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锆和钛的矿石与提炼过程

鈦（Ti）和鋯（Zr）是两种具有重要工业价值的金属，它们不仅在自然界中分布广泛，而且具备许多独特的化学和物理性质。
锆和钛的矿石与提炼过程
鈦矿石：钛主要存在于钛磁铁矿（Fe₃O₄·TiO₂）、钛铁矿（FeTiO₃）和金红石（TiO₂）中。金红石是钛最常见的矿物之一。
鋯矿石：锆常见于锆石矿（ZrSiO₄）和斜锆石（ZrO₂，含80%~90%锆）。这些矿石的储量非常丰富，甚至与铁矿石的储量相当。
提取和冶炼过程
由于钛和锆的化学活性极高，它们的提纯工艺比较复杂，且通常不能使用常见的还原法（例如用氧气还原氧化物）。以下是钛和锆提取的一些关键步骤：
1. 还原法提炼：
钛和锆的氧化物（如TiO₂和ZrO₂）在传统的还原过程中难以被还原，因此通常使用氯化还原法。氯化法涉及将金属氧化物转化为氯化物，再与钙、镁等还原剂反应，从而得到金属。
2. 氯化物的挥发性：
在氯气或氨气中进行还原反应时，氯化物的挥发性较高，因此反应速度快，但需要在严格的控制条件下进行。这使得该过程不能在常规的空气环境下进行。
3. 清洁与纯化：
鈦和鋯的纯度对其物理性能（如抗拉强度、可塑性等）有重要影响。即使是微量的杂质，如氧或氮，也会大幅影响其性能。例如，0.1%的氧或氮就能显著提高钛的抗拉强度，但也会降低其可塑性。因此，在冶炼过程中，必须进一步通过不同的方法清除杂质。
高纯度的制备。
碘化物法：为了得到高纯度且具有良好可塑性的钛和锆，通常使用碘化物法。这一方法通过使钛或锆的碘化物在真空中升华，再与灼热的钨丝接触，使其分解，从而得到纯度极高的金属。通过这一方法，钛的纯度可达到99.95%，锆的纯度可达到99.99%以上。
结论
钛和锆的冶炼过程复杂且技术要求高，但它们的高强度、耐腐蚀性和高温稳定性使得这两种金属在航空航天、化学工业以及医疗设备等领域具有重要应用。

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