Технология производства титана

06 September 2015

Раздел:

Технология производства титана

Титан в последние годы в технике находит все большее применение.

Главное преимущество титана и его сплавов перед другими конструкционными материалами заключается в сочетании высоких механических свойств и коррозийной стойкости с малым удельным весом по сравнению с железными и другими сплавами.

Кроме того, титан и титановые сплавы имеют специфические свойства, которые крайне необходимы для ряда отраслей промышленности. Они обладают достаточно высокими механическими свойствами в условиях как повышенных температур 500—550º, так и низких; они имеют малый коэффициент линейного расширения, немагнитны и т. п.

Благодаря этому титан и его сплавы применяют в ракетной технике, в судостроении, химическом машиностроении, пищевой и других отраслях промышленности.

Производство титана представляет большие трудности в связи с тем, что он обладает высокой химической активностью при высоких температурах и требует создания для плавки среды инертных газов или вакуума.

Титан в природе встречается в ильмените и титаномагнетите, где содержание ТЮг (рутила) колеблется от 8 до 60%.

Титановую руду методом флотации отделяют от пустой породы и получают концентрат с высоким содержанием титанового окисла (90—99% ТiO2). Восстановление окислов титана представляет трудности ввиду большого сродства титана с кислородом.

Поэтому в современной практике титан восстанавливают из тетрахлорид титана TiCl4. Тетрахлорид получают одновременным восстановлением окислов ТiO2 и хлорированием по реакции: ТiO2 + 2С12 + 2С→TiС14 + 2СО.

Процесс получения тетрахлорида титана идет при высоких температурах.

Тетрахлорид титана TiCl4 устойчивое химическое соединение ципщ при 136°, но разлагается только при очень высоких температурах.

В настоящее время применяют несколько способов восстовления TiCl4, которые дают возможность вести восстановление его при более низких температурах водородом, натрием, магнием соответствующим  реакциям:

TiCl4 + 2H2→Ti + 4HC1;
Ti Cl4 + 4 Na→Ti + 4 Na CI и TiCl4 + 2Mg→Ti + 2MgCl2.

Способ восстановления титана магнием наиболее перспективен.

Восстановление ведется в специальных герметически закрытых аппаратах в среде инертных газов, например, аргона.

Магний расплавляют и через жидкий металл пропускают пары TiCl4, который реагирует с магнием и восстанавливается; процесс ведется при 850—950º.

В результате образуется продукт, который после охлаждения представляет собой смесь из титана, хлористого магния и избытка магния.

Этот продукт далее подвергают механической и химической обработке с целью извлечения металлического титана. Титан получается пористый в виде губки, которая переплавляется в порошкообразном состоянии или в виде прессованных электродов.

Плавка титана ведется в электрических высокочастотных или в электродуговых печах. Электродуговые печи находят большое применение и разделяются на два типа с постоянным водоохлаждаемым вольфрамовым электродом или с расходуемым прессованным электродом из титановой губки.

Плавка ведется в вакууме или в среде инертных газов. Емкость, в которой накапливается титан и образуется слиток, изготавливается из графита или из чистой красной меди и усиленно охлаждается водой.

В электропечи с постоянным вольфрамовым электродом охлаждаемый тигель постепенно наплавляется титаном, потом из него извлекают слиток.

Форма слитка соответствует форме тигля. В электропечи с высокочастотным нагревом наплавляют тигель титаном и поддерживают его в жидком состоянии за счет высокочастотного обогрева.

Когда емкость графитового тигля заполнена внизу, расплавляется пробка и титан заполняет изложницу. Форму слитка можно получить любую.

Таким образом из титана или его сплава можно также получать и литые фасонные детали.