Виробництво хлористого титану

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

1. Родовища і руди титану

2. Переробка рудної сировини

3. Виплавка титанових шлаків

4. Виробництво чотирихлористого титану

5. Принципова схема виробництва

6. Хлорування в хлоратори з розплавом і апаратах з киплячим шаром

7. Конденсація і поділ продуктів хлорування

8. Очищення технічного чотирихлористого титану

9. Технологія та апаратура магніетерміческого процесу відновлення

10. Основні області застосування титану і його сплавів

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

Титан є одним з найбільш поширених хімічних елементів як за змістом його в земній корі, так і по наявності мінералів цього металу в дуже багатьох гірських породах.

Відомо більше 80 мінералів, які за сумарним вмістом титану становлять досить велику частку в земній корі. Найважливіші мінерали титану в основному входять до складу п'яти характерних груп - рутилу, ільменіту, перовскіту, ніоботанталотітанатов і Стено, з яких найбільше значення мають групи рутилу і ільменіту.

Титанові мінерали - ільменіт, рутил, Стено - зустрічаються в розсіяному стані майже у всіх типах порід - магматичних і їх ефузивних породах, в породах метаморфічного комплексу (гнейси, амфіболіти, слюди), а також у осадових породах, особливо в глинах, боксити, пісках і пісковиках.

Переважна кількість відомих мінералів титану утворилася у зв'язку з магматогенним і процесами, в результаті яких формуються мінерали цього металу в поєднанні з киснем і залізом і у меншій мірі - з кальцієм і кремнієм.

1. РОДОВИЩА І РУДИ ТИТАНУ

Різні за величиною і генетичному типу родовища титану поширені в багатьох районах земної кулі. Незважаючи на велику різноманітність цих родовищ, промислові запаси титану представлені головним чином Ільменітом і рутил - основними мінералами, з яких у великому промисловому масштабі виробляють титан, його пігментний діоксид іінші хімічні сполуки.

Родовища титану магматичного виду, як правило, приурочені домасивів основних порід нормального і лужного ряду докембрійського і рідше ніжне палеозойского віку. Зазначені родовища формуються назначних глибинах, де при вмісті в базальтової магмі хоча б 1% діоксиду титану в процесі повільної її кристалізації можливе утворення ділянок, значно збагаченим цим діоксидом і що представляють собою родовища титанових руд.

Багаті і великі родовища цього типу зустрічаються в глибоко родованих поясах.

Родовища титану екзогенного типу приурочені до масивів, схильним глибоке хімічному вивітрюванню стародавніх метаморфогенних комплексів,що містять стійкі сполуки титану. У процесі формування таких родовищ спочатку створюються залишкові елювіальний-делювіальні родовища не збагачених стійкими мінералами титану породи, а потім при розмиві гірських цих кор вивітрювання формуються багаті розсипи титанових мінералів. У структурно-геологічному відношенні для пошуків багатих і великих родовищ титану сприятливими є сучасні або стародавні освіти прибережних морських рівнин.

Метаморфогенних родовища титану часто приурочені до тітанорудним районам з наявністю в них магматогенних і екзогенних родовищ.

2. ПЕРЕРОБКА РУДНОЇ СИРОВИНИ

Промислові способи одержання титану і його основних з'єднань базуються на використанні як вихідної сировини титанових концентратів, що містять не менш 92-94% TiO2 в рутиловим концентратах, 52 -

65% TiO2 в ільменітових концентратах з розсипів і 42-47% TiO2 вільменітових концентратах з корінних родовищ.

У Росії ільменитовий концентрати використовуються головним чином як сировини для випуску діоксиду титану та металу, а також виплавки феросплавіві карбідів, а рутиловим - для виробництва обмазки зварювальних електродів.

Близько 50% світового виробництва титанових концентратів базується на переробці руд розсипних родовищ і 50% - на переробці руд корінних родовищ.

Збагачення руд всіх розсипних і більшої частини руд корінних родовищ здійснюються з використанням на початку процесу найбільш простого і дешевого гравітаційного способу. При збагаченні складних корінних руд іноді використовують флотації, що, зокрема, відноситься до переробки руд родовища тітаномагнетіков Телнес в Норвегії.

