金屬熱還原制粉法

(preparation thermoreduction reducin

金屬熱還原制粉法 (preparation of powder by thermoreduction using metallic reducingagent)
用金屬鈉、鈣、鋁、鎂等作還原劑還原金屬的氧化物或鹵化物，以製取金屬粉末的-種粉末製取方法。該法常用來製取鈦、鋯、鉭、鈮、鈾、釷等稀有金屬粉末。還原劑鈉、鈣、鋁、鎂等對氧的親和力比所製取的金屬對氧的親和力更大。還原反應的通式為：MeO+Me’=Me+Me’O+Q式中Me為所製取的金屬；Me’為對氧有較大親和力的金屬；Q為反應生成熱。
雖然大多數金屬熱還原反應是放熱反應，但在-些情況下，在反應發生之前還需預熱至600700。C，反應發生之後，就依靠物料反應時放出的熱量進行反應。如反應劇烈，為了防止過熱或爆炸，還要對反應器進行冷卻；為了避免所制粉末再次氧化，應將反應器抽真空，隨後通入惰性氣體保護。
在選擇還原方法時，除考慮熱力學條件外，還要注意產物的性能、純度和收得率等。-般情況下，所制金屬粉末中含有氧化物或鹵化物，可用水或酸清洗除去。
金屬熱還原制粉法中，工業上得到廣泛套用的有：(1)用鈉還原氟化鉭：TaF5+5Na=Ta+5NaF；(2)用鈉或鎂還原鈦或鋯的氯化物：TiCl4+4Na=Ti+4NaCl或ZrCl4+2Mg=Zr+2MgCl；(3)用鈣還原釷的氧化物：ThO2+2Ca=Th+2CaO；(4)用鎂還原氟化鈹：BeF2+Mg=Be+MgF2等。其制粉過程可以用鎂還原四氯化鈦製取海綿鈦的克羅爾(Kroll)法作進-步說明。鎂錠經除氧化膜與雜質之後，置於反應器中加熱熔化，再通入四氯化鈦(TiCl4)，反應生成的鈦顆粒沉積，生成的液態氯化鎂通過渣口及時排出。反應溫度通常金仰保持在800～900℃，反應時間在幾小時至幾天之間。最終產物中殘留的金屬鎂與氯化鎂可用鹽酸清洗除去，也可在900℃下空蒸餾除去，並保持鈦的高純度。克羅爾法的缺點是成本較高，生產周期較長。