Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное Государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Российский государственный профессионально – педагогический университет»

Машиностроительный институт

Кафедра материаловедения, технологии контроля в машиностроении и методики профессионального обучения

Р Е Ф Е Р А Т

По дисциплине: «основы заготовительного производства»

Вариант 5

«ПРОИЗВОДСТВО ТИТАНА»

Студент группы: ЗПМ - 402 С

ФИО: Цветкова Ирина Николаевна

Шифр зачетной книжки: 1201539

Проверил

Заведующий кафедрой

Профессор, доктор технических наук Б.Н.Гузанов

Екатеринбург

2015

Содержание

Содержание……………………………………………………………...2

1. Введение…………………………………………………………………3

2. Производство титана……………………………………………………4

   1. Общие сведения о титане………………………………………...4

   2. Производство титана из ильменитового концентрата………..7

   3. Восстановление тетрахлорида титана магнием………………11

   4. Плавка титановой губки………………………………………..15

   5. Получение титана высокой чистоты…………………………..16

   6. Технический титан и его сплавы………………………………18

3. Заключение……………………………………………………………...21

Используемая литература……………………………………………...22

1. Введение

При изучении литературы по производству титана, мной был выделен учебник Б.А. Кузьмин А.И. Самохоцкий, Т.Н. Кузнецова Металлургия, металловедение и конструкционные материалы.

В своей работе, опираясь на выше указанный учебник, мной были описаны область применения титана, способы получения титановых сплавов, титана высокой чистоты, плавки титановой губки.

2. Производство титана

1. Общие сведения о титане

Титан - металл серебристого цвета с голубоватым отливом; имеет невысокую плотность 4,507 г/см3; плавится при температуре около 1660° С, кипит при 3260° С. Титан имеет две аллотропические модификации; до 882° С существует α-титан, имеющий гексагональную решетку с параметрами а0 = 0,295 Нм (2,951 А) и с0 = 0,468 Нм (4,684 А), и при более высоких температурах- β-титан с кубической объемноцентрированной решеткой с параметром а = 0,304 Нм (3,036 А).

Механические свойства титана значительно изменяются от содержания в нем примесей. Чистый титан ковок и имеет невысокую твердость НВ - 70; технический металл хрупок и тверд (НВ180- 280).

Вредными примесями титана являются азот и кислород, резко снижающие его пластичность, а также углерод, который при содержании более 0,15% снижает ковкость, затрудняет обработку титана резанием и резко ухудшает свариваемость. Водород сильно повышает чувствительность титана к надрезу, поэтому этот эффект называют водородной хрупкостью.

На поверхности титана образуется стойкая оксидная пленка, вследствие чего титан обладает высокой сопротивляемостью коррозии в некоторых кислотах, в морской и пресной воде. На воздухе титан устойчив и мало изменяет свои механические свойства при нагреве до 400° С. При более высоком нагреве он начинает поглощать кислород и постепенно ухудшаются его механические свойства, а выше 540° С - становится хрупким. При нагреве выше 800° С титан энергично поглощает кислород, азот и водород, что используется в металлургии для раскисления стали.

Титан образует ряд окислов. Из них наиболее изучены TiO2, Ti2O3, Ti3O5, TiO. Двуокись титана TiO2 - амфотерный порошок белого цвета, практически не растворимый в воде и разбавленных кислотах, но растворимый при нагревании в серной, соляной, азотной кислотах. В природе встречается в виде трех минералов: рутила, анатаза и брукита - различных кристаллических модификациях двуокиси титана.

Двуокись титана является основным продуктом переработки титанового сырья.

Закись титана TiO - вещество золотисто-желтого цвета с металлическим блеском, обладающее электропроводностью. Окись Ti2O3 часто присутствует в значительных количествах в титановых шлаках, его кристаллы имеют оттенки от розового до оранжевого.

Большая часть природного титанового сырья используется в виде двуокиси титана, применяемой при производстве белил и белых эмалей, отличающихся теплостойкостью.

Титан давно и широко используется как хороший раскислитель и легирующая добавка в стали и сплавы цветных металлов.

За последние десятилетия после промышленного освоения ковкого титана он стал широко использоваться как прочный, относительно легкий коррозионностойкий и жаропрочный конструкционный материал. Он используется в самолетостроении, ракетостроении, при производстве реактивных двигателей. Он получил признание и в судостроении благодаря его устойчивости против воздействия морской воды.

Производство титана быстро возрастает. Если в 1959 г. капиталистические страны произвели около 7000 т титановой губки, то в 1966 г. В этих странах его производство достигло 22 300 т.

В 1954 г. на Подольском химико-металлургическом заводе было впервые начато промышленное получение титана. Первый советский Днепровский титано-магниевый комбинат вступил в строй в 1957 г.; в 1959 г. начал выдавать металл Березняковский титано-магниевый комбинат (первая очередь). С пуском в 1965 г. Усть-Каменогорского титано-магниевого комбината СССР по производству титана занял ведущее место в мире.

По распространенности в земной коре титан занимает десятое место среди других элементов (0,61% по массе). Известно около 60 минералов титана, из них наибольшее промышленное значение имеют ильменит, рутил, перовскит и сфен.

Ильменит FeO•TiO2 впервые был найден на Урале в Ильменских горах, откуда и получил свое название. Это блестящий минерал буро-черного цвета, измельчающийся при выветривании и поэтому часто встречающийся в россыпях. Важным источником ильменита служат титано-магнетитовые железные руды - смеси ильменита с магнетитом Fe3O4 и частично с гематитом Fe2O3. В этих рудах содержание двуокиси титана достигает иногда 20%. Запасы коренных титановых руд этого типа на Урале составляют миллионы тонн. Титано-магнетитовые руды можно подвергать гравитационному и магнитному обогащению, в результате удается получать концентрат, содержащий более 40% TiO2, около 50% окислов железа и около 8% А12O3 + SiO2 + MgO + CaO.

Рутил TiO2 прозрачен, обладает алмазнометаллическим блеском, бывает окрашен в различные цвета (красно-коричневый, желтый, синий, черный).

Крупные месторождения рутила встречаются редко.

Перовскит CaO•TiO2 содержит более 58% TiO2. В СССР есть крупные месторождения этого минерала, причем выделение концентратов перовскита, содержащих до 47% TiO2, методами гравитации и флотации не встречает больших затруднений.

Сфен (титанит) CaO•TiO2•SiO2 - титаносиликат кальция встречается вместе с другими полезными минералами - апатитом и нефелином и при условии комплексной переработки может быть перспективным сырьем, хотя он и более беден, чем ранее рассмотренные минералы.

Известно несколько различных способов получения титана из его руд.

Причем во всех случаях металлургической переработке всегда предшествует обогащение руды и получение концентрата. Выбор способа металлургической переработки зависит от требований и назначения конечного продукта, а также типа исходного сырья и характера содержащихся в нем примесей.