5.7. Металурпя титану

5.7.1. Властивосп титану 1 його використання

Незважаючи на значне поширення в природ1, титан було вщкрито лише у 1791 р., а в металочному сташ добуто в 1910 р. Внаслщок за- бруднення титан був дуже крихкий 1 не знайшов промислового застосу- вання, осюльки вш мае здатшсть активно поглинати кисень, азот 1 во­день, яко розко знижують пластично властивост1 металу. Це майже на швстолоття затримало використання титану.

За зовшшшм виглядом титан подобний до стал}. Його температура плавления становить 1668 °С, питома ццльшсть — 4500 кг/м³. Титан мае дв1 кристалочш модифжацп: а — до 882 °С 1 Э — за вищих температур. Механочна мщность титану приблизно вдвочо болыпа, шж чистого зал1за о в 6 раз1в перевищуе моцность алюмонш. Титан одночас- но поеднуе високу мехашчну мщность, корозойну стойкость, жаромщность 1 поровняно малу щшьность. Однак у чистому сташ як за нормальних, так 1 за пщвищених температур титан водрозняеться повзучштю, мае низьку теплопроводность та пнш недолпш, тому його застосовують пере- важио у вигляд! сплавав. Легування титану манганом, хромом, алюмшоем, сшпщем, мол1бденом 1 бором значно полшшують його мехашчш й ко розшш властивосп. Так, теля термообробки титанових сплав1в мщшсп, Гх досягае 1500 МПа 1 бшьше пор1вняно з 500 МПа для титану.

Питома мщшсть (стввщношення мщносп й шдльностО титанових сплав1в досягае 30 — 35 1 бшьше, що майже вдв1Ч1 перевищуе питому мщшсть легованих сталей. ГЦ властивост! зумовлюють особливий ште рес до титану як до матер1алу для л!тако- та ракетобудування.

Сплави на основ1 титану використовують також шд час 6уд1вництил морських суден, автомобильного та зал1зничн0ш транспорту. ГОдвище на корозшна стшюсть зумовлюе використання титану 1 його сплав1в у Х1М1чному та металургшному машинобудуванш, для виготовлення ме дичних шструмент1в та в шших галузях техшки. Оксид титану (IV) ТЮ₂ застосовують для виготовлення титанових бшил та емалей, як; мають ВИСОК1 корозпшу СТШК1СТЬ та теплостойкость (сВ1ТОВе виробництво титанових б1лил перевищуе 1,5 млн т на рис).

5.7.2. Сировина для виробництва титану та п переробка

Серед в1домих М1нерал1в титану основне промислове значения мають два: рутил — природний оксид титану (IV) ТЮ₂ та гльмешт РеТ10₃, який входить до складу титанових эал13них руд. До перспективних руд належать також сфен СаО • ТЮ₂ • 5Ю₂ 1 перовсшт Са0-Т10₂. Титанов! руди умовно подшяють на два типи: кор1нн1 — 1льмен1т-ти- тан-магнетитов1 та розсипш — рутил-1льмен1т-цирконов1. Вм1ст оксиду титану (IV) в рудах залежно вщ !х типу зм1нюеться в досить широких межах — вщ 10 до 60 %.

Руди, що М1стять 6 —35 % титану перед металурпйною переробкою збагачують гравхтацшним способом або магштною чи електростатичною сепаращею. Для вщокремлення оксидов феруму використовують вщнов- ну плавку в електродугових печах. Концентрат завантажують разом 13 коксом або антрацитом 1 нагр1вають до температури близько 1650 °С:

РеО • ТЮ₂ + С = Ре + ТЮ₂ + СО. (5.52)

3 вщновленого 1 навуглецьованого зализа утворюеться чавун, а оксид титану переходить до шлаку, який мостить до 80 — 90 % ТЮ₂ (титано- вий шлак).

Ус1 перел1чен1 матер1али сировини м1стять титан у вигляд1 Т]0₂, пряме вщновлення якого досить складне. Наявшсть у сировиш нав1ть незначно'1 к1лькост1 кисню, азоту, вуглецю, оксиду вуглецю (II) чи пари води за пщвищених температур призводить до утворення оксид1в, карбщ1В 1 н1трид1В титану. Кр1м того, кисень та азот здатш розчинятися в титан1.

