51. FeTi - ды алюмотермиялық балқыту
БҰҰ-да FeTi –ді алудың ең кең таралған әдісінің бірі болып, дайын өнім тотықтарын келесі реакциялар бойынша алюмотермиялық өңдеу саналады:
TiO2 + 4 / 3Al = Ti + 2 / 3Al2О3 = 2495кДж / кг оксида
SiO2 + 4 / 3Al = Si + 2 / 3Al2О3 = 4074кДж / кг оксида
2FeO + 4 / 3Al = 2Fe + 2 / 3Al2О3 = 4003кДж / кг оксида
2 / 3Fe2O3 + 4 / 3Al = 4 / 3Fe + 2 / 3Al2О3 = 5359кДж / кг оксида.
Темір тотықтары толық 99% өңделеді, кремнезем 90%-ға дейін, ал титан тотығы 75 - 80%-ға. Қожда қалған титан, қиын өңделетін, төменгі тотықтар (шамамен Ti және Ti2O3 арасында) түрінде болады. FeTi өндірісінің технологиялық тізбегі 1 суретте көрсетілген.
1-сурет - Қожды қайта өңдеу және жартылай өнім немесе жоғары глиноземді цементтен клинкерді алу бойынша FeTi – дің технологиялық сұлбасы: 1 - таразылар; 2 - араластырғыш; 3 – FeTi-ді аблқытуға арналған балқымалы мойындық; 4 – метал және қожға арналған шөміш; 5 – ұсақтағыш; 6 – оралған машина; 7 – қожды өңдеуге арналған электрлі пеш; 8 - копильник; 9 – құрғақ грануляцияға арналған жабдық
FeTi-ды ажырамалы жартыдан немесе бірнеше бөлімшелерден тұратын, жиналмалы шойынның мойындығында балқытады. Мойындық, аумағы отқа төзімді кірпіштермен жабдықталған, арбада орналастырылады. Мойындықтың қабырғаларын қыздырылған күйде балғалы магнезит (95%), сұйық шыны (0,7%) және отқа төзімді саздың (4,3%) қоспаларымен су ерітіндісімен торкретирлеу әдісімен футерлейді. Футеровканың ені 10-15 мм. Футеровканың басқа да әдістерін қолданады, мысалы, еденге магнезитті көпіршіктің қабатын себедіде, ал мойындық қабырғаларын асбестпен жасап үстіне саз жағады. Торкретирлеу – футеровканың ең дамыған әдісі.
Арбадағы дайындалған мойындық, шикіқұрамға арналған бункерлермен, мойындыққа беруге арналған шнектермен, шаң ұстау және вентиляцияға арналған қондырғымен жабдықталған, балқыту камерасына беріледі.
Балқыту үрдісін төменгі үйіндімен жүргізеді, бұл дегеніміз балқыту үрдісінің алдында мойындыққа шамамен 200 кг шикіқұрам себеді, оның үстіне үйілген қоспаны (селитр + магнит жоңқасы). Үйілген құйманы арнайы электрлі үйіндімен немесе магнит жоңқасымен өртейді. Экзотермиялық үрдістер қарқынды болған кезде, мойындыққа шнектің көмегімен бункерде дайындалған шикіқұрамды береді. Шикқұрамның алдын ала балқу жылдамдығы әдетте шамамен минутына 300 кг құрайды, ваннаның беті 1м2 болғанда. Мұндай жылдамдық ваннаны балқу кезінде жылу шығынын азайтатын, шикіқұрамның жіңішке қабатымен, қапталуын қамтамасыз етеді.
52. Титан технологиясы
Титанды жоғары жиілікте құрылымды материал ретінде қолданады, титанның дайын өнімін қиын көп сатылы қайта өңдеу технологиясы бойынша алады. Алғашында дайын өнімдерді қуаттылығы 10 – 15 МВА кен өңдегіш пештерде жоғары титанның қожын алу үшін жүргізеді.
Шикіқұраммен берілетін коксик ильменит құймасынан темір тотығын өңдеуді қамтамасыз етеді, нәтижесінде титан тотығының құрамы TiО2 шамасында 82 - 84%-ға жетеді, ал FeО-ның құрамы 3 - 4%-ға дейін төмендейді. Қождың шығатын кездегі температурасы шамамен 1700ºС.
Екінші сатыда титан қожын, титанның төрт валентті хлоридін TiCl4 алу үшін, көміртектің қатысуымен газ түріндегі хлормен хлорлауға түсіреді.
Титан қожының артықшылығы ретінде, оны, титанның төменгі тотықтарын ауның жоғары тотығына дейін қышқылсыздандыру әсерінен салқындату кезінде өздігінен сеппеленуіне икемділгі саналады.
Ti3+ - ді қышқылсыздандыру келесі реакция бойынша жүруі мүмкін:
Fe2+ + 2Ti3+ = Feo + 2Ti4+,
Канададағы төмен сортты ильменит кендерін өңдеумен алынатын қожды зерттеу кезінде электр пешіндегі антрцитпен жасалған.
Қождың негізгі фазасы: (71 - 72% TiО2) олардың ішінде 12% Ti2О3, 9% FeО, 1% Fe – жер бетінде жоқ элемент армалит, ол тек айлы грунтта (Апполо - 11) бар.
Арамалколит темір марганецті титанод Mg0,5Fe0,5TiO5 түрінде болады. Қождың көпіршігін хлорламас бұрын көміртекті қосылыстармен брикеттейді. Брикеттерді хлорлауды, шахталы электрлі қарсыласу электрлі пеші түрінде болатын, арнайы реактор – хлораторда жүргізеді. Брикеттердің құрамындағы көміртекті оттекпен байланыстырады, төмен температурада хлорлау реакциясының өтуін, бұл реакцияны қайтымсыз қылатын, қамтамасыз етеді:
TiО + C + 2Cl2 → TiCl4 + CO,
Ti2O3 + 3C + 4Cl2 → 2TiCl4 + 3CO,
TiO2 + 2C + 2Cl2 → TiCl4 + 2CO.
Титан тотықтарын хлорлаумен қатар, хлоридтердің түзілуіне әкелетін, басқа да тотықтармен өзара әрекеттесу реакциясы жүреді: SiCl4, FeCl2, AlCl3 және т.б.хлоридтердің айтарлықтай артықшылығы болып, тотықтағыларға қарағанда, балқудың температурасы және қайнаудың төмен температурасы. TiCl4 - tпл = 249К, tкип = 409К.
Бірінші сатыда TiCl4 келесі реакция бойынша Mg – мен өңделеді:
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2.
Бұл үрдісті температурада қарсыласу пештерінде жүргізеді, осы сатыда алынатын титанның ысқышы, кейін вакум пештерінде кешенді титанның құймасын алу үшін қайта балқытылады. Өзіндік құн құрылымында әрбір сатыдағы шығындар құрайды: титан қождарының өндірісі 6%, шикіқұрам дайындау 5%, брикеттерді хлорау және TiCl432%-ке дейін тазарту, TiCl4 – ті магнимен 57% өңдеу.