Свойства титана и области его применения
Серебристо-белый сравнительно легкий металл. Плотность 4,5 г/см3.
В периодической системе Д.И.Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22, атомная масса 47,90. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях титан четырехвалентен.
Температура плавления 1665 ºС, температура кипения 3227 ºС.
Металл очень прочный, пластичный, легко поддается механической обработке.
При обычной температуре титан отличается высокой химической стойкостью. При нагреве выше 500 ºС окисляется, пленка двуокиси TiO2 очень прочная.
Разбавленная серная кислота, азотная кислота любой концентрации и слабые растворы щелочей реагируют с титаном медленно. В соляной и плавиковой кислотах растворяется легко.
Титан обладает высокой коррозионной стойкостью во влажном воздухе, морской воде. Реагенты, разрушающие поверхностную оксидную пленку, вызывают коррозию титана.
Титан применяется как конструкционный материал, обладающий высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью. При легировании титана марганцем, хромом, алюминием, кремнием, молибденом перечисленные свойства улучшаются.
Титановые сплавы при повышенных температурах превосходят алюминиевые и магниевые сплавы. Этим обусловлено широкое применение титановых сплавов в самолето- и ракетостроении. Также сплавы широко применяются при изготовлении корпусов морских судов, подводных лодок, в автомобилестроении.
Химическая стойкость титана и его сплавов находит применение в химическом и металлургическом машиностроении, при изготовлении химического оборудования.
Из соединений титана широко применяется техническая двуокись – при производстве титановых белил и эмалей.
Сырье для получения титана и общие принципы его переработки
По распространенности в земной коре титан занимает 9-е место. Основные минералы, имеющие промышленное значение:
ильменит FeTiO3 – до 35% Ti;
рутил TiO2 – 100% TiO2.
Рутил – природный оксид титана – наилучший вид сырья, но крупные месторождения встречаются редко.
Ильменит наиболее распространенный минерал титана. Так как в ильменитовых рудах часто встречается магнетит, то такие руды называют титаномагнетитами.
Основными спутниками титана в этих минералах являются тантал, ниобий, цирконий, редкие земли.
Титановые руды подвергают предварительному обогащению гравитационными методами, магнитной или электростатической сепарацией.
В настоящее время титан производят путем восстановления тетрахлорида титана магнием. В небольших количествах титан получают восстановлением TiO2 кальцием или гидридом кальция.
Принципиальная схема наиболее распространенной технологии получения титана из ильменитов представлена на рисунке 33.
Рисунок 33 – Принципиальная технологическая схема получения титана из ильменитовых концентратов
Цель восстановительной плавки – избирательное восстановление железа до чугуна и максимальный перевод титана в шлак. Процесс проводят в трехэлектродных круглых электропечах мощностью 3,5-20 МВА. Температура процесса 1650-1750 ºС. Шихта предварительно брикетируется. Основная реакция процесса:
FeTiO3 + С = Fe + TiO2 + СО.
Извлечение титана в шлак составляет 96-96,5%. Содержание титана в шлаке ≥ 82-87%.
Чугун и шлак разделяют и направляют на соответствующую переработку.