Процес нефлотаціонного збагачення, як правило, здійснюється в два стадії. Перша стадія полягає в первинному гравітаційне збагачення,при якому виходить чорновий колективний концентрат. Друга стадія полягає в селекції (доведенні) зазначеного колективного концентрату методами магнітної та електричної сепарації з одержанням індивідуальних рутилового, ільменітового, цирконієвого, монацітового, дістенсілліманітового, ставролитовий і інших концентратів.

У процесах первинного збагачення широке застосування отримали досконалені гідроциклони, багатоярусні конічні і багато секційні гвинтові сепаратори і в меншому ступені концентраційні столи та інше сепараційні обладнання.

Доведення чорнових колективних концентратів заснована на використанні в різному поєднанні електромагнітної і електростатичного сепарації.

Найбільшою магнітної сприйнятливістю серед що входять до складу колективних концентратів мінералів має ільменіт і наступний за ним Монацит, в той час як рутил і циркон немагнітних.

Селекція що входять до складу колективних концентратів немагнітних мінералів заснована на використанні різної їх електричної провідності, у міру убування якій вказані мінерали розташовуються в наступний ряд:магнетит-ільменіт-рутил-хроміт-лейскосен-гранат-Монацит-турмалін-циркон-кварц.

Таким чином, якщо в колективному концентраті переважають рутил,цирконі алюмосилікати, то процес доведення починається зазвичай з переділу електростатичного сепарації. Якщо ж у колективному концентраті переважає ільменіт, то технологічний процес доведення починається з переділу магнітної сепарації.

При доведенні чорнових колективних концентратів широко застосовується гвинтові сепаратори, пластинчасті і роликові магнітні сепаратори мокрого і сухого дії з високою напруженістю магнітного поля, магнітні сепаратори з перехрещеними стрічками, а також пневматичні і мокріконцентраційні столи та інше обладнання.

Останнім часом для підвищення вилучення мінералів з вихідного сировини все частіше використовується так званий процес оттіркі, що полягає в обробці колективного концентрату розчинами лугу або слабкою плавикової кислоти при інтенсивному перемішуванні. При цьому з поверхні мінералів, в Зокрема рутилу і циркону, видаляються залізисті і глинисті плівки, утрудняють селекцію матеріалів.

3. ВИПЛАВКА ТИТАНОВИХ ШЛАКІВ

Цю відбудовну плавку проводять у трьохелектродної круглих електропечах потужністю 3,5-20 МВА, по влаштуванню схожих з застосовуваним для плавки нікелю, електротермії цинку або сталеплавильними. Температура переділу 1650-1750 градусів. Середа повинна бути помірно-відновлювальної,вугільна футеровка непридатна. Подину викладають притертими магнезитовим цеглою, стіни захищають гарніссажем з тугоплавкого шлаку, накопиченим за особливого режиму. Чавун випускають через летку, піднятий над подом на 400 мм,а шлак-через жужільну летку, іноді - разом з чавуном.

Шихту готують з концентрату (-3 мм) і антрациту або газового вугілля (-0,5 Мм),в яких золи не повинно бути більше відповідно 10 і 4%. Після перемішування зі сполучною - сульфіт-целюлозним лугом в обігрівається змішувачі шихту Брикетуюче на валкових пресах. Брикети теплопровідні порошку і знижують винос пилу, але виготовлення їх обходиться дорого, тому іноді вони становлять тільки частину завантаження, доповнюється порошком або окатишами.

Завдання плавки - отримати багатий титановий шлак і чавун, перехід заліза в який обмежують: FeO єдине речовина, що дозволяє отримати помірно в'язкий шлак, при нестачі його було б потрібно зайвий перегрів. Щоб уникнути розбавлення шлаку і зайвих витрат, флюси застосовують рідко. На відміну від кольорової та чорної металургії тут над чавуном виходить сплав титанату, а не силікатів. Титанати заліза більше легкоплавкі, ніж оксиди титану, особливо ільменіт (1400 градусів) і Fe2TiO4 (1395 градусів), вони в основному і знижують в'язкість шлаку.

