Основы металлургии (стр. 29 )

Восстановление ТЮг кремнием* натрием, магнием и кальцием, Самый слабый восстановиiель из числа рассматриваемых здесь ~ натрий. Натрий начинает реагировать с TiO2 лишь при 900 С и восстанавливает ее только до низших окислов. Восстановление кремнием идет лучше, но при этом образуются сплавы кремния с титаном. Восстановление ТЮ2 магнием начинается уже при 575 'С и постепенно развивается до 750*С, но при дальнейшем подъеме тем-ры протекает медленно. Восстановлению магнием мешае* образование твердых растворов MgO-TiO в атмосфере водорода выше 600С восстановление магнием сопровождается образованием гидрата титана. Наиболее сильный восстановитель - кальций. Окись кальция легко растворяется в разбавленных минеральных и органических кислотах и поэтому может быть сравнительно легко удалена после процесса восстановления. Восстановление кальцием в инертной среде начинается при 50(ГС. титан получают кальцийтермическим способом в стальном реакторе в среде аргона при тем-рах 1000-1100С. процесс протекает по р-ции: TiO2+2Ca£»Ti+2CaO. Образующаяся одновременно с титаном твердая окись кальция мешает кристаллизации металла, который вследствие этого получается в виде высокодислерсного порошка с крупностью частиц а несколько микронов. Для укрупнения кристаллов титана и повышения полноты протекания процесса в шихту добавляют в качестве флюса вещ-ва, растворяющие окись кальция, н-р СаС12 эти вещ-аа, образуя с окисью кальция легкоплавкую смесь» переводят ее в шлаки, что улучшает условия кристаллизации и спекания образующихся частиц титана, размеры к*рых увеличиваются. К недостаткам кальция как восстановителя прежде всего следует отнести значительное содержание в нем азота, к-рый в основном переходит в титан.

Восстановление П("Л гидридам кальция* Гндрит кальция получают нагревом кусков кальция в токе сухого, чистого водорода до 47QO-60CKC ТЮ2 восстанавливается в атмосфере водорода при тем-ре около 1000 С по р-цим: TiOr+ZCalb^ 11Н2+2СаО+Н2, процесс ведут в стальной аппаратуре, куда загружают смесь порошка ТЮ? и СаН?. В ре> те восстановления и последующей гидрометаллургический обработки получается тонкий порошок гидрида титана. Компактный титан получается при нагревании прессованных изделий или брикетов из гидрида титана до 600-1000'С в вакууме. Полученный таким образом металл содержит существенно меньшее кол-во кислорода, чем исходный гидрид.

Аяюмишшермическое восстановление ТЮ2 освоено в промыш-ых масштабах применительно к получению ферротитана Если этот процесс вести с предварительным подогревом шихты, то можно получить сплав с 25-27% Ti. При этом используют не более 55% TiG2< процесс получения титаиашоминиевых сплавов протекает по р-ции: 11()244/ЗА1^»2/ЗА12Оз+>Iь Сначала получают титаншпомиииевый сплав с минимальным содержанием неметаллических примесей и с содержанием 70-75% AL Такой сплав смешивают с магнием или цинкмагниевым сплавом и нагревают до 800-850'С в среде инертного газа, Полученный Al-Mg - или Al-Mg-Zn-сплав сливают, Титан остается в твердом виде в смеси с жидким сплавом, к-рый не удается слить полностью. Магний и цинк могут быть удалены из слитого и из оставшегося в титане сплава вакуумной сепарацией. Из сплава, полученного этим способом, титан можно выделить электролизом: при этом получается металл приемлемого качества.

Получение титана из карбидов и нитридов. ТЮ2. а также титановые руды технически могут быть переработаны в любые другие соединения титана, н~р в хлориды, фтоиды. сульфиды, нитриды, карбиды идр. Чистый металл из них соединений может быть получен восстановлением, электролизом или комбинированным способом. Использование карбидов и нитридов титана для получения чистого металла, так же как и смесей, содержащих металлический титан, связано с применением электролитического рафинорования. Исходным сырьем для первой стадии восстановления могут служить титансодержащие шлаки или рудные концентраты. В качестве восстановителя используют углерод. Al. Mg. Ca и др элементы. В зависимости от вида восстановителя и услоний проведения присоса получают металлический гитан, низшие окислы, карбид, нитрид, оксикарбид или оксикарбонитрид титана в смеси с другими соединениями и элементами. Для обогащения титаном смесь обрабатывают отмагничиванием. отмуч иканием, выщелачиванием кислотами и др спосабами; затем продукт подвергают электролизу с расходуемым анодом При нагревании титансодержащего сырья до 1200-1800хС в среде азота и в присутствии угля образуется нитрил титана в смеси с металлическим Fe, Mn и окислами металлов. После обогащения нитрид титана подвергают электролизу, к-рый позволяет получать металл, содержащий 98~99%Ti,

