Технологическая схема производства титана

Основными промышленными рудами, из которых получают титан, являются рутил (ТiO₂) и иль­менит (FeOTiО₂), содержащий 53 % ~TiО₂ и 47 % FеО. Технология получения титана очень сложная и экологически вредная.

Краткое описание технологического процесса

Основным материалом для получения титана являются ильменитовые руды. Полученный после электромагнитного или гравитационного обогащения руды концентрат подвергают восстановительной плавке с целью удаления оксидов железа. Для этого концентрат в смеси с коксом пла­вят и выдерживают в печи при 1700 °С. В результате железо восста­навливается, науглероживается и образует побочный продукт  чу­гун, а оксид титана TiО₂ переходит в шлак. Полученный шлак, со­стоящий из 65-85 % TiО₂ и других примесей, брикетируют с коксом и подвергают хлорированию в специальных шахтных печах при темпе­ратуре 600 °С. В присутствии угля титан из диоксида переходит в тетрахлорид ТiCl₄.

Тетрахлорид титана плавится при температуре 23 °С и ки­пит при +136 °С, поэтому в условиях печи он испаряется и, увлекая за собой летучие хлориды примесей (SiCl₄, МgС1₂, FеС1₃ и др.), направ­ляется в конденсационную установку.

Наличие в установке ряда сек­ций с различным перепадом температур позволяет разделить хлори­ды и таким образом выделить четыреххлористый титан, который дальше подвергают очистке методом ректификации.

Малолетучие хлориды магния, кальция и других металлов об­разуют жидкость, из которой электролизом получают магний и хлор.

Четыреххлористый титан восстанавливают в стальных ре­тортах диаметром до 1,5 м и высотой до 3 метров. Реторта устанавлива­ется в электропечь, которая заполняется аргоном. Затем печь на­гревают до 750-800 °С, и в реторту заливают жидкий тетрахлорид титана и магний.

Частицы восстановленного титана спекаются в пористую массу  губку, а жидкий хлористый магний сливают и направляют на электролиз для получения магния и хлора.

Титановая губка содержит в порах до 35-45 % магния и хло­ристого магния, а также некоторые другие примеси, поэтому ее подвергают очистке методом вакуумной дистилляции  выдержке в течение нескольких десятков часов в вакууме при температуре 900 °С. При этом часть примесей удаляется в виде расплава, другие испаряются и затем конденсируются. Плавку титановой губки осуще­ствляют в вакуумных электродуговых печах. 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.

К титану и его сплавам применимы все виды механиче­ской обработки: точение, сверление, фрезерование, шлифова­ние, полирование и др. Однако для этого требуются специаль­ный инструмент и разработка наиболее рациональных режимов резания.

5.2.5. Никель и его сплавы состав, свойства, применение

Никель (лат. Niccolum, Ni)  сравнительно мало распространен в природе, находится рудах: мышьяковистый никель NiAs (купферникель), никелевый блеск и др. Самородный никель встречается в метеоритах. Никель обладает сходством с металлом кобальтом, серебристо-белый, сильно блестящий, вальцуется в листы и тянется в проволоку, удельный вес 8,9, плавится около 1500 °С, на воздухе окисляется незначительно, на чем основано никелирование. По свойствам своим никель занимает промежуточное место между кобальтом и медью; в периодической системе никель помещен в восьмую группу элементов.

Никель находит обширное применение в сплавах с медью и цинком (никелевая монета, мельхиор), а также со сталью, причем в стали повышается предел упругости и сопротивление разрыву (при содержании никеля от 2 до 4 %).

Никель является основой большинства суперсплавов  жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности для деталей силовых установок:

 монель-металл (65-67 % Ni + 30-32 % Cu + 1 % Mn), жаростойкий до 500 °C, очень коррозионно-устойчив;

 белое золото (например, 585 проба содержит 58,5 % золота и сплав (лигатуру) из серебра и никеля (или палладия));

 нихром, сплав сопротивления (60 % Ni + 40 % Cr);

 пермаллой (76 % Ni + 17 %Fe + 5 % Cu + 2 % Cr), обладает высокой магнитной восприимчивостью при очень малых потерях на гистерезис;

 инвар (65 % Fe + 35 % Ni), почти не удлиняется при нагревании.

Кроме того, к сплавам никеля относятся никелевые и хромоникелевые стали, нейзильбер и различные сплавы сопротивления типа константана, никелина и манганина.

Никелирование  создание никелевого покрытия на поверхности другого металла с целью предохранения его от коррозии. Проводится гальваническим способом с использованием электролитов, содержащих сульфат никеля, хлорид натрия, гидроксид бора, поверхностно-активные и глянцующие вещества, и растворимых никелевых анодов. Толщина получаемого никелевого слоя составляет 12-36 мкм. Устойчивость блеска поверхности может быть обеспечена последующим хромированием (толщина слоя хрома 0,3 мкм).

Никель применяется при производстве железо-никелевых, никель-кад-миевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

Никель применяется в медицине при изготовлении брекет-систем (никелид титана), при протезировании.

Никель широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит бытовое название «никель».

Также никель используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.