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2.3 FFC—剑桥法
2.3.6 FFC—剑桥法需解决的问题
➢ 钛与盐的分离 ➢ C和Fe的污染
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2.4 OS法
由Kyoto大学的Ono和Suzuki在2002年钛协会 年会上首次提出。其实质仍为CaCl2熔盐电解， 是一种在CaCl2熔盐中Ca热还原TiO2的工艺。
其反应可表示为： 阴极： Ca2+ +2e=Ca
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3、钛及其合金的应用
钛合金已经成为优异的轻型结构材料、 新型功能材料和重要医学生物材料。
广泛应用于航空航天工业，并逐步向 民用领域开拓，如化工、船舶、汽车、体 育娱乐器材、医疗器械、轻工业、建筑业 等，显示出巨大发展潜力。
钛被誉为“未来金属”和“第三金属”
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4、钛在地壳中的含量及存在形式
➢ 钛在地壳中的丰度为0．61％ ，其在地壳 中的含量在金属元素中仅次于Al、Fe、Ca、 Na、K、Mg居第七位。
金属钛制备的新工艺-熔盐电解法
刘仁柱、李军良、何庆波、 张辉、周龙飞、温海明、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ家平
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一、钛金属的基本知识
1、钛的原子序数是22，在元素周期表的 第4周期ⅣB族。
2、钛的性质： ➢ 密度小、比强度高 ➢ 熔点高、优异的耐高温性能 ➢ 优良的耐蚀性能 ➢ 良好的低温性能 ➢ 导热系数及线胀系数较低
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2.5 EMR／MSE工艺
2.5.4 EMR／MSE工艺的特点
➢ EMR法也可用于(以NbO 粉为原料)生产金 属铌。
➢ EMR／MSE工艺没有Fe和C污染
➢ 是一种半连续工艺，还原和电解可以分开 进行
➢ 设备和工艺较复杂，且同样存在钛与盐难 分离的问题。
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2.5 EMR／MSE工艺
2.5.2 EMR／MSE工艺原理图
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2.5 EMR／MSE工艺
2.5.3 电化学反应 还原槽发生钛的还原： 阴极 TiO2+4e =Ti+202阳极 Ca =Ca2+ +2e 电解槽生产还原剂： 阴极 C+20 = CO2+4e 阳极 Ca2+ +2e=Ca
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2.3 FFC—剑桥法
FFC—剑桥法原理如下图所示
作业温度在 900 ℃左右， 电解的槽电压 是3V。
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.3 电化学反应 整个过程为Ti02(固)电化学脱氧的过程
还原出的纯钛留在阴极，而阳极放电析出 氧气。
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.4 FFC—剑桥法工艺原则流程如下图所示
TiO2 +2Ca=Ti+2Ca2++2O2 阳极：
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2.4 OS法
OS法工艺原理示意图
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2.5 EMR／MSE工艺
2.5.1 EMR／MSE工艺 EMR (Electronically MediatedReaction)
／MSE(Molten Salt Electrolysis) 为金属热还原工艺，其实质仍是熔盐电解。 EMR槽为钛还原槽，MSE槽为还原剂生产 槽。 原料可以是TiCl4，也可以是TiO2，
➢ 钛矿的存在形式是金红石（TiO2）及钛铁 共生矿（FeO-TiO2）。
➢ 我国钛资源极为丰富，已探明的钛资源储 量近9亿t，居世界首位。攀枝花的二氧化 钛储量占全国94%，世界15%。
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5、钛的成本
长期以来，钛的高成本成为扩大民用市场 的瓶颈。钛的成本比钢和铝的高得多：矿的 成本，钛是钢的15倍，铝的3倍；而板材成 本，钛是钢的5O～83倍，铝的1O～25倍
二是新的钛生产方法的研究。
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.1 FFC—剑桥法的提出
FFC—Cambridge Process，由英国 剑桥大学的金属科学与冶金系的三位科研 人员（ Derek Fary、George Chen、 Tom Farthin）于1997年提出
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2.3 FFC—剑桥法
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.4 FFC法示意流程如下图 ：
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2.3 FFC—剑桥法
在实验中发现，像二氧化钛这样的绝 缘体，也能够有效地起到电解阴极的作用。 这是因为只要有少量的氧气从阴极上开始 迁移，它马上就变成为一个良导体。
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2.3 FFC—剑桥法
2.3.5 FFC—剑桥法的优点
(1)可以直接得到纯净钛，甚至用它直接生产出半 成品的钛产品。
（2）制备钛合金所需原材料不是钛盐TiCl4，而 是TiO2。因此可简化原料制造工序，工艺过程可 实现连续化，直接把金属和氧分开而得到合金， 避免了金属重熔过程的能量消耗和烧损。
(3)将绝缘体的氧化物作为电化学电池的阴极，整 个工艺过程中不存在活性强的液态或离子态金属， 可解决合金生产中的氧化和偏析、活性金属的合 金化等问题。
2.3.2 FFC—剑桥法的原理
该方法是一个固相的电解过程，以多孔粒 状TiO2固体为阴极，碳质材料为阳极，熔 融的CaCl2为电解质。
电解时， 阴极TiO2被分解为海绵状的金属 钛和氧离子，后者溶解于电解质中并到阳 极放电析出氧气，而纯钛则留在阴极上， 海绵钛经轻度破碎研磨，再经水洗即得到 可销售的钛粉。
钛与其它金属价格比较
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二、钛合金制备的新方法
2.1 钛合金的制备方法
1、Hunter钠还原工艺(钠法) 2、Kroll镁还原工艺(镁法) 3、熔盐电解法
FFC一剑桥工艺 OS工艺 EMR／MSE工艺
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2.2 当今海绵钛工业发展的两大趋势：
一是镁热法的进一步完善，包括大型化、 机械化、自动化等；
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2.3 FFC—剑桥法
(4)产品适于粉末冶金成形，取消了铸造、 机加工和其他昂贵的加工过程，因此可节 省大量的生产成本，缩短生产周期等。
(5)适用于许多金属氧化物的直接还原，如 Ti，A1，B，Cr，Fe等。尤其适合于那些 加工难、成本高、活性强的金属。
(6)属新型无污染绿色冶金新技术。