§ 18. Производство титана
Титановыми рудами служат в основном ильменит ТЮ3- FeO и рутил ТЮ2. Важный источник ильменита — титаномагнетит FeTi02- Fe304.
Получение титана. Известны несколько способов получения титана из руд. Одна из часто применяемых схем его получения приведена на рис. 11.20.
Основным материалом для производства титана является иль- менитовая руда. Полученный после обогащения руды электромагнитным или гравитационным способом концентрат подвергают восстановительной плавке в электродуговой печи с целью удаления оксидов железа. Для этого концентрат смеси с коксом плавят и выдерживают в печи при 1700 °С. Железо восстанавливается, науглероживается и образует побочный продукт—чугун, а оксид титана ТЮ2 переходит в шлак. Полученный шлак, состоящий из 65...85 %
{обогащений—*~\хбоапы
\
Л—,
ттг
^-{Концентрату
|
Кокс
|*|
Восстшабшпелыт
яддД*аЦ Чугун
|
О4
На
производство апаш
I
Шпак
\
I
1\Х.лориро5ание\
\Жидкие
х/юрийы\^
L-[
Газы]
X
Очистка
и
^ ректирикация
П
Электролитическое
получение
пагния
^{магний
| \Четырехтристый
титан]
ГJmpt
Ш
Титано5ая\J
гибка
’иапыи
\гниа
Переплавка
гибки
а
кобкий
титан
Рис.
11.20. Схема получения титана из
ильменитовой руды
Рис.
П.21.
Схема
электропечи для
хлорирования
титана:
1
—
корпус с шамотной футеровкой; 2
—
графитовые электроды; 3
— загрузочное устройство; 4
—
патрубок для отвода парогазовой смеси;
5 —брикеты шихты; 6—угольная
набивка (электросопротивление)> 7 —
патрубок для псдачи хлора
ТЮ2,
кремнезема и некоторых
других
примесей (А1203,
FeO,
СаО),
брикетируют с коксом
и подвергают
хлорированию в
специальных шахтных
печах
электросопротивления (рис.
11.21)
при
температуре 600 °С. В при-
сутствии
угля титан из диокси-
да переходит
в тетрахлорид:
ТЮ2+
2С12+
С = TiCI4+
С02.
Тетрахлорид
титана плавит-
ся при температуре
23 °С и ки-
пит при 136 °С. Поэтому в
ус-
ловиях печи он интенсивно
ис-
паряется и, увлекая за собой
летучие
хлориды примесей (SiCl4,
MgCl2,
FeCl3
и
др.), направля-
ется в конденсационную
уста-
новку. Наличие в установке
ряда
секций с различным пере-
падом
температур позволяет раз-
делить
хлориды и таким обра-
зом выделить
четыреххлористый
титан,
который дальше подвергают очистке
методом ректификации.
Малолетучие
хлориды магния, кальция и других металлов
обра-
зуют жидкость, из которой
электролизом получаются магний
и
хлор.
Четыреххлористый
титан TiCl4
восстанавливают
в стальных
ретортах диаметром до
1,5 м и высотой до 3 м. Реторта устанавли-
вается
в электропечь сопротивления, из нее
откачивается воздух
и вместо него
подается аргон. Затем печь нагревают
до 750...800 °С
и
в реторту заливают жидкий тетрахлорид
титана
и магний.
Титан
восстанавливается по реакции
TiCl4+
2Mg =
Ti
+
2MgCl2.
Частицы
восстановленного титана спе-
каются
в пористую массу — губку, отклады-
вающуюся
на стенках реторты, а жидкий
хлористый
магний MgCl2
сливают
из реак-
тора и направляют на электролиз
для полу-
чения магния и хлора.
Титановая губка содержит в порах до 35...45 % магния и хлористого магния, а также некоторых других примесей. Поэтому ее подвергают очистке методом вакуумной дистилляции — выдержке в течение нескольких десятков часов в вакууме с остаточным давлением около 0,1 Па при температуре 900 °С. При этом часть примесей удаляется в виде расплава, другие испаряются и затем конденсируются.
Плавку титановой губки осуществляют в вакуумных электро- дуговых печах с медным водоохлаждаемым тиглем. Одним из электродов служит стержень из прессованной титановой губки, другим — расплавленный металл. При горении дуги стержень оплавляется, капли титана стекают в тигель и затвердевают в слиток. Вакуум предохраняет металл от окисления и способствует его очистке от растворенных газов.
Чистота титана, полученного переплавкой губки, составляет
.99,7 %. Титан с меньшим содержанием примесей получают методом йодидной очистки, основанной на термической диссоциации четырехйодистого титана TiJ4 на поверхности титановой проволоки, нагретой пропусканием электрического тока до 1300... 1400 °С. Выделяющийся при этом титан осаждается на проволоке, постепенно превращая ее в пруток. Такой способ очистки весьма эффективен, но обладает малой производительностью. Поэтому йодидный титан отличается высокой стоимостью.