钛的冶炼tai de yelian

钛矿主要有金红石TiO₂和钛铁矿FeTiO₃，此外还有一些组成复杂的钒钛铁矿。金红石矿含二氧化钛很高(在95%左右)，但天然资源极少，因此钛铁矿是钛的主要来源。钛铁矿开采后，经粉粹、选矿等处理，制得精矿砂后用湿法进行冶炼，冶炼过程如下：
❶ 由钛铁矿制TiO₂有3种方法，其中选择性酸浸法是将精矿砂和80%的硫酸一起加热到343～353K，使精矿砂中的主要成分转化为可溶性硫酸盐，反应式如下：

FeTiO₃+3H₂SO4=Ti(SO₄)₂+FeSO₄+3H₂O
FeTiO₃+2H₂SO₄＝TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O

精矿粉中铁的氧化物也转化成可溶性硫酸盐：

Fe₂O₃+3H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃+3H₂O
FeO+H₂SO₄＝FeSO₄+H₂O

用水或稀硫酸调整浓度，同时加入铁屑，使溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺。然后利用FeSO₄的溶解度随温度变化较大的性质，将溶液冷至273K以下，使FeSO₄·7H₂O结晶析出，经过滤便可将钛与铁分开。除铁后的硫酸钛和硫酸钛酰溶液经水解可得偏钛酸，偏钛酸沉淀经煅烧可得TiO₂:

Ti(SO₄)₂+H₂O=TiOSO₄+H₂SO₄
TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄

此外，制TiO₂的方法还有高钛渣法和选择氯化法。高钛渣法是将钛铁矿、还原剂煤和熔剂一起装入电炉进行冶炼，结果可得含TiO₂较高的高钛渣；选择性氯化法是先将FeO氧化成Fe₂O₃，再添加少量焦炭并与氯气作用可得TiO₂，反应式如下：
Fe₂O₃·TiO₂+1.5C+3Cl₂＝2FeCl₃+1.5CO₂+TiO₂

❷ 由TiO₂制取TiCl₄ TiO₂不易被还原，所以需转化成TiCl₄。将金红石（天然或人工的）或高钛渣和焦炭一起以粉状送入流态化反应炉，从炉的下部鼓入氯气，约1170K时发生如下反应：

TiO₂+2C+2Cl₂＝TiCl₄+2CO

TiCl₄的沸点为409K，可经蒸发、冷凝和化学方法除去铁、钒、硅等的氯化物，从而得到纯净的TiCl₄

❸TiCl₄的还原 还原剂可以是镁或钠。用镁还原时，在钢制的反应器中装入镁，充以惰性气体氩或氦，加热到1023K，然后滴入TiCl₄，可还原得到Ti，反应式如下：

TiCl₄+2Mg=Ti+2MgCl₂

由于反应热的缘故，温度上升到1173K左右时，在器壁上生成海绵状钛，其中混有MgCl₂和Mg，所以需进行真空蒸馏，以除去杂质，制得较纯的钛。

❹ 制成钛锭 海绵状钛可用加压机压缩，在真空电弧炉中熔融，海绵状钛中的MgCl₂,Mg,H₂O等便可除去，制得高纯钛。用钠还原时生成钛粉，压缩性和成型性较好。