Відновлення FeO і TiO до металу можна записати в загальному вигляді рівнянням (228),з якого легко отримати:

pCo2/pCo = a [Fe]/a [Ti] * a (TiO)/a (FeO) = exp (dZFeO-dZTiO)/RT

Розподіл заліза і титану між чавуном і шлаком - функція різниці спорідненості цих металів до кисню і залежить від парціального тиску окису вуглецю в порах шихти, який визначається витратою відновлення і температурою.

Насправді рівновагу не досягається через швидке відновлення заліза, накопичення чавуну на початку переділу і брак часу для подальшого вирівнювання складу фаз.

Плавки ведуть періодично або, або безперервно, в першому випадку в шлаках вдається залишити всього 5% окису заліза, а в другому 8-15%;безперервний переділ продуктивніше й повніше автоматизований.

Для збільшення проплава і зниження витрати енергії шихту попередньо підігрівають в трубчастих печах, спалюючи мазут або газ. При це на 1т шлаку сумарно витрачають 1750 кВт * год

4. ВИРОБНИЦТВО ЧОТИРИХЛОРИСТОГО ТИТАНУ

Під терміном «хлорування» зазвичай мають на увазі процес, в якому хлор в тому чи іншому вигляді взаємодіє з оксидами елементів або іншими їх сполуками, утворюючи хлориди або оксихлорид, що виділяються у формі індивідуальних хімічних речовин або їх сумішей. Перевага процесу хлорування перед іншими металургійними процесами полягає в тому, що одержувані при цьому хлориди елементів мають температуру плавлення і кипіння значно нижче температур плавлення і кипіння оксидів або інших з'єднань відповідних елементів. Це важлива властивість хлоридів дозволяє виділити ті чи інші корисні компоненти сировини при більш низьких температурах і з використанням більш простих технологічних прийомів.

Різке розходження фізичних властивостей хлоридів - температури плавлення,кипіння, сублімації - дозволяє розділити окремі елементи або групи елементів звичайної термічної розгонки з наступною фракційної конденсацією. У виробництві титану, цирконію, ніобію застосування хлорування окисних сполук цих елементів є основним способом отримання цих елементів.

В результаті хлорування відбувається або окислення металу хлором,або заміщення кисню оксидів хлором. У загальному вигляді схема цього процесу може бути виражена такими рівняннями:

Me + Cl2 = MeCl2;

[MexOy] + y (Cl2) = x (MeCl2y/x) + (y/2) (O2) .

Слід підкреслити одну істотну особливість процесу хлорування -величезну швидкість хімічних реакцій і високий ступінь хлорування всіх компонентів. Це значною мірою полегшує завдання управління процесом і зводить її фактично до регулювання фізичних параметрів: газодинаміки процесу, розмірів поверхонь фаз, кількості підводиться і відводиться тепла. При цьому на практиці намагаються хімічні фактори стабілізувати за рахунок сталості температурного режиму та хімічного складу вихідної сировини.

У сформованій багаторічної вітчизняної та зарубіжної промислової практиці температурний режим процесу хлорування підтримують в інтервалі температур 973-1100 К для хлоратори з сольовий ванною і 1100-1500 К для шахтних хлоратори. Ці інтервали вважаються загальноприйнятими, і для їх підтримки в конструкцію хлоратори вводяться додаткові або елементи або ж вони коректуються відповідними технологічними прийомами. Питання про оптимальну температурі так само як і питання про максимальної (адіабатні) температурі процесів хлорування, має важливе теоретичне і практичне значення.

титан хлорування конденсація шлак

5. ПРИНЦИПОВА СХЕМА ВИРОБНИЦТВА

Процес виробництва чотирихлористого титану складається з п'яти основних переділів: підготовки сировини, хлорування, конденсації продуктів хлорування, очищення чотирихлористого титану та переробки відходів.

Підготовка сировини полягає в приготуванні брикетів з матеріалу і коксу, придатних для хлорування. Цей переділ включає операції дроблення, розмелювання, змішування, брикетування і прокалкі брикетів.

