Контрольная работа
По МДК 01.02. МЕТАЛЛУРГИЯ ЛЁГКИХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Тема 2.2 МЕТАЛЛУРГИЯ ТИТАНА
Специальность 22.02.02 Металлургия цветных металлов
Преподаватель Л.Н. Минакова
Студент
Группа
Красноярск
2020
Содержание
1 Свойства и применение титана. 3
2 Титаносодержащее сырьё. 4
3 Технологическая схема магниетермического способа производства титана. 5
4 Обогащение рудного титансодержащего сырья. 6
5 Восстановительная электроплавка титановых концентратов. 7
6 Хлорирование титановых шлаков. 9
7 Конденсация парогазовой смеси. 11
8 Рафинирование жидкого тетрахлорида титана. 13
9 Магниетермическое восстановление тетрахлорида титана. 15
10 Вакуумная сепарации титановой губки. 17
11 Получение компактного титана. 19
Свойства и применение титана
Двадцатый век по мере развития научно-технического прогресса называли «веком электричества», «веком радио», «веком всеобщей грамотности», «веком автомобиля», «веком космонавтики», даже «веком самых жестоких войн», но металлурги называют 20 век «веком алюминия и титана». Титан – очень ценный металл не только благодаря замечательным свойствам, но и потому, что запасы его в земной коре велики - более 80 минералов содержат титан. Кларк титана (содержание в литосфере) составляет 0,66-0,73 %, это седьмое место среди металлов.
Титан – металл 4 группы периодической системы Д.И. Менделеева, порядковый номер 22, атомная масса 47, 88, плотность 4,5 г/см3. Это пограничный металл между легкими (до 5 г/см3) и тяжелыми металлами. Титан обладает высокой прочностью, твердостью и хорошей пластичностью. Высокая температура плавления позволяет получать жаропрочные сплавы, отличное сопротивление коррозии – использовать для работы в агрессивных средах. Чистый титан очень хорошо сваривается и пригоден для любых видов механической обработки в горячем и холодном состоянии: его можно ковать, как железо, вытягивать, делать из него проволоку, прокатывать в листы, ленты, в фольгу толщиной до 0,01 мм. Особенно великолепными свойствами обладают сплавы на основе титана.
Титан более чем в 1,5 раза тяжелее алюминия (2,7 г/см3), но зато в 1,5 раза легче железа (7,8 г/см3), и, занимая по удельной плотности промежуточное положение между алюминием и железом, титан во много раз превосходит их по своим механическим свойствам, которые хорошо сохраняются при температурах до 500 – 700 °С.
Титан при повышенных температурах (более 400 °С) взаимодействует почти со всеми элементами Периодической системы, кроме щелочных и щелочноземельных металлов и инертных газов.
Прочность титана в 18 раз выше, чем у алюминия, а прочность его сплавов можно повысить в 1,5–2 раза.
Твердость в 12 раз больше, чем у алюминия, в 4 раза–железа и меди.
Тугоплавкость: температура плавления чистого элементарного титана 1668±3 °С. По тугоплавкости среди конструкционных металлов он стоит на первом месте:
Парамагнитность: магнитная восприимчивость титана очень слаба, это свойство используется при строительстве немагнитных кораблей, приборов, аппаратов.
Титан обладает удивительным свойством – «памятью». В сплаве с никелем и водородом он «запоминает» форму изделия, которую ему сделали при определенной температуре. Если такое изделие потом деформировать, например, свернуть в пружину, изогнуть, то оно останется в таком положении на долгое время. После нагревания до температуры, при которой изделие было сделано, оно принимает первоначальную форму.
Титан имеет еще одно замечательное свойство – исключительную стойкость в условиях кавитации, т. е. при усиленной «бомбардировке» металла в жидкой или газообразной среде пузырьками воздуха. Эти пузырьки, лопаясь на поверхности металла, вызывают очень сильные микроудары жидкости о поверхность движущегося тела. Они быстро разрушают многие материалы и металлы, а вот титан прекрасно противостоит кавитации.
Титан является одним из немногих металлов с исключительно высокой коррозионной стойкостью: он практически вечен в атмосфере воздуха, в холодной и кипящей воде, в растворах многих солей, неорганических и органических кислотах, во многих агрессивных средах. Дело в том, что реакции титана со многими элементами происходят только при высоких температурах, а при обычных температурах химическая активность титана чрезвычайно мала, он практически не вступает в реакции, потому что на поверхности чистого титана имеется инертная, тончайшая 0, 65 А (1А=10-10 м) оксидная пленка, и металл ею «пассивируется», т. е. защищает сам себя от разрушения.
Титан находит широкое применение в самых различных отраслях промышленности.
Авиакосмическая промышленность была первым потребителем титана. Создание сверхзвуковых самолетов потребовало новых конструкционных материалов для двигателей, корпуса и обшивки. Сочетание низкой плотности (что обеспечивает малую массу изделий) с достаточной прочностью и коррозионной стойкостью, хорошие механические и технологические свойства сделали титан и его сплавы незаменимыми для авиа- и ракетостроения, судостроения и подводных лодок. Авиакосмическая техника и сейчас определяет темпы развития титановой промышленности.
В химическом и нефтяном машиностроении титан и его сплавы широко используются для изготовления коммуникаций. Трубы из титана практически незаменимы вследствие их высоких антикоррозионных характеристик и химической инертности к агрессивным средам и реактивам, хлор-газу, водным и кислым растворам хлора.
Цветная металлургия: наибольшее распространение титановое оборудование получило на предприятиях хлорной металлургии, кобальтово-никелевой и титаново-магниевой промышленности.
Чёрная металлургия: добавки титана повышают качество чугуна и стали.
Медицина, пищевая промышленность. Титан абсолютно биосовместим с организмом человека, его давно применяют в общей медицине, нейрохирургии и кардиохирургии, изготавливая из него различные препараты, инструменты, искусственные суставы, скобы, стенты, имплантаты и другие изделия.
Спорт: титановый спортивный инвентарь лёгкий и прочный.
Но титан имеет и свои недостатки, один из основных - высокая стоимость производства. Плавка титана может осуществляться только в вакууме или среде инертных газов. Титановая продукция имеет плохие антифрикционные свойства, высокую склонность к водородной хрупкости и солевой коррозии, плохую обрабатываемость резанием.
Задание 1. Объяснить, почему титан долгое время не применяли нигде.