Производство титана

Сырьем для получения титана являются титано-магнетитовые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий 40-45 % TiO₂,» 30 % FeO, 20 % Fe₂O₃ и 5-7 % пустой породы. Название этот концентрат получил по наличию в нем минерала ильменита FeO× TiO₂.

Ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углем, антрацитом в руднотермических печах, где оксиды железа и титана восстанавливаются. Образующееся железо науглероживается, и получается чугун, а низшие оксиды титана переходят в шлак. Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. Основной продукт этого процесса - титановый шлак содержит 80-90 % TiO₂, 2-5 % FeO и примеси - SiO₂, Al₂O₃, CaO и др. Побочный продукт этого процесса- чугун - используют в металлургическом производстве.

Полученный титановый шлак подвергают хлориров анию в специальных печах. В нижней части печи располагают угольную насадку, нагревающуюся при пропускании через нее электрического тока. В печь подают брикеты титанового шлака, а через фурмы внутрь печи - хлор. При температуре 800-1250 ⁰С в присутствии углерода образуется четыреххлористый титан, а также хлориды CaCl₂, MgCl₂ и др.:

TiO₂ +2C + 2Cl₂ = TiCl₄ + 2CO.

Четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов благодаря различию температуры этих хлоридов методом ректификации в специальных установках.

Титан из четыреххлористого восстанавливают в реакторах при температуре 950-100 ⁰С. В реактор загружают чушковый магний; после откачки воздуха и заполнения полости реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористый титан. Между жидким магнием и четыреххлористым титаном происходит реакция:

2Mg + TiCl₄ = Ti + 2MgCl₂.

Твердые частицы титана спекаются в пористую массу - губку, а жидкий MgCl₂ выпускают через летку реактора. Губка титана содержит 35-40 % магния и хлористого магния. Для удаления из титановой губки этих примесей ее нагревают до температуры 900-950 ₀С в вакууме.

Титановую губку плавят методом вакуумно-дугового переплава. Вакуум в печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке его от примесей. Полученные слитки титана имеют дефекты, поэтому их вторично переплавляют, используя как расходуемые электроды. После этого чистота титана составляет 99.6-99.7 %. После вторичного переплава слитки используют для обработки давлением.