2OTiO2·nH2O+4NH4Cl。

過程為：在冰水浴強力攪拌下，將一定量的TiCl4滴加到溶有HCl和（NH4）2SO4的冰的TiCl4水溶液中，控制TiCl4濃度為1.1mol/L時撤去冰浴，逐步升溫到95℃，恒溫水解1h后，滴加氨水，調節溶液pH約為6，自然冷卻后過濾，產物經水洗至無Cl-和SO42-后，再用乙醇洗滌3遍，高溫煅燒2h制備納米TiO2。

普通鈦白的化學制法通常是硫酸法.首先使磨細的鈦鐵礦用濃硫酸在不斷地通入空氣攪拌的條件下進行反應，制得可溶性二水合硫酸氧鹽，其反應方程式：FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4·2H2O;趁熱過濾，所得濾液叫鈦液，加熱鈦液，促進水解，制得一水合二氧化鈦沉淀（TiO2·H2O）;然后在1173K～1223K煅燒即得普通鈦白。

三、鈦材的應用

鈦是一種輕金屬，近幾十年來已成為新一代的先進材料。世界上鈦市場，仍然與傳統空間和工業使用為主，除了鈦光（4.5的比例，遠低于7.8—8.1）鋼的屬性，其他如：傳導，耐熱性，耐蝕性也因為它的更好地性能和獨特的目的，如：使用管/摩托車排氣管的冷凝器、海水淡化是鈦的應用非常成功。

（一）鈦在電子產品中的應用

根據當前信息電子應用金屬底盤組件，包括鈦合金鈦由于其高強度、高耐腐蝕性能和良好的表面紋理，看起來應該是非常適合便攜式電子產品外殼材料的信息，已深深材料，其應用也在不斷地高階產品應用實例，如：照相機，筆記本電腦，手機外殼，等等）。但由于鈦的高成本的直接結果處理產品價格也較高，手機外殼，例如，如果工程塑料制造，產品一套完整的手機情況下通常只有3到5美元（新臺幣100元-170）可以完全覆蓋，鈦/鈦合金產品價格每一塊新臺幣150元以上，不僅遠高于鋁合金產品，和相對高的鎂合金產品，是目前所有普通結構材料中最高的。因此，在3C產品中，鈦通常只用于高端3C產品，如高端手機/筆記本電腦、高端相機、紀念品等高端產品，這是鈦/鈦合金產品受歡迎的最大原因。目前，盡管鈦合金專家在世界各地正盡全力學習，沒有好的配方降低鈦/鈦合金產品的價格，所以很難看到鈦應用的一個重要發展在短期到中期產品供給。

（二）鈦在鹽礦上的應用

湘澧鹽礦規劃出產能為年產30萬噸精鹽，3萬噸芒硝。1977年3月份開端，運用鈦材制作制鹽、提硝設備和鹽漿管道，并在出產上正式運用，不只延長了設備運用壽命，減少了設備換修次數，降低了出產成本，并且改進了出產條件，提高了鹽硝質量，獲得了顯著的經濟效益。湘澧鹽礦屬硫酸鈉型鹽礦，出產用質料鹵水，首要成分是氯化鈉、硫酸鈉。除出產真空鹽外，為保證鹽質，還要提取芒硝。原規劃因受其當時條件約束，沒有更多地從質料上考慮防腐問題，所以出產的首要設備及工藝配管，大多選用碳鋼。1975年3月鹽礦領導到輕工部請示匯報，在評論會上食物局鹽處的同志介紹了冶金部有色金屬研討院關于鈦材民用推行經歷，并主張研討試用。9月中旬，鹽礦建立了鈦材領導小組，擬定了作業方案，收集了有關技能資料。冶金部將湘澧鹽礦列為真空制鹽工業推行運用鈦材重點單位，并去函冶金部廣州有色金屬研討院，請他們在技能上予以協助。在此基礎上，鹽礦提出50噸鈦材運用訂購方案，并與寶雞有色金屬加工廠、簽訂了鈦管、鈦板及鈦鑄件訂購合同。為鈦材的試用作業發明了較好的物質與技能條件。

1977年頭，鹽礦建立鈦設備制作專門出產班組，經過共同努力，先后制作了鈦材蒸騰器5臺，預冷器4臺，預熱器6臺，加工了鈦冷凍泵4臺，鈦葉輪、鈦彎頭、鈦法蘭上百件，安裝了各種不同管徑的鈦鹽漿管440米，連續投入出產運轉，從七七年三月份起，鈦材就在鹽、硝出產中正式推行了。選用鈦材的依據據資料報道及有關出國考察報告介紹，國外真空制鹽設備上首要選用不銹鋼316L和蒙耐爾合金作為耐腐蝕材料，運用作用杰出。美國、日本和西歐各國還很多運用工業純鈦制作各種海水淡化設備，耐氯化物溶液腐蝕的各種換熱器。因為：（1）實驗室及出產實踐證明鈦的耐腐蝕性強，這是由于它對5氧的親和力特別大，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，可保護鈦不受介質腐蝕。金屬鈦在大多數水溶液中，都能在表面生成鈍化氧化膜。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩定性，比現有的不銹鋼和其他有色金屬的耐腐蝕性都好，甚至可與鉑比美。（2）鈦在高流速的介質中（含氯化鈉）也具有很高的耐腐蝕性，因為鈦具有敏捷修正其保護性氧化膜的才能，所以鈦的耐腐蝕功能極強。（3）鈦在硫酸鈉溶液中和氣、中的耐腐蝕功能也是杰出的，在各種溫度、濃度下腐蝕速度小于0.13mm/年。（4）工業純鈦對觸摸腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等都不靈敏。（5）鈦因為表面氧化膜的浸潤性很差，表面潤滑而又無腐蝕，因此表面不易結垢，比其他金屬要好。盡管鈦的導熱系數與不銹鋼類似（導熱系數為14千卡/平方、小時、℃），但鈦耐腐蝕性好，能夠挑選更薄的管壁，表面不易結垢，一般不會生成阻礙傳熱的膜狀塵垢物，所以鈦的傳熱功率是很高的。

（三）鈦和鈦的合金大量用于航空工業，有“空間金屬”之稱;另外，在造船工業、化學工業、制造機械部件、電訊器材、硬質合金等方面有著日益廣泛的應用

鈦合金制成飛機比其他金屬制成同樣重的飛機多載旅客100多人。制成的潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80%。同時，鈦無磁性，不會被水雷發現，具有很好的反監護作用。

鈦具有“親生物”性。在人體內，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用于制醫療器械，制人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環包在這些“鈦骨”上時，這些鈦骨就開始維系著人體的正常活動。鈦在人體中分布廣泛，正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg，其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細胞，使免疫力增強這一作用已被證實。

四、結論

綜上所述，化工干燥設備的材料選用及其防腐蝕措施思考，是社會產業優化配置與科學性調整的理論歸納。在此基礎上，本文通過磷化防腐蝕工藝、酸洗防腐蝕策略、靜電粉末防護策略、設備日常生產環節防腐蝕準備等方面，對如何做好化工干燥設備防腐工作進行策略研究。因此，文章研究結果，將為國內化工生產技術、生產手段的長效性開發提供新思路。

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[4]王運峰，何蕾，郭薇.飛機用鈦材的發展.科技風，2015.

作者簡介：許芳芳（1982—），女，漢族，山東威海人，本科，工程師，研究方向：干燥工藝和干燥設備。