Для потреб металург1Йно'1 промисловост! з шьмен^тових концентра- Т1в алюмотерм1чним способом в електропечах у невеликш к1лькост1

Уне. 5. 19. Схема шахтного хлоратора:

I — водоохолоджувальний конус; 2 — фурма для Подавання хлору; 3 — колектор для анодного Гаму; 4 — корпус; 5 — водоохолоджуване скле- П1ння; 6 — бункер для шихти; 7 — живильник; I — редуктор; 9 — електродвигун; 10 — збирач Для вщпрацьованих брикепв; 11 — шнек для розвантаження

Виробляють феротитан, склад якого такий, %: - 25 — 30 Т1; - 5-8 А1; - 3—4 51, решта — Ре.

Техючний споаб виробництва чисто­го титану розробив у 40-х роках XX ст. В. Кролл, який працював у Шмеччиш та США. Ця технолопя й пониш мае найбЬтьше поширения I складаеться 1з таких процеелв: збагачення руди та от­римання оксиду титану (IV), добуван­ня хлориду титану (IV), вщновлення титану й отримання титаново! губки, пе- реилавлення титаново! губки на зливки.

Виробництво хлориду титану(IV). Для виробництва хлориду титану (IV) 'ПС!

проводять хлорування подр1бнених титанових шлаюв або рутилових концентрат1в за темпе­ратури 700 — 900 °С за наявносп вуглецю:

ТЮ₂ + 2С1₂ + С = Т1С1₄₊С0₂; ТЮ₂ + 2С1₂ + 2С = Т]С₄ + 2СО.

У промисловосп найбшьшого поширения набули способи хлору­вання або брикетування, або використання порошкошадбиоГ сум1ни в розплав! хлорид1в. У першому випадку оксид титану (IV) зм1шують з подр1бненим вупллям або нафтовим коксом (20 — 25 % маси шихти), додають кам'яновупльну смолу 1 з отримано!' сум1гш пресують брикета. Шсля прожарювання за температури 800 "С порист1 брикети хлорують у герметизованих печах-хлораторах безперервноГ да (рис. 5.19).

Шихта рухаеться зверху вниз, процес вщбуваеться завдяки теплот1 екзотерм1чних реакцш, що забезпечують робочу температуру близько 950-1000 °С. Хлорування проводять анодними газами мапиевих елек- трол1зер1в, що мютять 65 — 70 % хлору. Продукт реакцп видаляють через верхню частину, а залишок безперервно вивантажують знизу. Основний недол1К процесу — велик! витрати на виготовлення брикет!в.

Паро- газова сумш

Хлорування за другим способом не потребуе брикетування. Процес проводять у вщпрацьованому електролт ₃ магшевого електрол1зера.

Зверху в розплав подають подр1бнеш титановий шлак та кокс, а знизу (кр1зь фурми) — хлор. Потр!бна температура (800 — 850 "С) забезпе чуеться завдяки тешигп екзотерМ1чиих реакцш.

Хлорид титану (IV) (1_ал = 23°С, ^_кип = 136 °С) в обох випадках виходить з хлоратора в паропод1бному сташ у склад] парогазово! сумшп, мютить пил, дом1шки газ1в СО ] С0₂ та р1зш хлориди, тому в подальшо му проводять його поста/Ойне очищения в конденсаторах. Остаточнс очищения здшенюють способом ректифжацп, який Грунтуеться на р1знш леткоей хлорщцв, тобто на Тх р1знш температур! кипшня: ТЮ1₄ 136 °С, РеС1₃ - 319°С, УС1₄ - 164°С, УОС1₃ - 127 "С, 8!С1₄ 57 °С. Шеля цього отримують дистилят хлориду титану (IV) 13 таким

вм1стом домхшок, %: V 0,004; 81 - 0,006; Ре - 0,004; А1 - 0,004,

О - до 0,002.