2. Технология получения металлического титана.

Титан высокой чистоты, используемый как конструкционный ма­териал, получают по сложной многостадийной схеме переработки титановых концентратов. Первоначально концентрат подвергают электроплавке в рудно-термических печах для получения передельного высокотитани­стого шлака. Задаваемое с шихтой небольшое количество коксика обеспечивает восстановление оксидов железа из ильменитового рас­плава, поэтому содержание оксидов титана в шлаке в пересчете на ТО₂ достигает 82-84 %, а содержание FeO снижается до 3-4 %. На второй стадии ти­тановый шлак подвергают хлорированию газообразным хлором в присутствии углерода для получения тетрахлорида титана TiCl₄. Порошок шлака перед хлорированием брикетируют с углероди­стым восстановителем. Хлорирование брикетов ведут в специальных реакторах - хлораторах, представляющих собой шахтную электро­печь сопротивления. Углерод в составе брикетов восстанавливает титан и обеспечивает протекание реакций хлорирования при более низких температурах, что делает эти реакции термодинамически не­обратимыми: TiO + С + 2С1₂ = TiС1₂ + СО, Ti₂О₃ + 3С + 4С1₂ = 2 TiС1₄ + 3СО, ТО₂ + 2С + 2С1₂ = TiС1₄ + 2СО. Наряду с восстановлением и хлорированием титана протекают ре­акции взаимодействия хлора и с другими оксидами. Реакционная масса, получаемая на стадии восстановления TiС1₄ магнием в электропечи при 930-950 °С, после охлаж­дения представляет собой губчатый титан, поры которого запол­нены магнием и MgCl₂. Ее состав 60 % Ti, 20-30 % Mg и 10-20%MgCl₂.

Очистку губчатого титана от Mg и MgCl₂ можно вести вакуум-термическим и гидрометаллургическим методами.

Билет №13

1. Электротермия среднеуглеродистого ферромарганца и металлического марганца.

Выплавка металлического марганца. Процесс восстановления МnО кремнием передельного силикомарганца может быть представ­лен реакцией: (nMnO∙mSiО₂) + x[Si]= 2x[Мn] + (n - 2x)MnO∙(m +x)SiO₂. Введение оксида кальция улучшает термодинамические условия протекания процесса, сдвигая его в сторону более полного извлече­ния марганца и выхода металла: 2МnО_ж + [Si]+ 2СаО_т = 2Mn + 2CaO SiO_2т. Добавка СaO в систему МnО – SiO₂ увеличивает тепловой эффект реакции восстановления Мn кремнием. Плавку ведут с использова­нием жидкого малофосфористого марганцевого шлака в открытых наклоняющихся дуговых печах. В качестве флюса применяют известь. Восстановителем является передельный дробленый (гранулированный) силикомарганец.

Выплавка низко- и среднеуглеродистого ферромарганца. Низко- и среднеуглеродистый ферромарганец выплавляют в ду­говых электропечах силикотермическим мето­дом периодическим процессом. Основность шлака 1,3-1,4. Среднеуглеродистый ферромарганец с содержанием фосфора 0,10% получают силикотермическим способом по трехстадийной схеме. В шихту вводят низкофос­фористый марганцевый шлак бесфлюсовой плавки ферромарганца, передельный силикомарганец и известь.

2. Руды ниобия и тантала. Алюмотермия феррониобия.

Существует большая группа минералов тантало-ниобатов, пред­ставляющих собой природные комплексные соединения, в которых комплексообразователями являются ниобий и тантал. Из более 130 известных минералов ниобия (тантала) про­мышленными считаются около шести. Наиболее важными для полу­чения ниобия являются минералы, входящие в состав ниобиевых руд: колумбит (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂О₆ и пирохлор (Се, Na)₂(Nb, Та, Ti)₂О₆(OH, F). Меньшее значе­ние имеет лопарит (Са, Na, Ce)(Ti, Nb, Ta)О₃. Промышленно пригодные ниобиевые руды, из которых экономи­чески выгодно получать ниобиевые концентраты, содержат >0,15-0,20 % Nb₂О₅. В известных наиболее богатых ниобиевых ру­дах содержится до 1-4 % Nb₂О₅. Ведущее место в минерально-сырьевой базе ниобия занимают Бразилия (84,2 % запасов), Канада (9,8 %) и Заир (4,2 %). Перспективным месторождением ниобиевой руды в России явля­ется Белозимское. Однако трудность получения кондиционных кон­центратов из руды этого месторождения обусловлено высоким со­держанием фосфора и высокой естественной радиоактивностью.

Технология получения феррониобия алюминотермическим способом. Содержание ниобия в феррониобии может составлять от 40 до 65% . В качестве ниобийсодержащих видов сырья ис­пользуют технический пентаоксид ниобия, а также ниобиевые концентраты. Алюминотермическим способ получения феррониобия имеет не­сколько вариантов: 1) Внепечная плавка на блок; 2) Внепечная плавка с выпуском металла и шлака; 3) Влавка в дуговой печи.

Внепечная алюминотермическая плавка на блок. Этот способ не получил широкого распространения, так как имеет недостатки, основными из которых являются совмещение в одном агрегате вос­становительного процесса и кристаллизации металла и шлака, повы­шенный расход шихтовых и огнеупорных материалов, большие за­траты труда на футеровку, разборку плавильных горнов и чистку ме­талла от огнеупоров и шлака.

Внепечная плавка с выпуском металла и шлака. Выплавку фер­рониобия внепечным способом из техни­ческого пентаоксида ниобия проводят в наклоняющемся плавильном агрегате, футерованном магнезитовым кирпичом. Тепла экзотерми­ческой реакции достаточно для осуществления процесса. Смешанная шихта из бункера поступает по желобу в плавильный агрегат, уста­новленный на вагонетке. Шихта состоит из пентаоксида нио­бия, алюминия, железных окатышей, желез­ной окалины, извести и селитры (NaNО₃). Плавку ведут с нижним запалом. Слив металла и шлака осуществляют наклоном плавильного агрегата в чугунную не футерованную изложницу. Расплав охлаждают в изложнице.

Плавка в дуговой печи. При переработке бедных ниобиевых кон­центратов экономически оправдана электропечная плавка, которая может проводиться по следующим вариантам: 1) Проплавление алю­миния в электропечи с последующей загрузкой рудно-флюсовой час­ти шихты; 2) Расплавление рудно-флюсовой части шихты с после­дующей загрузкой алюминиевого порошка, полностью или частично (для селективного восстановления части оксидов); 3) Расплавление части рудно-флюсовых компонентов шихты с последующим проплавлением оставшейся рудной части в смеси с алюминиевым по­рошком при отключении печи; 4) Одностадийное совместное про­плавление смешанной шихты в электропечи для восполнения недос­тающего для нормального протекания процесса тепла, в том числе с последующей разливкой полученного сплава.