Производство титана

Титан получают магниетермическим способом. Производство титана включает в себя обогащение титановых руд, выплавку из них титанового шлака с последующим получением из него четыреххлористого титана и восстановление из последнего металлического титана магнием.

Сырьем для получения титана являются титаномагнетитовые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий, %: 40...45 TiO2, ~30 FeO, 20 Fe2O3 и 5...7 % пустой породы. Этот концентрат получил название по наличию в нем минерала ильменита (FeO*TiO2).

Ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углем, антрацитом, в которой оксиды железа и титана восстанавливаются. Образующееся железо науглероживается, и получается чугун, а низшие оксиды титана переходят в шлак. Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. Основной продукт этого процесса — титановый шлак — содержит 80...90 % TiO2, 2...5 % FeO, примеси SiO2, Al2O3, CaO и др. Побочный продукт этого процесса — чугун — используют в металлургическом производстве.

Полученный титановый шлак подвергают хлорированию в специальных печах. В нижней части печи располагают угольную насадку, нагревающуюся при пропускании через нее электрического тока. В печь подают брикеты титанового шлака, а через фурмы внутрь печи — хлор. При температуре 800...1250 °C в присутствии углерода образуется четыреххлористый титан, а также хлориды CaCl2, MgCl2 и др. Четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов, благодаря различию температуры кипения этих хлоридов, методом ректификации в специальных установках.

Титан из четыреххлористого титана восстанавливают в реакторах при температуре 950...1000 °С. В реактор загружают чушковый магний, после откачки воздуха и заполнения полости реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористый титан.

Между жидким магнием и четыреххлористым титаном происходит реакция



Твердые частицы титана спекаются в пористую массу — губку, а жидкий MgCl2 выпускают через летку реактора. Титановая губка содержит 35...40 % магния и хлористого магния. Для удаления из титановой губки этих примесей ее нагревают до температуры 900...950 °C в вакууме.

Титановую губку подвергают вакуумно-дуговому переплаву. Вакуум в печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке его от примесей. Полученные слитки титана имеют дефекты, поэтому их вторично переплавляют, применяя как расходуемые электроды. В результате этого чистота титана составляет 99,6...99,7 %. После вторичного переплава слитки используют для обработки давлением.