Хлорування здійснюється в різних апаратах: а) з статичним або нерухомим шаром шихти (шахтні електропечі, шахтні хлоратори); б) з рідкої ванни з розплавлених хлоридів лужних або лужноземельних металів (сольовий хлоратори); в) з псевдокіпящім шаром шихти.

Для хлорування матеріалів (шлаки, штучний і природний рутил, некондиційні відходи титанових сплавів) застосовують як 100% компресувати хлор, так і розбавлений повітрям анодний хлоргазу, що отримується в процесі електролізу магнію і натрію. В процесі хлорування оксиди мінералів взаємодіють з хлором та вуглецем і переводяться до хлориди. Процес хлорування проводять при 900-1500 К. Призначення конденсації - відокремити чотирихлористий титан від хлоридів, домішкових елементів і отримати технічний чотирихлористий титан.

Очищення технічного чотирихлористого титану. Тут відбувається вже остаточна очистка чотирихлористого титану від розчинених в ньому домішок.

Переробка відходів. Що багатший матеріал за вмістом у ньому титану, тим простіше його переробляти шляхом хлорування. Однак з підвищенням чистоти вихідної сировини вартість його зростає. Тому для промислового виробництва чотирихлористого титану застосування матеріалів високої чистоти (наприклад титану) економічно не завжди вигідно.

Підготовка сировини. Титанові шлаки, що виходять в результаті руднотермічних відновної плавки залізо-титанових концентратів, дроблять в щокові і конусні Дробарки. Після подрібнення шлаки розмелюють у кульових млинах. Розмелений шлак повинен містити фракцій +0.1 мм не більше 10%

(за масою) і металевого заліза менше 4%. Після видалення з допомогою магнітної сепарації металевого заліза розмелений шлак надходить на хлорування (при використанні сольових хлоратори або апаратів киплячого шару) або у відділення підготовки шихти (брикетування, агломерація, огрудкування) при використанні шахтних хлоратори з рухомим шаром.

Апарати для хлорування. Хлорування в шахтних електропечах і шахтних хлоратори з рухомим шаром.

Шахтна електропіч. На першому етапі розвитку титанової промисловості в Як основний промислового апарату використовувалися шахтні електропечі (ШЕП) для виробництва магнію. У титановому виробництві їх конструкція зазнала значних змін. Шахтна електоропечь складається з двох зон - верхній і нижній. У верхню зону через склепіння печі завантажують шихту; в нижню зону,обладнану електродами, завантажують вугільну насадку і подають хлор.

Шахтні електропечі незамінні при використанні титаномістячи сировини з компонентами, хлориди яких нізколетучі (наприклад, перовскіту, титаномагнетиту та ін.) Шахтна електропіч зіграла важливу роль створення вітчизняної титанової промисловості.

Хлоратори з рухомим шаром. У зв'язку з появою титаномістячи шлаків з низьким вмістом у них CaO і MgO шахтні електропечі витиснені досконалим апаратом - хлоратори з рухомим шаром. Основна відмінність його від ШЕП - відсутність електрообігріву, складною насадок зони і наявність у нижній його частині герметичного розвантажувального пристрою для безперервного видалення залишку.

Остання обставина дозволяє докорінно поліпшити газодинамічні параметри і різко інтенсифікувати процес, тому що температурний режим у хлоратори і апаратах конденсаційної системи легко регулюється кількістю що подається хлору, завантаженням брикетів і вивантаженням залишку. Це в значній мірі спрощує процес і полегшує його автоматизацію.

Рівень шихти в хлоратори підтримують в інтервалі 1.2-3.5 м. Для хлорування застосовують брикети або гранули. Численні способи приготування гранульованої шихти можна розділити на дві принципово відрізняються методи: 1) вуглецевий відновник і сполучна дозуються з двох-триразовим надлишком, внаслідок чого після прокалкі утворюються брикети або гранули з вуглецевих каркасом; 2) компоненти шихти дозуються в строго стехіометричної співвідношенні і готуються таким чином, що в процесі хлорування вони повністю згорали.

