И кипения (верхняя горизонталь) некоторых хлоридов; штриховкой показан температурный диапазон, в котором производится ректификация TiCl4
Ректификация технического TiCl4. Очистка TiCl4 осуществляется последовательно в двух ректификационных колоннах (рис. 5.66). В первой из смеси газов выделяют хлориды с более низкими температурами кипения, чем у TiCl4:SiCl4; GeCl4; СС14. Во второй колонне разделяют TiCl4 и высококипящие хлориды: А1С13; FeCl3; NbCl5; ТаС15.
Рис. 5.66. Схема ректификационной установки для очистки TiCl4
От примесей:
1 - колонна для отделения легколетучих хлоридов; 2 - колонна для отделения высококипящих хлоридов; 3 - подогреватели; 4 - дефлегматоры; 5 - насос: б - бак для сбора низкокипящих
Хлоридов; 7 - бак для сбора высококипящих хлоридов; 8 - запорные и регулирующие краны;
9 - кубы-испарители; 10- неконденсируемые газы (СО2; Cl2; N2; COCI2 и др.); 11 - холодильник
Процесс ректификации ведут в колоннах из нержавеющей стали с дырчатыми тарелками. Технический TiCl4, нагревают до 136°С, подают в среднюю часть первой колонны, в верхней части которой поддерживается температура 60-130°С. В результате охлаждения в дефлегматоре до 100°С образуется конденсат из TiCI4 и других высококипящих хлоридов, который возвращается в процесс - на орошение колонны. Пары низкокипящих хлоридов (SiCl4; GeCl4; СС14) из дефлегматора собираются в специальной емкости после предварительной конденсации в холодильнике. Неконденсируемые газы (СО2; С12; СОС12; N2) направляют на очистку от пыли.
Кубовый остаток, содержащий TiCl4 и примеси высококипящих хлоридов, подают во вторую колонну, в верхней части которой поддерживают температуру 134-136°С. Отбираемый из дефлегматора дистиллят - чистый четыреххлористый титан. Примеси AICl3, FeCl3, ТаС15, NbCl5 остаются в кубовом остатке второй колонны.
Содержание примесей в очищенном TiCl4 составляет 10-3-10-5%.
5.4.4. Получение конечной продукции
Конечной продукцией в титановом производстве могут быть TiO2, чистый металлический титан и ферротитан.
Диоксид титана ТiO2 обычно получают способом «сжигания» четырех- хлористого титана: TiCl4 + O2 = ТiO2 + 2С12. При температурах 900-1000°С эта реакция протекает с достаточно высокой скоростью. Образующийся хлор возвращается на хлорирование титанового сырья. Представляется перспективным в качестве источника тепла использовать кислородную плазму с температурами 6000-10000°С.
Получение металлического титана восстановлением ТiO2 затруднено из- за высокого сродства титана к кислороду Тем более что активно растворяющиеся в титане в ходе предыдущей операции (окисления TiCI4) кислород и азот существенно ухудшают технологические свойства титана.
Основное количество титана производят магниетермическим восстановлением хлорида титана в вакууме или в атмосфере инертных газов: TiCl4(г) + 2Mg(ж) = Ti(тв) + 2MgCl2(ж).
Принципиальная схема производства титана приведена на рис. 5.67.
Рис. 5.67. Технологическая схема получения титана магниетермическим