第1章 概论 1
1．1钛冶金发展简史 1
1．1．1钛的发现及实验室研究 1
1．1．2国外金属钛工业生产的发展情况 1
1．1．3我国钛工业生产发展及目前状况 3
1．1．4世界几家主要海绵钛厂简介 4
1．2钛资源概况 5
1．2．1钛在地壳中的分布 5
1．2．2钛矿物的种类及其一般特征 6
1．2．3钛矿物形成的矿床 7
1．2．4钛矿的储量及其开采 10
1．2．5国内外钛精矿的化学组成 15
1．2．6我国天然金红石及钛铁矿精矿标准及产能 15
1．3金属钛的应用 19
1．4金属钛的生产方法简介 25
第2章 钛及其重要化合物的性质 28
2．1钛的性质 28
2．1．1金属钛的物理性质和热力学性质 28
2．1．2化学性质 28
2．1．3力学性能 34
2．2钛的重要化合物的性质 35
2．2．1氧化物 35
2．2．2卤化物及氯氧化物 40
2．2．3碳化物、氮化物、硼化物及氢化物 45
2．2．4钛的无机盐和有机化合物 49
第3章 人造金红石和钛渣的生产 50
3．1人造金红石的生产 51
3．1．1选择性氯化法 52
3．1．2还原-锈蚀法 54
3．1．3稀硫酸浸出法 56
3．1．4 BCA稀盐酸循环浸出法 57
3．1．5浓盐酸浸出法 60
3．1．6选-冶联合稀盐酸加压浸出法 60
3．1．7稀盐酸流态化浸出法 63
3．1．8其他方法 63
3．2钛渣熔炼 63
3．2．1钛渣熔炼概况 64
3．2．2电炉还原熔炼钛渣的原理 65
3．2．3钛渣的相结构、化学组成及主要物理性质 68
3．2．4影响钛渣熔炼的主要因素 74
3．3钛渣生产工艺流程 77
3．3．1原料准备 79
3．3．2电炉料制备 80
3．3．3电炉熔炼 80
3．3．4成品渣加工 80
3．4钛渣生产的主要设备 81
3．4．1破碎磨粉设备 81
3．4．2电炉料制备设备 81
3．4．3电炉设备 82
3．4．4烧穿器和渣包 90
3．4．5磁选设备 90
3．5钛渣生产实践 90
3．5．1原料准备 90
3．5．2电炉料制备 91
3．5．3电炉熔炼 92
3．5．4成品渣加工 95
3．6钛渣熔炼的物料平衡及热量平衡 96
3．7有代表性的钛渣生产实例 102
3．7．1 QIT公司的钛渣熔炼 102
3．7．2前苏联的钛渣熔炼 104
3．7．3我国的钛渣熔炼 105
3．8钛渣电炉冶炼的技术经济指标 105
3．8．1我国某厂6300kV·A电炉的技术经济指标 105
3．8．2前苏联半密闭电炉熔炼钛渣的主要指标 106
3．9钛渣生产的发展方向 107
3．10节能措施 112
第4章 粗TiCl4的生产 113
4．1氯化过程的基本原理 113
4．1．1氯化过程的热力学分析 113
4．1．2氯化过程的动力学分析 126
4．1．3影响氯化的因素 128
4．2氯化工艺 130
4．2．1氯化方法概述 130
4．2．2钛渣的沸腾氯化 133
4．2．3钛渣的熔盐氯化 158
4．3节能措施 164
第5章 粗TiCl4的精制 165
5．1精制的原理和方法 165
5．1．1粗四氯化钛中杂质的分类 165
5．1．2用蒸馏和精馏的方法除去高沸点杂质和低沸点杂质的基本原理 167
5．1．3除钒的原理和方法 169
5．2精制工艺流程 174
5．3精制主要设备 175
5．3．1浮阀塔 175
5．3．2铜丝塔 178
5．3．3蒸馏釜 178
5．3．4冷凝器 179
5．4精制工艺 179
5．4．1对粗TiCl4的要求 179
5．4．2精馏塔的操作 180
5．4．3铜丝塔的操作 182
5．5节能措施 184
5．6对精TiC14的质量要求 184
第6章 镁热还原法生产海绵钛 185
6．1镁还原TiCl4反应的理论基础 185
6．1．1镁还原反应的热力学 186
6．1．2还原反应的机理和动力学 189
6．2真空蒸馏的理论基础 195
6．2．1真空蒸馏的原理和过程 195
6．2．2真空蒸馏动力学 198
6．3生产准备 201
6．3．1原材料准备（加液镁工艺） 201
6．3．2还原设备准备（渗钛工艺） 202
6．4镁还原TiCl4的生产工艺和主要设备 203
6．4．1工艺流程 203
6．4．2镁还原生产过程及工艺条件的选择 204
6．4．3还原结束及产品冷却、拆卸 206
6．4．4还原设备 206
6．5真空蒸馏工艺流程和主要设备 212
6．5．1还原-蒸馏分开式生产的工艺流程 212
6．5．2 Ⅰ型半联合法（及联合法）和倒U形联合法流程 212
6．5．3真空蒸馏主要设备 215
6．6真空蒸馏生产工艺 220