Хлорування гранул з зберігається формою вуглецевого брикету в фільтрующем (рухомому шарі). Найбільш повно цей процес описано Мак-Ферланд і Феттерролом і запатентований поруч авторів. Суть його полягає в тому, що в шихту для хлорування вводять двох-триразове кількість вуглецевого відновлення і вуглевмісні сполучного по відношенню до стехіометричні необхідному для зв'язування кисню оксидів сировини і суміші в розрахунку на освіту оксиду вуглецю CO.

6. ХЛОРУВАННЯ В ХЛОРАТОРИ З РОЗПЛАВОМ І АПАРАТАХ З КИПЛЯЧИМ ШАРОМ

З переходом на сировину, яка містить значну кількість домішок,утворюють нізколетучіе хлориди (лопаріти, перовскіту, шлаки з високим вмістом кальцію), продуктивність зазначених апаратів різко падає.

Тому і шахтні хлоратори найбільш ефективно можна використовувати для хлорування так званих сухих матеріалів. Для хлорування високо кальціевого сировини, а також інших матеріалів,містять підвищені кількості лужноземельних елементів, вигідніше використовувати хлоратори, в якому хлорування здійснюється в рідкій ванні з розплавлених хлоридів лужних та лужноземельних металів. Основні переваги хлоратори з рідкою ванної перед іншими апаратами полягає в тому, що його конструкція дозволяє безперервно виводити разом з частиною розплаву непрохлорірованний залишок і таким чином здійснювати практично безперервний процес. Крім того, спрощується підготовка шихти:відпадає потреба в попередньому брикетування матеріалів, так як в хлоратори можна завантажувати порошкоподібну шихту.

У нижній частині хлоратори є фурми і газорозподільне пристрій для подачі хлору; в бічні стінки вмонтовані вугільні або графітові електроди, всередині яких проходять сталеві водо охолоджувальні штанги.

У верхній кришці хлоратори є отвори для розливання розплаву,завантаження шихти і патрубки для відводу парогазової суміші. Розплав зливають через річки. Хлоратори можуть бути одно-і багатокамерними.

Як рідкої ванни використовують хлориди лужноземельних і лужних металів. Процес хлорування ведуть в інтервалі 1000-1173К.

Температура процесу визначається фізико-хімічними властивостями розплаву --летючістю хлоридів, в'язкістю, плавкість. Шихту, що складається з розмеленого матеріалу і коксу, завантажують у розплав. У деяких конструкціях компоненти шихти завантажують шнековим живильником роздільно. Перед вступом до хлоратори шихту сушать у сушарках до повного видалення вологи та летких.

7. КОНДЕНСАЦІЯ І ПОДІЛ ПРОДУКТІВ ХЛОРУВАННЯ

Під загальноприйнятими і широко ввійшли в промислову практику виробництва титану термінами «конденсационная система», «з'явитися» мається на увазі цілий комплекс апаратів, технологічних операцій і процесів, пов'язаних з отриманням зі складної за складом та фізико-хімічними властивостям парогазової суміші (ПГС) рідкого і чотирихлористого титану. Теоретично технологія відводу тепла, переклад компонентів з пароподібного стану в конденсована, поділ газоподібних, рідких і твердих продуктів, виділення і очищення чотирихлористого титану принципово не відрізняються від відомих процесів і апаратів, що використовуються в хімічній,нафтохімічної та металургійній промисловості та описаних у спеціальних курсах і монографіях. Однак специфічні властивості чотирьох хлористого титану і супутніх йому хлоридів, а саме: висока хімічна активність, токсичність, велика різниця в хімічних властивостях,схильність до комплексоутворення, диспропорціонування, дисоціації в пароподібному і конденсованому стані - створюють серйозні труднощі апаратурного і технологічного характеру при розробці та практичній реалізації теплообмінних і масообмінних процесів і апаратів. І хоча створення і розвиток хлорного металургії титану і рідкісних металів з'явилося причиною появи великої кількості робіт з хімії пароподібного стану --абсолютно нового напрямку в хімії - проблема як в науковому, так і практичному плані ще далека від свого повного вирішення. Технологічні межі конденсації і поділу продуктів хлорування залишаються по -як і раніше, найбільш вузьким місцем у технологічному циклі виробництва чотирихлористого титану.

