yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share

Металургія

1.4.4. Виробництво титана

По змісту в земній корі (0,6%) титан займає четверте місце після алюмінію, заліза і магнію. Через високу спорідненість до кисню пряме відновлення титана з його оксидів представляє великих труднощів. Відновлення діоксида титана вуглецем можливо при температурах вище 1800°С. Однак при цих температурах одночасно з титаном утворяться карбід TiС і нітрид TiN, що розчиняються в титані, обумовлює його крихкість. При високих температурах титан легко взаємодіє з киснем і воднем, що також знижує його пластичність. Через труднощів одержання металу, чистого від карбідів, нітридів і розчинених газів, до сорокових років нашого століття титан вважався тендітним матеріалом, непридатним для обробки тиском.

Технічний спосіб виробництва чистого титана був розроблений у 40-х роках В.Кроллем, що працював у Німеччині і США. Процес одержання технічного титана складається з: 1) збагачення руди й одержання діоксида титана; 2) одержання чотирихлористого титана; 3) відновлення титана й одержання титанової губки;        4) переплавлення титанової губки в злитки.

Основними вихідними рудами для виробництва титана є ільменіт FeO·TiO2 (38—61 % ТіО2) і рутил (91—99 % TiO2). Перед переробкою руди збагачують звичайним методом. Після відновлювальної плавки в електродугових печах з додаванням в шихту матеріалів, які мають вуглець, відділяють основну масу заліза і отримують достатньо чистий діоксид титана

Для одержань чотирьоххлористого титана діоксид титана змішують з коксом або деревним вугіллям, у якості сполучника додають кам'яновугільну смолу. З отриманої  суміші пресують брикети. Після прокалювання 800°С пористі брикети піддають хлоруванню в герметичних електричних печах — хлораторах. У реакційній зоні відбувається реакція: TiO2 + 2СІ2 + С = TiCІ4 + C02.

Чотирьоххлористий титан має температуру кипіння 136°С, тому він знаходься в пароподібному стані. Для відділення від вуглекислого газу його направляють у конденсатор, де він переходить у рідкий стан, а потім піддається очищенню від домішок. Очищений TiCІ4 — це безбарвна прозора рідина, що повинна містити не більш 0,01 % елементів; заліза, ванадію або кремнію.

Відновлення титана звичайно роблять за допомогою магнію в спеціальних реакторах. Реактор являє собою герметичну реторту з корозійностійкої сталі, що має систему зливу хлористого магнію і поміщену в шахтну електропіч. У реторту завантажують злитки чистого магнію, потім її герметизують, відкачують повітря, заповнюють очищеним аргоном і поміщають у піч. При температурі близько 700°С магній розплавляється, після чого температуру в реакторі доводять до 800°С і подають рідкий очищений чотири хлористий титан, що взаємодіє з магнієм по реакції

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 + Q.

Процес йде з виділенням тепла, тому електрообігрівання виключають.. Температуру в реторті регулюють подачею чотири хлористого титана й обдуванням повітря від вентилятора. Температура не повинна перевищувати 950—1000°С, тому що інакше може початися взаємодія титана зі сталевими стінками реторти.  Рідкий хлористий магній, що утвориться, періодично зливають.

Відновлений титан виділяється на стінках реактора у виді губчатої маси, просоченої хлористим магнієм і магнієм. Вона містить близько 55—60 % Ti, 25—30 % Mg, 10—15 % MgCІ2. Для рафінування губчатої маси реторту вакуумують при температурі 900—950°С протягом 25 год. і проводять відгонку пару домішок магнію і хлористого магнію, що осаджуються в конденсаторі. Потім реторту прохолоджують і витягають з її титанову губку. Отримана титанова губка — це пориста маса сірого кольору з розвиненою поверхнею, легко поглинаючий кисень, азот і пари води.

Титанова губка більш високої якості виходить при використанні натрію в якості відновлювача.

Переплав титанової губки роблять у вакуумних електричних дугових печах з електродом, що витрачається, який одержують пресуванням зі здрібненої титанової губки. Матеріал тигля може забруднювати титан, тому планку ведуть у водоохолодженної мідної виливки. Швидко твердіє на стінках тигля, титан не сплавляється з міддю. Електрична дуга горить між електродом, що витрачається, і рідкою ванною розплавленого металу і поступово оплавляє електрод. Для поліпшення якості металу роблять подвійне переплавляння. При другій плавці в якості електрода використовують злиток першої плавки.

 

8