6．6．1蒸馏设备的安装和准备 220
6．6．2真空蒸馏过程及工艺条件的选择 220
6．6．3真空蒸馏结束 221
6．6．4真空蒸馏可能发生的故障和处理 221
6．6．5自控与车间布置 223
6．7海绵钛的后处理 223
6．7．1产品取出 225
6．7．2产品破碎 225
6．7．3产品挑选 226
6．7．4产品包装 227
6．8提高产品质量的措施 227
6．8．1铁 227
6．8．2氯根（Cl-） 229
6．8．3氮 230
6．8．4氧 231
6．8．5其他杂质 231
6．8．6产品硬度 232
6．9镁热法海绵钛生产的成本分析 233
6．10节能措施 233
6．11对镁热法海绵钛生产过程的评价 234
6．11．1世界几个主要海绵钛生产国近几年的产能和产量 234
6．11．2我国海绵钛生产线情况统计 236
6．11．3海绵钛生产过程的评价 236
6．11．4海绵钛生产目前状况及发展趋势 237
第7章 钠热还原法生产海绵钛 240
7．1钠热还原TiCl4生产海绵钛的热力学 240
7．1．1钠热还原反应标准自由焓变化ΔG0T与温度T的关系 240
7．1．2钠热反应的反应热 243
7．1．3 Na-NaCl二元系、TiCl3-NaCl二元系、TiCl2-NaCl二元系和TiCl3-TiCl2-NaCl三元系简介 244
7．2钠热还原法生产海绵钛的工艺流程 247
7．3还原剂钠的净化提纯和准备 247
7．4钠热还原TiCl4制取海绵钛的生产方法 249
7．4．1一段还原法 250
7．4．2二段还原法 257
7．4．3从反应产物中分离出钛 259
7．5钠热还原法所得海绵钛的质量 260
7．6节能措施 261
7．7钠热法与镁热法海绵钛生产的比较 262
第8章 其他制取金属钛的方法 264
8．1以TiCl4为原料制取金属钛 265
8．2以TiO2为原料制取金属钛 267
8．2．1 TiO2的金属热还原 267
8．2．2 TiO2直接电解还原制取金属钛 270
8．3 TiCl4的电解还原 272
8．3．1电解质体系的选择 272
8．3．2钛氯化物在熔盐中的理论分解电压 273
8．3．3电解工艺 275
8．4 TiO2的熔盐电解 276
8．5钛粉的生产 278
8．5．1 TiO2的钙还原法 278
8．5．2海绵钛直接粉碎法 278
8．5．3熔盐电解法 278
8．5．4熔盐电解精炼处理残钛法生产钛粉（见8．6） 278
8．5．5氢化-脱氢法（HDH Process） 278
8．6残钛的回收利用——钛的电解精炼 279
8．6．1废残钛的来源 279
8．6．2残钛回收处理后的利用 280
8．6．3钛的熔盐电解精炼 280
8．6．4电解精炼的电解槽结构 284
8．6．5阴极析出物的湿法冶金处理 284
8．6．6电解精炼钛的质量 285
8．7高纯钛的生产——碘化物热离解法 286
第9章 致密金属钛的生产 289
9．1电弧熔炼法 289
9．1．1非自耗电极真空电弧炉 289
9．1．2自耗电极真空电弧炉 291
9．1．3自耗电极真空电弧熔炼工艺 291
9．1．4自耗电极真空电弧熔炼实例 293
9．2粉末冶金法 294
第10章 MgCl2的电解和粗镁的精炼 296
10．1氯化镁电解的基本原理 298
10．1．1电解的基本原理 298
10．1．2电流效率和电能效率的计算 299
10．2镁电解的主要设备 302
10．2．1电解槽 302
10．2．2氯压机和阳极氯气处理系统 308
10．2．3阴极气体处理系统 309
10．3镁电解操作工艺 311
10．3．1电解槽的烤槽和启动 311
10．3．2电解槽的加料和排废电解质 313
10．3．3出镁 313
10．3．4出渣 314
10．3．5电解槽的温度和极距 314
10．3．6电解槽故障及消除方法 316
10．3．7镁电解槽的节能 317
10．4镁的精炼 318
第11章 钛冶金中的三废处理和工业卫生 321
11．1三废处理 321
11．1．1废气和废渣的处理 321
11．1．2废水和废液的处理 324
11．2工业卫生及安全 325
11．2．1氯和一些氯化物对人体的危害及安全知识 326
11．2．2放射性物质的危害 328
11．2．3 CO的危害 329
11．2．4安全防御措施 329
参考文献 332
附录 339
表1 常用钛化合物的基本性质 339
表2 TiCl4及其中所含杂质的某些性质 340
表3 镁还原系各组分性质比较 341
表4 中国、美国、日本、前苏联海绵钛标准的主要技术指标 341