§ 15. Поняття про виробництво титану

1. Титанові руди — це рутил ТіO₂, ільменіт FeO·ТіО₂ і тита­номагнетит—суміш ільменіту з оксидами заліза Fе₃O₄ і (част­ково) Fе₂О₃. Титанові руди збагачують флотацією або магніт­ною сепарацією, внаслідок чого утворюється концентрат з ви­соким вмістом оксиду титану (90—99% ТіО₂).

Одним з основних способів добування металевого титану з оксидів є магнієтермічний, який складається з двох стадій:

вироблення чотирихлористого титану і виділення металевого ти­тану.

2. Чотирихлористий титан виробляють відновленням ТіО2 і хлоруванням титану в хлораторі. Кожух 1 хлоратора (рис. 43, а) виготовляють з листової сталі і футерують ізсередини фа­сонною динасовою цеглою 2 з шамотним термоізоляційним шаром. Через бункер 6 у хлоратор завантажують брикети 5 пресованої суміші титанового концентрату ί деревянного вугілля (або графіту). Знизу через патрубок 4 в хлоратор надходить хлор. Процес хлорування відбувається при температурі 800— 850° С. Нагрівається хлоратор за допомогою нагрівальних гра­фітових елементів 3 опору. В ньому відбувається реакція

ТіО₂ + 2С + 2Сl₂ = ТіСІ₃ + 2СО.

Пара чотирихлористого титану TiCl4, що утворюється, тру­бопроводом 7 надходить у пилоочисник 8. а потім — у конден­сатор 9, де перетворюється на рідину. Рідкий чотирихлористий титан після відстоювання надходить на дальше очищення — фільтрацію і дистиляцію.

3. Виділення металевого титану. З очищеного чотирихлори­стого титану відновлюють металевий титан. Цей процес ведуть у спеціальних ретортах (рис. 43, б). У стальний стакан 17 корпуса 11 реактора за­вантажують чушковий маг­ній, герметично закривають кришкою 14, відкачують по­вітря з реактора і заповню­ють простір очищеним арго­ном. Потім за допомогою електронагрівника 12 реак­тор нагрівають до темпера­тури 800—850° С і подають у нього по трубі 13 чотирихлористий титан. Процес відновлення титану відбувається за реакцією

ТіСІ₄ (пара) + 2Mg (рідина) = Ті (тверде тіло) +2MgCl₂ (рідина).

Рис. 43. Схема вироблення титану.

Металевий титан виділяється у вигляді губки 16, а хлористий магній 10 відсмоктується вакуум-насосом по трубопроводу 15. Після закінчення процесу реактор охолоджують і виймають стакан з титановою губкою. Губка містить значну кількість шкідливих домішок, тому її очищають вакуумною дистиляцією. Для цього стакан з губкою поміщають у спеціальний апарат, де утворюється вакуум і одночасно здійснюється нагрівання до температури 900—950° С. Це забезпечує видалення з пор губчастої маси залишків металевого і хлористого магнію. Після охолодження апарата стакан виймають і титанову губку від­правляють на механічне дроблення. Потім подрібнену губку обробляють металокерамічним або іншими методами плавлення для того, щоб мати компактний титан.

Суть металокерамічного методу плавлення компактного титану полягає в тому, що титанові порошки пресують у заго­товки і потім спікають у вакуумній печі при температурі 1050— 1100° С. Компактний титан виробляють також плавленням губки в електричних дугових печах з нейтральною атмосферою (в се­редовищі аргону) або у вакуумі. Для цього застосовують електродугові печі двох типів: 1) з постійним вольфрамовим електродом; 2) з пресованим електродом з титанової губки, який витрачається.