Металлургия титана
Вопрос №28. Металлургия титана
Ti – Ме серебристого цвета, устойчив в атмосфере до 500 0С. Начинает окисляться в N2 при 800 0С. Известно более 80 минералов, кот. по суммарному соединению Ti составляют большую его долю в земной коре. В виде двуокиси Ti нах. в рутиле, в анатазе, брутиле. Ильменитные руды имеют преобладающее значение, однако с уменьшением их запасов все больший интерес появляется к титаногематитам, титаномагнетитам, где он нах. в соединениях с Fe2O3, Fe3O4. Руды и пески часто комплексные. В них сод. ZnSiO4, примеси V, Nb. Руды обогащают разными способами: флотация, гравитация, магнитная сепарация. Россыпи обогащают на столах, пользуясь различием плотности руд материалов и силикатной породы. В процессе восст. плавки, кот. проводят в 3-х электродных круглых электропечах сходными с исп. для плавки Ni. В печи среда должна быть умеренно восстановительной, поэтому подину выкладывают магнезитовым кирпичом, а стены гарнисажем. Чугун выпускают через летки. Задача получить богатый Ti чугун, т.к. переход Fe в закись Fe – единственный способ позволяющий получить умеренно вязкий шлак. Титанит Fe более легкоплавкий, особенно ильменит – t(пл)=1400 0С. Восстановление Fe и Ti из FeO и TiO можно записать в общем виде: MeO+CO=[Me]+CO2
Распределение Fe и Ti между чугуном и шлаком зависит от парциального давления CO в парах шихты. Плавку ведут периодически либо непрерывно. В 1-м случае в шлаке 5% Fe, во 2-м – 8-15%. В значительной мере исп. пр-во тетрахлорида Ti. Титановый шлак дробят, очищают от Fe магнитной сепарацией, смешивают с коксом и сульфидцеллюлозным щелоком в обогреваемом смесителе, а затем брикетируют на валковых прессах. Брикеты прокаливают для удаления влаги. В них сод. 25% С, 60% TiO2, а летучих <0,2%. Раньше брикеты хлорировали только в шахтных электропечах, теперь исп. автогенные хлораторы непрерывного действия. Пары TiCl4, кот. пригодны для шихт с малым кол-вом примесей Mg, Ca.
Хлорирование в солевом расплаве не требует брикетирования, при этом мелкую шихту непрерывно загружают в жид. ванну, где нах. CO, CO2, N2, Cl2, а также пары др. хлоридов: SiCl4, HCl, CCl4 и т.д., а также мелкие частицы шихты и возгонки. Извлечение Ti из шлаков в тетрахлорид 93%, кроме того сод. примеси Si, Al, Fe, V, Cl, S, TiOCl2. Затем осущ. очистку и концентрацию газов. Газы направляются в камеру, где с пылью оседают хлориды Fe и Al. Жид. TiCl4 сливают в сгуститель, где из него оседают частицы, образующие отвальный шлам. Очистку проводят 2-х стадийной ректификацией SiCl4, CCl4, CS2 при 60-130 0С, отделяют FeNCl5, TiOCl2 и др. примеси. В диафрагме 2-й колонны получают тетрахлорид Ti, имеющий не более 10% примесей, затем восстанавливают из тетрахлорида титан.
Восст. Ti проводят периодическими способами в герметичных ретортах из нержавейки заполненных аргоном. Затем направляют в электропечь, откачивают воздух, заполняют аргоном и при 900 0С заливают расплавленный Mg и начинают подачу жидкого тетрахлорида Ti (t=800-900 0C) с регулированием ск-ти. Для охлаждения реторту обдувают воздухом. Жидкий Mg периодически выпускают через патрубок в днище реторты. По окончании процесса восст. реторту вынимают из печи краном. Ее содержимое: 60% Ti, 30% Mg, 10% MgCl2. Разделение этих в-в основано на различном давлении паров при 900 0С в вакууме. У Ti оно мало. Крышку реторты снимают, вместо нее устанавливают охлаждаемый водой конденсатор. Реторту устанавливают в печь, создают вакуум и проводят дистилляцию при 950-1000 0С в течение 25ч. Полученный конденсат Ti плавят, попутно получая оборотный Mg и MgCl2. Титановую губку извлекают из реторт пневматическими зубилами. Для плавки в слиток идут более чистые крупные фракции. Иодидное рафинирование Ti губки позволяет частично удалить примеси: O2, N2, Fe, Mg и др., повышая чистоту Ме до 99,9%.
