Розділ 6 ! виробництво титану

Титан відкрив ще в 1791 р. англійський аматор-мінералог У. Грегор, хоч

омислове його виробництво розпочалося тільки в 50-х pp. 20 ст. Титан вико-

овують _для легування сталей, для виготовлення твердостопових

рументальних г^атеріалів, для виробництва титанових білил та емалей тощо.

Стопи титану мають найбільшу питому (віднесену до маси) міцність, високу

жароміцність і корозійну тривкість, а їх температура топлення перевищує 1650 °С.

Завдяки цим властивостям вони знайшли широке застосування в авіаційній

техніці, ракетобудуванні, кораблебудуванні й хімічному машинобудуванні.

1.6.1. Руди титану

За розповсюдженням у земній корі титан займає четверте місце серед металів і входить до складу більш ніж 70 мінералів. До головних мінералів належать такі: рутил, ільменіт, перовскіт, сфен і титаномагнетит.

Рутил — мінерал блідо-червоного кольору, містить оксид титану ТЮ, кількістю понад 90 %.

Ільменіт — мінерал бурого або буро-червоного кольору з металевим блиском, до складу якого входить ТіО, • FeO (40...60 % ТіО,).

Перовскіт — ТіО, • СаО (до 60 % ТЇО,).

Сфен — ТІО, ■ СаО • SiO₂ (32...42 % ТІО,).

Титаномагнетит має у своєму складі ільменіт і магнітний залізняк — ТіО,- FeO ■ Fe,O₄, що містить до 20 % ТІО,.

Руди титану збагачують флотацією або магнітною сепарацією, в результаті чого отримують концентрат, в якому не менше 90 % ТіО,.

1.6.2. Отримання титанового шлаку

Основною метою цього процесу є відокремлення оксидів заліза від двооксиду титану шляхом топлення роздріблених ільменітових руд в електродуговій печі. Відновником служить деревне вугілля або антрацит. Під час топлення оксиди заліза відновлюються до чистого заліза, а двооксид титану.

До низьких оксидів:

3(ТІО, ■ FeO) + 4С - 3Fe + ТІ₃О₅ + 4СО. (1.6.1)

При високій температурі печі (1600...1800 °С) залізо навуглецьовується і

Утворює чавун, а низькі оксиди титану переходять у шлак і спливають на по-

^Верхню. Окремо виливають шлак і окремо чавун й потім розливають їх у

иливниці. Під час випуску шлаку, його зберігання та переробки низькі оксиди

титану переходять в ТіО,. Титановий шлак містить 80...90 % ТіО₂, 2...5 % FeO й

домішки як SiO₂, MgO, MnO, A1,O₃, Сг₂О,. Роздріблений шлак після магнітної сепарації (для відокремлення частинок, що містять залізо), змішують з дрібним нафтовим коксом та кам'яновугільною смолою, як зв'язкою. Після обпалу, що служить для вилучення летких речовин при 700...800 °С без доступу повітря, отримують міцні й пористі брикети з концентрацією вуглецю 20...25 %.

1.6.3. Отримання чотирихлористого титану

Чотирихлористий титан ТіС1₄ є оптимальною сполукою для промислового добування металевого титану. З цією метою брикети із титанового шлаку хло­рують у присутності відновника — вуглецю, що є в складі брикетів. Для цього використовують шахтні герметичні електропечі, виконані з листової сталі й викладені футеровкою 4 (рисі.6.1) із шамотної цегли.

Нижня частина печі має вугляну насадку 3, що служить електроопором. До насадки підведені електроди 1 і 9. Під час пропускання через насадку електричного струму в нижній частині печі температура сягає 750...800 °С. Через отвір 8 в склепінні 6 простір печі заповнюють брикетами 5, після чого знизу через фурми 2 вдувають хлор. При температурі 800... 1250 °С в присутності вуглецю утворюється чотирихлористий титан у вигляді газу за реакцією:

ТЮ, + 2С + 2С1₂ = ТіС1₄ + 2СО. (1.6.2)

Крім ТіС1₄, отримують також хлориди інших металів (СаС1₂, MgCl,, MnCl,, FeCl,, CrCl₂, A1C1₃, SiCl₄) та гази (CO і CO,). Парогазова суміш виходить через отвір 7, а частина непрореагованого залишку збирається у нижній частині печі й періодично випускається через трубу 10. Після охолодження парогазової суміші в конденсаторних установках отримують рідкий чотирихлористий титан разом з хлоридами інших металів, від яких відокремлюють тверді частинки відстоюван­ням й фільтруванням. Потім ректифікують конденсат, щоб відділити чотири­хлористий титан з інших хлоридів, використовуючи різницю температур кипіння окремих складових конденсату. Очищений чотирихлористий титан відновлюють.