До фізико-хімічному і термодинамічній відносинах парогазова суміш,що виходить з хлоратори з температурою 900-1700К, представляє складну багатокомпонентну систему, що складається з газоподібних TiCl4, VOCl3, VCl4, SiCl4, CCl4, S2Cl2, C6Cl6, SiOCl6, Si3O2Cl8, Si4O3Cl10, SnCl4, MoCl5, MoO2Cl2, CrO2Cl2, AlCl3, FeCl3, CrCl4, FeCl2, ZrCl4, рідких NaCl, KCl, MnCl2, MgCl2, CaCl2 хлоридів, твердих продуктів C, TiO2, SiO2, Al2O3,частинок шлаку і коксу, а також газів CO, CO2, HCl, H2, Cl2.

У робочому інтервалі температур (900-1800К) компоненти парогазової суміші можуть вступати між собою в складні взаємодії хімічного характеру.

З достатньою для практичних цілей ступенем наближення можна розглядати парогазову суміш у стані складного термодинамічного рівноваги. Найбільш простим прикладом гетерогенного рівноваги є рівновагу чистого конденсованого речовини зі своїм насиченим паром. У відповідно до правила фаз у однокомпонентної системі зі зміною температури в умовах моноваріантного рівноваги можуть існувати тільки дві фази (рівновагу трьох фаз у однокомпонентної системі можливе тільки в точці). Умови рівноваги між фазами визначається рівнянням Клаузіуса-Клапейрона

dp/dt = dH1, 2/T (V2-V1)

Відомі різні варіанти апаратурного оформлення процесу конденсації: роздільна конденсація твердих і рідких хлоридів, спільна конденсація, комбінована конденсація.

Роздільна конденсація. При роздільному способі конденсації парогазову суміш охолоджують в першого по ходу апаратах спочатку до точки роси найбільш високою рідкого хлориду, при цьому все більш висококиплячі хлориди конденсуються.

Після цього парогазова суміш зі зваженими в ній твердими хлоридами надходить в апарати для розділення твердих і пароподібні хлоридів. Після відділення твердих хлоридів парогазова суміш надходить у конденсатори нижчих хлоридів. Спільна конденсація. При спільній конденсації твердих і рідких хлоридів парогазова суміш з хлоратори надходить безпосередньо в конденсатори змішання-«зрошувальні конденсатори », де зрошується охолодженим рідким чотирьоххлористим титаном.

В якості конденсаторів змішання можна застосовувати також барометричний конденсатори, порожнисті і насадок скрубери, в вірніше частини яких вмонтовано розбризкують пристрій (форсунки, тарілки, турбіни та ін.) З зрошувальних конденсаторів парогазова суміш надходить в хвостові конденсатори для остаточного чотирихлористого титану, а утворена твердими хлоридами пульпа, прямує в хлоратори або сухі конденсатори. При такому способі конденсації все тепло, виділене парогазової сумішшю при її охолодженні і конденсації, відводиться тільки чотирьоххлористим титаном.

8. ОЧИЩЕННЯ ТЕХНІЧНОГО ЧОТИРИХЛОРИСТОГО ТИТАНУ

Чотирихлористий титан, що отримується в промисловості хлоруванням тітансодержащіх матеріалів у присутності вуглецевмісний відновлювача,містить значну кількість розчинених і зважених домішок,які можна умовно розділити на три основні групи: гази: HCl, CO2, COCl2, NOCl, N2, O2, Cl2, COS та ін, сконденсованих хлориди CCl4, CHCl3, Cr2O2Cl2, CCl3COCl, VOCl3, SiCl4, SiOCl6, SOCl2, SO2Cl2, тверді хлориди і оксихлорид FeCl3, FeCl2, TiOCl2, MgCl2, C6H6, POCl3, AlCl3.

Відділення твердих суспензій. Чотирихлористий титан від твердих суспензій очищають відстоюванням і фільтрацією, що здійснюються в герметичних відстійниках чи в фільтрах різної конструкції. Як фільтрує основи використовують керамічні, металокерамічні пористі патрони і пластини, склотканини, азбестову набивання, кислотостійкі тканини з штучного волокна та ін..

