鈦是地殼中含量最豐富的元素之一，但是，自從鈦在200多年前被發(fā)現(xiàn)以來，因提煉困難一直被列為稀有金屬的行列。鈦及其合金具有密度小耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)異性能。世界鈦工業(yè)正經(jīng)歷著以航空航天為主要市場的單一模式，向冶金、能源、交通、化工、生物醫(yī)藥等民用領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)發(fā)展的多元模式過渡。從20世紀(jì)后半葉起，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，鈦冶煉才受到人們的關(guān)注。鈦是高熔點(diǎn)金屬，其密度較小，鈦合金的強(qiáng)度可與高強(qiáng)度鋼相媲美，同時具有很好的耐腐蝕能力，鈦合金的這些優(yōu)點(diǎn)，使其當(dāng)之無愧地被稱為“太空金屬”，又具有“海洋金屬”的美譽(yù)。然而，至今為止，全球金屬鈦的產(chǎn)量還不到原鋁產(chǎn)量的1%，也不到鈦白粉產(chǎn)量的1/10。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于現(xiàn)行的鈦金屬生產(chǎn)方式的缺陷。目前世界上能進(jìn)行鈦工業(yè)化生產(chǎn)的國家只有美國、日本、俄羅斯、中國等少數(shù)國家，鈦的世界年總產(chǎn)量僅有幾萬噸。但是由于鈦的重大戰(zhàn)略價值和在國民經(jīng)濟(jì)中的地位，鈦將成為繼鐵、鋁之后崛起的“第三金屬”，21世紀(jì)將是鈦的世紀(jì)。

　　當(dāng)前鈦的生產(chǎn)方法當(dāng)前鈦的生產(chǎn)采用金屬熱還原法，其是指利用金屬還原劑(R)與金屬氧化物或氯化物(M X)的反應(yīng)制備金屬M(fèi)。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的鈦冶金方法為鎂熱還原法(Kroll法)和鈉熱還原法(Hunter法)。因?yàn)镠unter法比Kroll法生產(chǎn)成本高，所以目前在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的方法只有Kroll法。Kroll法從1948年開發(fā)當(dāng)初就因其成本高、還原效率低而受到批評。半個世紀(jì)過去了，該工藝并沒有根本的改變，仍然是間歇式生產(chǎn)，未能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化。目前，國內(nèi)外鈦金屬主要是以鎂熱還原TiCl4來生產(chǎn)的，稱為Kroll法。其基本流程是：裝有金屬鎂的不銹鋼反應(yīng)器被升溫到950℃，注入精制過的TiCl4，發(fā)生反應(yīng)并放熱，反應(yīng)結(jié)束后副產(chǎn)品MgCl2和剩余的鎂用真空抽走，循環(huán)使用，待反應(yīng)器冷卻后，打開反應(yīng)器獲得海綿鈦。Kroll法自一開始就因其成本高、還原效率低而受到批評。

　　該法生產(chǎn)成本高的原因主要有：

　　(1)耗時，全過程從TiO2的氯化開始到生產(chǎn)出海綿鈦需要17天；(2)耗能，吸熱的化學(xué)還原與放熱的化學(xué)還原分別在不同的反應(yīng)器中完成，潛能未能利用，生產(chǎn)1噸鈦耗能6945kW·h；(3)耗力：勞動強(qiáng)度大，反應(yīng)需要在真空及保護(hù)氣氛下進(jìn)行，而且過程非連續(xù)，間歇操作；(4)原料貴：Mg和TiCl4約占成本的71%；(5)環(huán)境負(fù)荷大：TiCl4和Cl2具有強(qiáng)腐蝕性，生產(chǎn)過程需要在密閉體系中進(jìn)行，不允許有任何泄漏，也因此設(shè)備投資比較大。半個世紀(jì)過去了，該工藝并沒有發(fā)生根本性的改變，仍然是間歇式生產(chǎn)，未能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化，故生產(chǎn)成本很高。

　　金屬鈦生產(chǎn)方法的新動向世界鈦工業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，盡管對Kroll法和Hunter法進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，但它們均是間歇操作，小的改進(jìn)并不能大幅度降低鈦的價格。因此應(yīng)開發(fā)新的、低成本的連續(xù)化工藝才能從根本上解決高生產(chǎn)成本這一問題。為此，研究人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和研究。當(dāng)前研究的重點(diǎn)有以下幾種方法：電化學(xué)還原法為了降低成本，人們對金屬鈦直接除氧進(jìn)行了研究。國外有人用電化學(xué)的方法使鈦中固溶氧的濃度降低到檢出界限(500 ppm)以下。他們認(rèn)為在電化學(xué)除氧的過程中，除氧劑鈣在電解氯化鈣熔鹽時產(chǎn)生，O2-在陽極以CO2或CO的形式析出。這種新型高純化方法，不僅用于鈦的脫氧，而且適用于釔、釹等稀土金屬，并且可使氧含量降低到10ppm。  電化學(xué)的方法的工業(yè)化實(shí)驗(yàn)的流程是：首先將二氧化鈦粉末用澆注或壓力成形，燒結(jié)后作陰極，以石墨為陽極，以CaCl2為熔鹽，在石墨或鈦坩堝中進(jìn)行電解。所加電壓2.8V～3.2V，低于CaCl2的分解電壓(3.2V～3.3V)。電解一定時間后，陰極由白色變?yōu)榛疑赟EM下觀察，0.25μm的TiO2轉(zhuǎn)變?yōu)?2μm的海綿鈦。以氯化鈣為熔鹽，最主要的原因是其價格低，并且對O2-具有一定的溶解度，使析出的鈦不易被氧化;另外， CaCl2無毒，對環(huán)境無污染。 與TiCl4熔鹽電解相比，此方法所用原料是氧化物而不是易揮發(fā)的氯化物，所以制備過程可以簡化，而且產(chǎn)品質(zhì)量高;不會發(fā)生鈦的各價離子間的氧化還原反應(yīng);陽極析出氣體為純氧氣(惰性陽極)或CO、CO2的混合氣體 (石墨陽極)，易于控制，無污染。

　　該法不僅促進(jìn)了陰極附近的還原反應(yīng)，同時使還原得到的鈦脫氧。這種方法將氧化物的直接電解還原和電化學(xué)脫氧法相結(jié)合，是制備鈦的一種新型方法，成為鈦提取工藝中最引人注目的方法。根據(jù)2000年英國自然雜志發(fā)表論文的數(shù)據(jù)估算，采用該方法，每噸海綿鈦降低生產(chǎn)成本13000美元左右，目前全球五六萬噸的總產(chǎn)量如果改由該電化學(xué)方法生產(chǎn)，每年將節(jié)省7.7億美元的生產(chǎn)成本。其流程是：首先將TiCl4氣體注入過量熔融的鈉中，過量的鈉起冷卻還原產(chǎn)物并攜帶產(chǎn)物進(jìn)入分離工序的作用。除去鈉和鹽即可得到產(chǎn)品鈦粉。產(chǎn)品中氧含量最低為0.2%，達(dá)到二級鈦的標(biāo)準(zhǔn)。對工藝略加改進(jìn)，可生產(chǎn)VTi、AlTi鈦合金。該方法的具有連續(xù)化生產(chǎn)、投資少、產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣、副產(chǎn)物分解為鈉和氯氣可循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)。