Получение титана и его сплавов

Для производства титана применяют главным образом рутил (ТiO2), ильменит (ТiO2-FeO) и перовскит (ТiO2*CaO). В связи с большим сродством титана к ки­слороду восстановить его из двуокиси (ТiO2) не удается. Поэтому двуокись титана сначала переводят в тетрахлорид титана (TiCl4), а затем из последнего получают чистый металл. Основным исходным сырьем для производства титана являются рутиловый и ильменитовый концентраты, которые получают обогащением титановых руд. Для получения четыреххлористого титана рутил смешивают с коксом, древесным углем или графитом и каменноугольным пеком. Из полученной смеси изготовляют прессованием брикеты, которые затем в герметически закрывающихся печах прокаливают при температуре 800-900° С. Полученные пористые брикеты подвергают хлорированию в специальных установках при температуре 800-850° С. Тетрахлорид титана в виде паров вместе с другими газообразными продуктами хлорирования поступает в пылеочиститель, где поддерживается температура 150-200 °С с тем, чтобы предотвратить в нем конденсацию паров TiCl4. Очищенную от пыли смесь хлоридов направляют для охлаждения в конденсаторы. Тетрахлорид титана концентрируется - накапливается в конденсаторах главным образом в жидком виде. Он содержит примеси в виде хлористых соединений других металлов, от которых освобождаются путем отстаивания, фильтрации и фракционной перегонки. В результате очистки получают тетрахлорид титана в виде бесцветной прозрачной жидкости.

Лучшим из них, получившим широкое распространение, является магнийтермический. Восстановление титана из TiCl4 производится магнием в специальных печах, называемых реакторами. Для этого магний высокой чистоты в виде чушек загружают в стальной стакан реактора и затем реактор плотно закрывают крышкой. Далее из реактора откачивают воздух, наполняют его аргоном и подают туда TiCl4. Скорость подачи тетрахлорида титана должна быть такой, чтобы температура внутри реактора поддерживалась в пределах 800-850° С, в противном случае материал реактора будет взаимодействовать с восстановленным титаном. Металлический титан выпадает на дно и стенки стального стакана и спекается в плотную губчатую массу, содержащую чистый и хлористый магний. Образующийся в результате реакций жидкий хлористый магний периодически удаляется. После окончания процесса и охлаждения стакана из него извлекают полученный продукт. Примерный состав губчатой массы: 65-55%Ti, 25-30 Mg и 10-15% MgCl2. Для удаления металлического и хлористого магния полученный титан подвергают рафинированию вакуумной сепарацией. Для этого стакан с реакционной массой закрывают крышкой, имеющей отверстия, затем поворачивают вверх дном, устанавливают в печь, создают вакуум 10-3 мм рт. ст. и нагревают до 900-950° С. При этом металлический и хлористый магний испаряются и проходят через отверстия в крышке стакана, конденсируются на конденсаторах, переходя из паров в жидкое, а затем в твердое состояние, и собираются в нижней части печи. Полученную титановую губку переплавляют в дуговых вакуумных печах и металл разливают в слитки. Плавка под вакуумом позволяет дополнительно очистить титан от влаги, водорода, металлического и хлористого магния. Слитки изготовляют массой до 5 кг и более. Их обрабатывают давлением для получения различных профилей. Технический титан высокой чистоты содержит не более 1% примесей. Хлористый магний (побочный продукт при производстве титана) можно использовать для получения магния, а хлор (побочный продукт при электролизе магния) и магний рационально применять при производстве титана. Согласно ГОСТу титан выпускается следующих марок: ТГ0 (99,65% Т), ТГ1 (99,21% Т), ТГ2 (99,18% Т).