Хімічна очистка TiCl4 від оксітріхлоріда ванадію. Найбільше поширення набули способи із застосуванням як реагенти мідного порошку, сірководню, нижчих хлоридів титану.

Очищення мідним порошком - найбільш ефективний та універсальний метод,тому що, крім ванадію, мідний порошок видаляє сірку і частково органічні з'єднання. Він порівняно простий у апаратурно оформленні, при цьому мідний порошок не утворює сполук, що забруднюють TiCl4. промислової У закордонній практиці відомий також сірководневий метод очищення. Суть цього методу полягає в тому, що розчинні у TiCl4з'єднання ванадію і алюмінію енергійно взаємодіють з H2S, утворюючи нерозчинні опади. Цей метод відносно дешевий по витратах виробництва, але складний у апаратурного оформлення.

Ректифікація є найбільш ефективним методом з найбільш поширених методів розділення та очищення речовин з помітно розрізняються тиском пари при температурі процесу.

Магніетерміческое виробництво титану засноване на реакції

TiCl4 +2 Mg = Ti +2 MgCl2.

Перші уявлення про механізм відновного процесу склалися під впливом результатів лабораторних досліджень Уотмана та ін

Було встановлено, що спочатку освіта губки починається на стінці реактора на рівні дзеркала розплавленого магнію. З плином часу відбувається зростання губки вгору і до центру реактора. Було висловлено думку, що основна взаємодія відбувається на поверхні губки між TiCl4 і рідким магнієм, який за рахунок капілярних сил дифундує в губчастої масі, виходячи на її поверхню. Утворюється MgCl2 стікає по поверхні вниз на дно апарату. У роботі визначальна роль поверхневих явищ була обґрунтована дослідами, в яких в реакційний простір апарату в вертикальному положенні поміщали сталеві стрижні: частина з них була приварена до дна реактора і виступала над рівнем рідкого магнію. Інша частина була приварена до кришки реактора так, щоб їх торці не торкалися рівня магнію. Губка титану утворилася тільки в тих стрижнях, які виступали з магнію над розплавом.

9. ТЕХНОЛОГІЯ ТА АПАРАТУРА МАГНІЄТЕРМІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВІДНОВЛЕННЯ

Апаратурне оформлення та технологія процесу відновлення обумовлюється специфічними властивостями титану і магнію, а саме: титан в нагрітому стані активно взаємодіє з киснем,азотом, вуглецем, парами води. Крім того, при нагріванні вище 1353К титан з залізом утворює легкоплавких евтектики;відновлення чотирихлористого титану магнієм супроводжується виділенням великої кількості тепла, яке потрібно відводити від апарату;оскільки в процесі відновлення кількість утворюється хлориду магнію за обсягом в 10.4 разів перевищує кількість утворюється титану, то для забезпечення максимального використання ємності апарату хлористий магній необхідно видаляти; контакт чотирихлористого титану і розплавленого магнію з повітрям при їх введенні в апарат неприпустимий як з точки зору їх забруднення, такі за умовами техніки безпеки. Тому необхідно забезпечити умови герметичній їхнього завантаження в апарат.

В даний час для виробництва титану використовуються герметичні апарати, виготовлені з нержавіючої сталі, обладнані пристроями для завантаження магнію і чотирихлористого титану, а також зливу хлористогомагнію. Апарат поміщають у піч, оснащену повітряним колектором для охолодження реакційної зони апарату. Процес відновлення ведуть в захисній атмосфері інертного газу - гелію або аргону.

