Титан, производствто

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.