Получение титана

Титан и его сплавы являются ценными конструкционными сплавами. По

сочетанию свойств они превосходят многие легированные стали и сплавы

металлов. Получение металлического титана затрудняется его очень высокой химической активностью при повышенных температурах. Титан образует химические соединения и твердые растворы со многими элементами. Поэтому при производстве титана требуются особые условия, обеспечивающие достаточную чистоту производимого металла.

Для получения титана применяют магниетермический способ, который

включает операции:

- получение титановых концентратов;

- производство титанового шлака;

- производство четыреххлористого титана;

- восстановление четыреххлористого титана магнием;

- вакуумная сепарация реакционной массы;

- плавка титановой губки в вакуумных печах.

Получение титановых концентратов. Титановые руды подвергают обо-

гащению, в результате которого получают концентраты с повышенным содержанием TiO₂. Наиболее распространенным сырьем для получения титана является титано-магнетитановые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий 40 – 45% TiO2, 30% FeO, 20% Fe2O3 и 5 – 7% пустой породы.

Производство титанового шлака. Основное назначение этого процесса – отделение оксидов железа от оксида титана. Для этого ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углём и антрацитом в электропечах, где оксиды железа и часть титана восстанавливаются по реакции:

3(FeO⋅TiO₂) + 4C = 3Fe + Ti₃O₅+ 4CO

Восстановленное железо науглероживается, образуя чугун, который соби-

рается на дне ванны печи, отделяясь от остальной массы шлака вследствие различия их удельных весов. Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. Полученный титановый шлак содержит 80 – 90% TiO₂.

Получение Магния

Магний получают электролизом из его расплавленных солей.

Основным сырьем для получения магния являются карналлит

(MgCl₂⋅KCl⋅6H₂O) , магнезит (MgCO₃), доломит (CaCO₃ MgCO₃ ), бишофит (MgCl₂⋅6H₂O). Наибольшее распространение получил карналлит, который предварительно обогащают и обезвоживают. Безводный карналлит (MgCl₂ ⋅ KCl) используют для приготовления электролита.

Основной составляющей электролита является хлористый магний. Для

снижения температуры плавления электролита и повышения его электропроводности в состав электролита вводят NaCl, CaCl₂, KCl. Большое распространениеполучил четырехкомпонентный электролит состава 10% MgCl2, 45% CaCl2, 30% NaCl, 15% KCl с небольшими добавками NaF и CaF2.

Электролиз осуществляют в электролизере, футерованном шамотным

Кирпичом

Анодами служат графитовые пластины, а катодами – стальные пластины.

Электролизер заполняют расплавленным электролитом, через который

пропускают электрический ток. В результате разложения хлористого магния

образуются ионы хлора, которые движутся к аноду. Ионы магния движутся к катоду и после разряда выделяются на поверхности, образуя капельки жидкого чернового магния. Магний имеет меньшую плотность, чем электролит, поэтому он всплывает на поверхность, откуда его периодически удаляют с помощью вакуумного ковша. Чтобы избежать взаимодействия хлора с магнием, а также короткого замыкания анода и катода расплавленным магнием, вверху устанавливают специальную разделительную диафрагму.

Черновой магний содержит около 5% примесей. Поэтому его рафинируют

переплавкой с флюсами, состоящими из MgCl2, KCl, BaCl2, CaF2, NaCl, CaCl2. Для этого черновой магний и флюс нагревают в электропечи до 700 – 750 °C и перемешивают. В результате неметаллические примеси переходят в шлак. После этого печь охлаждают до температуры 670 °C и магний разливают в изложницы.

Список литературы

1. http://window.edu.ru/resource/210/19210/files/metod231.pdf

2. С.Г. Ярушин «Технологические процессы в машиностроении», Пермь 2011