Титан

Производство

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Ильменитовые концентраты, содержащие 40-62% ТiO₂ и 40-48% FeO + Fe₂O₃, чаще всего подвергают либо сернокислотной, либо пирометаллургич. переработке. В первом случае концентраты разлагают H₂SO₄, выщелачивают водой и гидролизуют образовавшиеся окси-сульфаты титана; получают гидроксид титана, который прокаливают до ТiO₂. Побочный продукт - FeSO₄·7Н₂О.

Наиболее распространенным методом получения металлического титана является магниетермический метод, то есть восстановление тетрахлорида титана металлическим магнием (реже - натрием):

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Пирометаллургическая переработка состоит в восстановительной плавке ильменитовых концентратов с коксом или антрацитом и последующем хлорировании титанового шлака (содержит 80-85% ТiO₂); затем проводят очистку TiCl₄, его восстановление с получением титановой губки, переплавку губки и рафинирование металла. Алюмотермическим восстановлением ильменитовых концентратов получают ферротитан.

Восстановительную плавку ильменитовых концентратов ведут в электродуговых печах при 1600-1700 °С, загружая в печи брикетированную или порошкообразную шихту и получая два продукта - чугун и титановый шлак. Извлечение титана в шлак составляет 96,0-98,5%, Fe в чугун - 96-97%, расход электроэнергии на 1 т шлака 1900-2100 кВт·ч. Состав шлака: 82-87% ТiO₂, 2,7-6,5% FeO, 2,8-5,6% SiO₂, 2-6% А1₂О₃, 2-6% MgO, а также СаО, МnО, Сr₂О₃ и др. Хлорирование ТiO₂, титановых шлаков и других титансодержащих продуктов проводят при температуре 900—1000 °С в шахтных печах, реакторах с солевым расплавом или реакторах кипящего слоя. К исходному продукту добавляют кокс, который связывает кислород оксидов в смесь СО и СО₂ и влияет на равновесие процесса. Перед хлорированием в шахтных печах титановые концентраты или шлаки смешивают с нефтяным коксом (20-25% в шихте) и связующими, брикетируют и прокаливают брикеты при 800-850 °С.

Хлорирование в расплаве, содержащем КСl, NaCl, СаСl₂, MgCl₂ и небольшие количества других хлоридов, не требует брикетирования порошкообразной шихты; удельная производительность реакторов выше, чем шахтных печей.

Реакционные газы из хлораторов направляют на очистку в солевых фильтрах (примеси FeCl₃, AlCl₃, некоторые оксихлоридов образуют с NaCl и КС1 легкоплавкие хлорометаллаты), а затем на конденсацию TiCl₄. Очищают TiCl₄ ректификацией (от некоторых примесей селективным восстановлением).

Восстанавливают TiCl₄ обычно магниетермически (процесс Кролля). Таким путем получают ок. 80% всего титана. Применяют специальные герметичные реторты, рассчитанные на одновременное получение от 1 до 10 т титана, с суточной производительностью до 140 т. TiCl₄ подают в реторту непрерывно или периодически, одновременно сливая накопившийся расплавленный MgCl₂. По завершении процесса реторту охлаждают, извлекают и очищают полученный пористый титан - титановую губку.

Титан по этому процессу получается в губчатом виде и после измельчения переплавляется в вакуумных дуговых печах на слитки с введением легирующих добавок, если требуется получить сплав. Магниетермический метод позволяет создать крупное промышленное производство титана с замкнутым технологическим циклом, так как образующийся при восстановлении побочный продукт - хлорид магния направляется на электролиз для получения магния и хлора.

В ряде случаев для производства изделий из титана и его сплавов выгодно применять методы порошковой металлургии. Для получения особо тонких порошков (например, для радиоэлектроники) можно использовать восстановление оксида титана (IV) гидридом кальция.