Виробництво титану, Металургійний портал
Титан та її сплави є цінними конструкційними сплавами. За поєднанням властивостей вони перевершують багато легованих сталі і металів. Одержання металевого титану ускладнює його дуже висока хімічна активність при підвищених температурах. Титан утворює хімічні сполуки та тверді розчини з багатьма елементами. Тому при виробництві титану потрібні особливі умови, що забезпечують достатню чистоту металу, що виробляється.
Для отримання титану застосовують магнієтермічний спосіб, який включає операції:
- одержання титанових концентратів;
- виробництво титанового шлаку;
- виробництво чотирихлористого титану;
- відновлення чотирихлористого титану магнієм;
- вакуумна сепарація реакційної маси;
- плавка титанової губки у вакуумних печах
Отримання титанових концентратів
Виробництво титанового шлаку
Основне призначення цього процесу – відокремлення оксидів заліза від оксиду титану. Для цього ільменітовий концентрат плавлять у суміші з деревним вугіллям та антрацитом в електропечах, де оксиди заліза та частина титану відновлюються за реакцією:
Відновлене залізо навуглерожується, утворюючи чавун, який збирається на дні ванни печі, відокремлюючись від решти шлаку внаслідок відмінності їх питомих ваг. Чавун і шлак розливають окремо у виливниці. Отриманий титановий шлак містить 80-90% TiO2.
Виробництво чотирихлористого титану
Для отримання металевого титану використовують хлорид титану, одержаний шляхом хлорування титанового шлаку. Для цього титановий шлак подрібнюють, змішують з вугіллям і кам'яновугільним пеком, так як процес хлорування може проходити успішно тільки впри відновнику, і брикетують при нагріванні до 800 ° С без доступу повітря. Отримані брикети піддають хлоруванню у спеціальних печах. У нижній частині печі розташовується вугільна насадка, що нагрівається при пропусканні через неї електричного струму. У піч подають брикети титанового шлаку, а через фурми – хлор.
При температурі 800 – 1250 °С у присутності вуглецю утворюються чотирихлористий титан за реакцією:
Як побічні продукти виходять також хлориди інших металів (FeCl2, MnCl2, CrCl3 CaCl2 та ін.).
Завдяки відмінності температур кипіння хлоридів, чотирихлористий титан відокремлюється і очищається від інших хлоридів методом ректифікації в спеціальних установках.
Відновлення чотирихлористого титану магнієм
Відновлення здійснюється у спеціальних реакторах за нормальної температури 950 – 1000 °З. У реактор завантажують чушковий магній і після відкачування повітря і заповнення порожнини реактора аргоном всередину подають пароподібний чотирихлористий титан. Процес відновлення титану йде за реакцією:
Вакуумна сепарація реакційної маси
Сепарацію проводять з метою відокремлення титанової губки від магнію та хлористого магнію. Процес відділення полягає в тому, що реакційну масу нагрівають до 900 - 950 ° С в герметичному пристрої електронагрівальної печі, в якому створюється вакуум. При цьому частина хлористого магнію видаляється в рідкому вигляді, а решта хлористого магнію та магній випаровуються. Титанова губка після очищення прямує на плавку.
Плавка титанової губки у вакуумнодугових печах. Плавка губки шляхом вакуумно-дугового переплаву є основним методом переробки їх у зливки. Вакуум печі оберігає титан від окислення та сприяє очищенню його від домішок. Отриманізлитки титану переплавляють вдруге для видалення дефектів, використовуючи як витрачаються електроди. Після цього чистота титану становить 996-997%. Після вторинного переплаву зливки використовують для обробки тиском (кування, штампування, прокатка).