Электролиз хлоридов титана и др соед-нип. Хлориды титана..... наиболее подходящие соединения для

электролитического получения, В качестве электролитов могут быть использованы расплавы солей щелочных и щелочноземельных металлов, в к-рых достаточно хорошо растворяются низшие хлориды титана. Растворимость ПС14 в расплавах этих солей значительно ниже, однако это соединение также может быть использовано при электролизе. Низшие хлориды титана могут быть получены либо непосредственно в электролизной ванне, либо вне ее восстановлением TiCL$. при электролитическом получении титана рекомендуется применять жидкий катод (в кач-вс к-рого служат легкоплавкие металлы или сплавы) с тем, чтобы облегчить вывод подученного металла из ванны и обеспечить более высокий выход по току. Так» при электролизе 'ПС1.з и 'ПСЦ в качестве жидкого катода применяют сплав магния и цинком. Процесс электролиза ведут при тем-pax значительно ниже точки плавления титана, поэтому металл осаждается на катоде в виде губки или высокодисперсного продукта* в к-ром всегда содержится значительное кол-во электролита, а след-но, ТЮа как и все способы получения чистого титана, электролиз TiX)2 проводят в среде инертного газа* Используемые продукты должны быть весьма чистыми. Для получения чистого металла из катодного осадка необходим еще один сложный передел, н-р электролитическое рафинирование.

Восстановление ПС14 водородом* алюминием, кальцием и цинком, натрием и магнием. При выборе восстановителя для TiCU необходимо соблюдать след условия. 1 )Восетановяеиие должно протекать полно (до металлического титана) и достаточно быстро. 2)Должен быть разработан промышленный способ отделения гитана ui образующегося хлорида восстановителя и самого восстановителя. 3}Восстановитель должен быть достаточно дешевым.. 4)Примеиять восстановитель, для которого имеется промышленный способ производства его и хлоридов. 5)Хдорид восстановителя должен обладать большей плотностью, чем сам восстановитель. При проведении процесса хлорид должен «тонуть», чтобы не мешать реакции. Из металлов, используемых в качестве восстановителя, теоретически 'ПС14 будут восстанавливать Al, Mg, Na, Ca. Восстановление TiCl4 водородом начинается при 500"С; степень восстановления возрастает с повышением тем-ры. При 600 С образуется Т1С1> а с ростом тем-ры процесса - смесь низших хлоридов и металлического титата. Восстановление до металлического титана идет при тем-pax выше 2000'С по р-ции; l/2TiCl4+H-2^*l/2Ti+2HCI. Однако при понижении тем-ры протекают обратные р-ции с образованием низших хлоридов титана, поэтому конструктивное оформление процесса очень сложно. Алюминий представляет интерес как наиьолее дешевый восстановитель, он имеет наибольшую валентность из всех расемматриваемых. металлов, елед-шх расход ею соот-но меньше» Кальций - ниаболее сильный восстановитель. Полное восстановление заканчивается -800'С. Цинк - самый слабый восстановитель. Процесс восстановления TiCl4 цинком протекает лишь до образования низших хлоридов. Натрий и магний - лучшие восстановители для получения титана из его ПС!4. Процесс восстановления TiCLj до металла магнием протекает при тем-pax несколько выше 800'С* существуют промышленные способы отделения от титана хлористого магния и недоиспользованного магния по окончании процесса. Хлористый магний при тем-pax процесса находится в расплавленном состоянии* и так как его плотность, при этом больше, чем у магния, уже в процессе восстановления основная часть его может быть отделена и слита, Впоследствии хлористый магний можно использовать для производства магния. Оба способа - магниетермичсский и натриетермический освоены в промышленном масштабе.