Производство титана

Титан – металл с плотностью 4,5 г/см³ и температурой плавления 1680° С. Особая ценность этого металла заключается в его боль­шой удельной прочности и высокой коррозионной устойчивости. Этот металл нашел широкое применение в авиационной промыш­ленности.

Основная масса титана находится в земной коре в виде окислов типа МеО∙ТiO₂, где Ме – Fе, Са, Мg, Мn и др. В наибо­лее чистом виде титан встречается в природе в виде двуокиси (ТiO₂), которая имеет три модификации: рутил, брунит, анатаз. Основными рудами промышленного значения являются ильменит (Fе ТiO₃), титаномагнетит (смесь ильменита с окислами железа) и рутил.

Из титановых концентратов в результате их переработки по различным методам получают два основных вида продукции – двуокись титана ТiO₂ и четыреххлористый титан Т1С1₄. Получение двуокиси титана из руд осуществляется путем восстановительной переплавки руды, причем в качестве восстанавливающего компо­нента применяют антрацит, каменный уголь; в качестве флюса при этом используют в ряде случаев магнезит. Четыреххлористый титан получают непосредственным воздействием хлора на техни­ческую двуокись титана, получаемую из ильменита или титаномагнетита вышеуказанным способом или же хлорированием рутила. Полученный четыреххлористый титан загрязнен различными при­месями и, в частности, хлоридами железа, алюминия и др. в виде взвесей. Эти примеси обычно удаляют центрифугированием. Раст­воренные примеси удаляют вакуумной дистилляцией, ректификаци­ей и другими способами.

Получение металлического титана осуществляется различными способами, основным из которых является металлотермическое вос­становление четыреххлористого титана или двуокиси титана.

При восстановлении TiС1₄ в качестве восстановителей применяют магний или реже натрий. Использование магния обеспечивает наибольший выход металла и наибольшую экономическую эффективность процесса. Содержание титана в конечном продукте колеблется в пределах 98,5—99,0%. В качестве примесей в продукте присутствуют Mg,Сl, Н₂, Fе и некоторые другие элементы (менее 1%). После обработки порошка в вакууме удается почти полностью удалить водород.

При восстановлении двуокиси титана восстановление осуществляется кальцием или гидридом кальция.

Кроме методов металлотермического восстановления может быть использован электролиз как прямой метод получения титана из расплава титановых солей, но этот вариант не получил пока промышленного применения и находится в стадии лабораторной разработки.

Весьма перспективен метод плавки титана с помощью электронного луча достаточно высокой мощности. Этот метод активно развивается в последние годы; он обеспечивает получение весьма чистого металла, поскольку при воздействии электронного луча из металла эффективно удаляются газы (азот, кислород, водород). Современная техника выплавки титана позволяет получить слитки массой более 12 т.

Литой металл или металл, полученный по методу порошковой металлургии, обрабатывается далее давлением (прокаткой, ковкой, волочением, экструзией) для получения листа, проволоки, прутков, фасонного профиля и других изделий.