Склалася наступна практика і послідовність виконання основних технологічних операцій. Відновлювач одноразово завантажують у заповнений інертним газом реактор з таким розрахунком, щоб забезпечити потреба всього циклу відновлення. Потім на поверхню магнію здійснюється безперервна регламентована подача чотирьох хлористого титану. Утворюється, хлористий магній, що має в порівнянні з магнієм більшу питому вагу, опускається на дно реактора, піднімаючи тим самим рівень металевого магнію. Для видалення хлористого магнію необхідно підтримувати температуру утворюються продуктів відновлення кілька вище точки плавлення хлориду. Але для забезпечення можливості здійснення інтенсифікації високоекзотерміческого магніетерміческого процесу необхідно використовувати інтенсивне охолодження реактора. Таким чином,постає завдання створення такої конструкції печі і системи охолодження реактора, які можуть задовольнити суперечливим вимогам технології: інтенсифікації тепловідводу від апарата при підтримці на його поверхні досить високої температури. Труднощі виникають також через того, що основне вогнище тепловиділення, що знаходиться поблизу кордону розділу конденсованої і парогазової фаз, у зв'язку з накопиченням в реакторі продуктів відновлення і періодичними сливами хлористого магнію змінює своє розташування. титанової губки витягують з реторт пневматичними зубилами. Іноді в нижній частині перед відновленням кладуть товсте помилкове дно, яким видавлюють вміст переверненої реторти за допомогою штока гідравлічного преса. Відокремити частину забруднену оксидами, губку дроблять на особливих зубчастих і дискових машинах і поділяють на фракції по крупності.

Йодідне рафінування титанової губки з отриманням щільного металу по реакції:

Ti +2 I2 = TiI4

дозволяє частково видалити домішки кисню, азоту, заліза, магнію та ін, підвищивши чистоту металу більш ніж до 99.9%.

10. ОСНОВНІ ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ТИТАНУ І ЙОГО СПЛАВІВ

Титан завдяки хорошому поєднанню механічних і технологічних властивостей і високої корозійної стійкості знаходить широке застосування в самих різних галузях: авіакосмічної, хімічному і нафтовомумашинобудуванні, чорної і кольорової металургії, харчової промисловості і в інших галузях.

Застосування титану в авіабудуванні. Авіаційна промисловість була першим споживачем титану. Створення літальних апаратів зі швидкостями близькими до швидкості звуку і переважаючими її, визначило ряд технічних та економічних вимог до конструкційних матеріалів, що йдуть на виготовлення корпусу літака і його обшивки, а також двигунів, які неможливо було задовольнити без застосування матеріалів на основі титану. Авіаційно-космічна техніка і зараз визначає темпи розвитку титанової промисловості, хоч частка її в загальному обсязі споживання титану поступово знижується. Застосування титану в хімічній промисловості, машинобудуванні та інших галузях народного господарства.

Завдяки високій корозійної стійкості титан і його сплави широко використовуються в хімічній промисловості: теплообмінники та Випарна апаратура, реактори, скрубери, сушарки, розділові колони, ємності,насоси,інше обладнання. Приблизно 30% титану витрачається на виготовлення комунікацій з титану, в хімічній промисловості,використовується в хлорного виробництві.

Широке застосування титан знаходить у виробництві штучного волокна, барвників, азотної кислоти, синтетичних жирних кислот, хлорованих вуглеводнів, кальцинованої соди, в хлорорганічним синтезі, у багатьох агресивних середовищах.

Великий інтерес викликає застосування фасонного лиття для виготовлення титанових насосів і запірної арматури.

У світовій практиці труби з титану широко застосовують у нафтовій промисловості

У суднобудуванні зі збільшенням розмірів кораблів потрібні все більше потужні турбінні двигуни, парові котли та конденсатори.

За обсягом застосування титану кольорова металургія займає друге місце серед цивільних галузей промисловості. Найбільше поширення титанове обладнання отримало на підприємствах кобальтово-нікелевої і титаново-магнієвою промисловості, а також у виробництві міді, цинку, свинцю, ртуті та інших металів.

Титан застосовується як елемент, що підвищує твердість алюмінієвих сплавів, і модифікатора, що дозволяє отримувати дрібно зернисту структуру металу.

Добавки титану підвищують якість чавуну і сталі. Окремо або з іншими елементами титан застосовується як розкислювач при виробництві багатьох нізколегірованих і вуглецевих сталей.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. Учебник для вузов. М.: «МИСИС», 1999.-416 с. В. Є. Москалюк. -- К.: КНЕУ, 1998. -- 84 с.

2. Еременко В.Н. Титан и его сплавы./ Издательство академии наук Украинской ССР: Киев, 1960. 499с.

3. Зубков Л.Б. Космический металл. Все о титане. / М.: Наука, 1987. 128 с.

Размещено на Allbest.ru