2.6.3. Производство титана

Титан как элемент открыт в 1791 г. Его промышленное производство началось в 50 годы ХХ века. Титановые сплавы имеют наиболее высокую удельную прочность, среди всех металлических материалов, высокую жаропрочность и коррозионную стойкость. Титан, по распространению в природе, занимает четвертое место среди металлов и входит в состав более 70 минералов. Для производства титана, применяют главным образом, следующие руды: рутил (90%TiО₂), ильменит TiO₂ FeO (60%TiO₂), сфен CaOSiO₂ TiO₂ (30-40% TiO₂), перовскит CaOTiO₂ (60%TiO₂).

Производство титана является технологически сложным процессом. Наиболее широкое применение получил магнитермический способ: титановая руда обогащается до концентрата содержащего 50% TiO₂, затем производится его плавка на титановый шлак, полученный четыреххлористый титан TiCl₄ восстанавливают магнием, после чего рафинируют и разливают в слитки.

Обогащение титановых руд производят электромагнитным, флотационным, гравитационным и др. способами, получая концентрат, содержащий до 50% TiO₂ и около 35% Fe₂O₃ и FeO. Плавку производят в электродуговой печи. В результате получают титановый шлак, содержащий до 80% TiO₂. Побочным продуктом является чугун – до 0,5 % Ti. Измельченный шлак смешивают с мелким коксом и связующими, спрессовывают, прокалывают при Т=800-900⁰С и направляют на хлорирование. Полученный четыреххлористый титан восстанавливают в герметичных реакторах, куда заливают расплавленный магний и при Т=700⁰С начинают подачу TiCl₄:

ТiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Рафинирование титановой губки проводят методом вакуумной дистиляции, при Т-950 –1000⁰С в вакууме около 0,133Па, примеси титановой губки расплавляются и частично испаряются. Титановые слитки получают переплавкой титановой губки в вакуумных дуговых печах. Для получения высокого качества слитков плавку повторяют два раза.

2.6.4. Производство магния

Промышленное производство магния, открытого в 1828г., началось в 30 годах. Магний используется для получения титана, высокопрочного чугуна, входит в состав многих алюминиевых сплавов. Магний среди металлов занимает шестое место. Сырьём для получения магния служит: карналлит MgCl₂ KCl6H₂O (20%MgCl₂ ), магнезит MgCО₃ (45%MgO), доломит СаСО₃ MgCO₃ (15-20% MgO), бишофит MgCl₂ 6H₂O (50%MgCl₂). Магний получают двумя способами – электролитическим и термическим. Наиболее распространен электролитический:

1- получение хлористого магния – руду подвергают обжигу для удаления СО и получения MgO. Затем хлорированием в присутствии углерода получают хлорид магния: MgO + Cl₂ + C = MgCl₂ + CO.

2 - электролиз хлорида магния – ведут в специальных ваннах. Электролитом является сплав солей: 8-16% MgCl₂, 25-35%СaCl₂; 18-25% KCl и 25-35% NаСl_.

При электролизе MgCl₂ разлагается на аноде (+) выделяется хлор, откуда он отсасывается в хлоропровод. На катоде (-) всплывает магний, откуда удаляется вакуумными ковшами.

3- рафинирование – заключается в переплавке полученного магния с флюсами (MgCl₂, KCl и др.). При этом примеси опускаются на дно тигля. Температура рафинирования 720-750⁰С. При разливке в изложницы для защиты от окисления поверхность расплавленного металла опыляют порошком серы.