Получение порошка титана

Получение порошка ниобия

Процесс получения ниобия электролизом оксифторидных расплавов известен с начала 30-х гг. (патенты США 1931 и 1933 гг.) и имеет большое сходство с получением электролитического порошка тантала: очищенные соли расплавляют в никелевом тигле (катоде) и в расплав вводят Nb₂О₅; анод – графитовый стержень; температура электролита около 750 °С; напряжение на ванне 2,5 В, катодная плотность тока 5000–6000 А/м², выход по току не превышает 30 %. Получаемый осадок крупнозернист и, как правило, загрязнен низшими оксидами ниобия.

Более чистые порошки получают электролизом в хлоридных и хлоридно-фторидных расплавах с питанием ванны NbCl₅. Температура электролита составляет 680–720 °С, катодная плотность тока – 10000–20000 А/м². Выход по току не превышает 60 %. Электрорафинированием в электролите K₂NbF₇ + KC1 + NaCl при 700–750 °С и катодной плотности тока 1000–8000 А/м² удается получать порошок ниобия, содержание примесей в котором по сравнению с анодным материалом понижено по железу на 1–3, по кремнию на 1–1,5, по углероду на 1–1,5 и по кислороду на 1 порядок.

Принципиальная технологическая схема производства порошка титана электролитическим рафинированием его отходов включает следующие операции:

1) подготовка компонентов электролита, их плавление и загрузка в электролизер;

2) электролитическое рафинирование;

3) удаление и дробление катодного осадка;

4) выщелачивание остатков электролита;

5) классификация и сушка полученных порошков.

Растворимый анод выполняют из сыпучих (дробленых или измельченных до крупности 5–40 мм) либо измельченных и сбрикетированных титансодержащих материалов. В качестве солевой основы электролита выбирают системы типа КС1 + NaCl, KCl + NaCl + MgCl₂ или KCl + NaCl + LiCl. В растворе также будет находиться небольшое количество низших хлоридов титана, растворение которых в хлористом калии приводит к образованию комплексных соединений типа K₃TiCl_6. Электролиз ведут при температуре 800–850 °С в атмосфере аргона. Катод целесообразно изготовлять из жаростойких сталей. Напряжение на ванне около 6 В; начальная катодная плотность тока 5000–15000 А/м²; анодная плотность тока должна быть в 4–8 раз меньше катодной. Катодный осадок срезают специальным ножом, измельчают до < 5 мм, отделяют от электролита кислотным (выщелачиванием, промывают, размалывают, классифицируют и сушат. Выход по току достигает 90 %. В процессе электролиза примесь кислорода остается в анодном шламе в форме оксидов титана (ТiO₂, Ti₂О₃). Углерод находится в свободном состоянии на поверхности электролита или в анодном остатке в виде карбида. Азот содержится в анодном остатке в виде нитрида или выделяется с анодными газами; кремний удаляется с газами в виде SiCl₄. Получаемый порошок титана отличается высокой чистотой (не менее 99,7 %) и содержит, % (не более): 0,1 О, 0,05 N и 0,05 Fe.

Электрорафинирование сплавов на основе титана является более трудной задачей, хотя и проводится практически при тех же условиях электролиза, что и рафинирование отходов титана. Отделение титана от металлических примесей основано на различии их электродных потенциалов. При этом необходимо иметь в виду, что на степень очистки влияют значительная поляризация, в основном определяемая перепадом концентраций ионов титана в порах растущего шламового слоя по мере выработки титана из анода, уменьшение концентрации титана в поверхностных слоях анода и экранирование анода шламовым слоем. Это приводит при определенных степенях выработки анода к растворению в электролите вместе с титаном более электроположительных примесей и их осаждению на катоде совместно с титаном.

Электролитическим рафинированием анодных материалов соответствующих составов можно получать и порошки сплавов на основе титана, например сплавов Ti–A1.