Titanul se caracterizează prin rezistență mecanică ridicată, rezistență la coroziune, rezistență la căldură (tпл = 1660 °C) și densitate scăzută (4,51 g/cm 3 ). Este utilizat ca material structural în construcția de aeronave, precum și în construcția de nave pentru transportul acizilor nitric concentrat și sulfuric diluat.
Dioxidul de TiO este, de asemenea, utilizat pentru producția de var de titan și acid sulfuric.2 dioxidul de TiO este, de asemenea, utilizat pentru producția de lapte de var de titan și email.
Cea mai comună materie primă pentru producția de titan și dioxid de titan este concentratul de ilmenită, extras în timpul îmbogățirii minereurilor de fier titanomagnetitice, care conține %: 40-60 TiO2, ~ 30 FeO, ~ 20 Fe2O3 și 5-7 deșeuri de rocă (CaO, MgO, Al2O3SiO2), cu titan sub formă de mineral ilmenit FeO — TiO2.
Producția de titan
Procesul tehnologic de producție a titanului din concentrat de ilmenită constă în următoarele etape principale: obținerea zgurii de titan prin topire prin reducere, obținerea tetraclorurii de titan prin clorurarea zgurii de titan, obținerea titanului (burete, pulbere) prin reducerea din tetraclorură. În plus, se realizează adesea rafinarea titanului obținut și, uneori, retopirea pentru a obține titan sub formă de lingouri.
Topirea prin reducere a concentratului de ilmenită urmărește transformarea TiO2 în zgură și de a separa oxizii de fier prin reducerea lor. Topirea se realizează în cuptoare cu arc electric. Concentratul și agentul de reducere (cocs, antracit) sunt încărcate în cuptor, sunt încălzite până la 1650 °С. ~ 1650 °С. Reacția principală este: FeO — TiO2 + C = Fe + TiO2 + CO.
Fierul redus și carburizat este utilizat pentru a forma fontă brută, în timp ce oxidul de titan este transformat în zgură, care conține 82-90 % TiO2 (zgură de titan).
Producerea tetraclorurii de titan TiCl4 se obține prin expunerea oxidului de titan la clor gazos la temperaturi de 700-900 °C și are loc reacția: TiO2 +2Cl2 + 2C = TiCl4 + 2CO. Materia primă inițială care conține titan este zgura de titan.
Clorurarea se realizează în cloratoare cu puț continuu sau în cloratoare de sare. Un clorinator de mină este un cilindru căptușit cu un diametru de până la 2 m și o înălțime de 10 m, în care brichetele de zgură de titan zdrobită sunt încărcate de sus, iar gazul electrolizorului de magneziu cu un conținut de 65-70 % Cl este suflat de jos2.
Interacțiunea dintre brichetele de TiO2 și clorul are loc cu degajare de căldură, furnizând temperaturile necesare pentru proces (~ 950 °C în zona de reacție). TiCl gazos format în clorinator este evacuat prin partea superioară, restul reziduului este eliminat prin partea superioară.4 este evacuat prin partea superioară, zgura reziduală de la clorinare este evacuată continuu prin partea inferioară.
Clorinatorul de sare este o cameră căptușită cu șamotă, umplută pe jumătate cu electrolit uzat de electrolizoare de magneziu care conțin cloruri de potasiu, sodiu, magneziu și calciu. Scoria de titan zdrobită și cocsul sunt încărcate în topitură de sus, iar clorul este suflat de jos. Temperatura de 800-850 °C necesară pentru clorurarea intensivă a zgurii de titan din topitură este asigurată de căldura reacțiilor exotermice de clorurare. TiCl gazos4din partea superioară a clorinatorului este deviată pentru curățarea de impurități, electrolitul uzat fiind înlocuit periodic. Principalul avantaj al clorinatoarelor cu sare este că nu este necesară brichetarea costisitoare a încărcăturii. TiCl gazos evacuat din clorinatoare conține praf și impurități ale gazelor.4 conține praf și impurități de gaze — CO, CO2 și diverse cloruri, de aceea este supus unui proces complex, desfășurat în mai multe etape de purificare.
Reducerea metalotermică a titanului din tetraclorura TiCl4 se realizează prin magneziu sau sodiu. Pentru reducerea cu magneziu se folosesc aparate care reprezintă (fig. 252) o retortă închisă ermetic, înaltă de 2-3 m, din oțel crom-nichel, plasată într-un cuptor. După intrarea în cuptorul încălzit până la ~ 750 °C, retorta de magneziu este alimentată cu tetraclorură de titan. Reducerea titanului prin magneziu TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 are loc odată cu degajarea de căldură, astfel încât încălzirea electrică a cuptorului este oprită și retorta este suflată cu aer, menținând temperatura în intervalul 800-900 °C, aceasta fiind reglată și de rata de alimentare cu tetraclorură de titan. Pentru un ciclu de reducere care durează 30-50 h se obțin 1-4 tone de titan sub formă de burete (particulele solide de titan sunt sinterizate într-o masă poroasă — burete). MgCl lichid2 lichid este eliberat periodic din retortă.
Buretele de titan absoarbe o cantitate mare de MgCl2și magneziu, prin urmare, după încheierea ciclului de reducere se efectuează distilarea în vid a impurităților. Etuva după încălzirea la~1000 °С și crearea vidului în acesta sunt menținute timp de 35-50 h; în acest timp impuritățile sunt evaporate. Uneori, se efectuează distilarea impurităților din burete după scoaterea acestuia din retortă. Reducerea sodiului se realizează în aparate similare cu cele utilizate pentru reducerea termică a magneziului. În retortă, după TiCl4 și sodiu lichid are loc reacția de reducere a titanului: TiCl4 + 4Na = Ti + 4NaCl. Temperatura de 800-880 °C este menținută datorită căldurii eliberate în timpul reducerii.
Masa solidă obținută, care conține 17 % Ti și 83 % NaCl, se extrage din reactor, se zdrobește și se lixivează cu apă NaCl, obținându-se pulbere de titan.
Rafinarea titanului
Pentru a obține titan de puritate ridicată, se utilizează așa-numita metodă a iodurii, în care reacția Ti + 2I2 ⇔ TiI4. La temperatura de 100-200 °C reacția se desfășoară în direcția formării TiI4, iar la o temperatură de 1300-1400 °C — în direcția opusă.
Buretele (pulberea) de titan se încarcă într-o retortă specială, se plasează într-un termostat, unde temperatura trebuie să fie la 100-200 °C, iar în interiorul acesteia se folosește un dispozitiv special pentru a sparge o fiolă de iod. Prin mai multe fire de titan întinse în retortă trece curent, în urma căruia acestea devin incandescente la 1300-1400 °С. Vaporii de iod reacționează cu buretele de titan prin reacția Ti + 2I2-> TiI4. TiI obținut4 se descompune pe o sârmă de titan încălzită, formând cristale de titan pur și eliberând iod: TiI4 -> Ti + 2I2. Vaporii de iod interacționează din nou cu titanul rafinat, iar pe sârmă se formează treptat un strat de titan pur care cristalizează. Procesul se încheie atunci când grosimea barei de titan produse este de 25-30 mm. Metalul obținut conține 99,9-99,99 % Ti, într-un aparat se obțin ~ 10 kg de titan pur pe zi.
Producerea lingourilor de titan
Pentru a obține titan ductil sub formă de lingouri, buretele este topit din nou într-un cuptor cu arc în vid. Electrodul consumabil (de topire) se obține prin presarea buretelui și a deșeurilor de titan. Titanul lichid se solidifică în cuptor într-un cristalizator răcit cu apă.
