Рецензенты: докт. техн. наук С. И. Соболь и кольчугинский тех­никум по обработке цветных металлов 27 страница

Недостатком способа по­лучения магния в ретортных печах является периодич­ность процесса, сравнитель­но небольшая производи­тельность печей и высокие трудовые затраты.

В последнее время разра­батываются полунепрерыв­ные и непрерывные процес­сы, один из которых рас­смотрен ниже.

■ На рис. 170 приведена схема опытной вакуумной печи непрерывного действия. Печь состоит из реактора, промежуточной и конденсационной камер. Реактор 4 обо­гревается графитовыми элементами сопротивления 5.

Шихта из обожженного доломита и ферросилиция за­гружается в реактор через шлюзовой затвор 7 и враща­ющуюся трубу 6. Это обеспечивает равномерность загрузки и распределения шихты.

Восстановление магния протекает в тонком поверхност­ном слое шихты в атмосфере водорода при 1600°С и оста­точном давлении 2,5—4^кПа. Процесс восстановления про­ходит по реакции

2(CaO-MgO) + Fe(Si)_x = 2Mg + 2Ca0-Si0₂ + Fe(Si),_i. (166)

Остатки от восстановления 3 выгружаются из реактора через качающуюся колосниковую решетку 2 и шлюзовой затвор 1.

Пары магния поступают в промежуточный конденсатор 9, где, охлаждаясь до 900°С, фильтруются через зернистый слой 10 из доломита или кокса, непрерывно подаваемых шлюзовым затвором 8 и удаляемых через аналогичный за­твор 11. В фильтре конденсируются примеси с большим да­влением пара, чем у магния. Очищенные пары магния по­ступают в конденсационную камеру 12, где при 600—700 °С магний конденсируется в жидкость. Часть магния получа­ется в твердом состоянии вследствие кристаллизации его на холодных внутренних стенках труб 13 и 14, подсоединен­ных к вакуумной системе. Эти трубы попеременно нагрева­ют для оплавления осевших кристаллов магния.

Жидкий магний удаляется из конденсационной камеры через трубу 15, нижний конец которой опущен в тигель с жидким магнием, помещенный в электрическую печь 16.

Получаемый этим способом магний содержит 99,9 % Mg; производительность, печи составляет 1 т магния в сутки, суммарный расход электроэнергии с учетом производства ферросилиция — около 18 кВт-ч/кг.

Углетермическое восстановление оксида магния описы­вается уравнением:

MgO_TB + С_тв Mg_nap -f- СО

газ-

(167)

Продукты этой реакции трудно отделить друг от друга. При этом при температуре ниже 1900°С равновесие реак­ции смещается влево и магний начинает окисляться. Для отделения паров магния от оксида углерода необходимо резко охладить пары до температуры ниже 250 °С, когда взаимодействие магния с СО практически прекращается. При таком режиме охлаждения магний получается в виде порошка, выход которого зависит от скорости охлаждения, исчисляемой долями секунды.,

§ 7. Рафинирование магния

Магний, полученный электролитическим или термичес­ким способом, содержит до 0,4 % и более примесей. В ГОСТ 804—72 предусмотрены три марки первичного маг­ния: Мг96, Мг95*и Мг90. В них соответственно содержание примесей не должно превышать 0,03; 0,035 и 0,1 %. Маг­ний-сырец этим требованиям, как правило, не удовлетворя­ет, и его необходимо рафинировать. Очистку магния от при­месей проводят плавкой с флюсами, возгонкой или элект­ролизом.

Плавка с флюсами применяется наиболее широко. Этот способ позволяет очистить магний от механически запутав­шихся в расплаве неметаллических примесей и частично от железа, растворимость которого в магнии уменьшается при снижении температуры.

Флюсы для плавки состоят из смеси хлоридов и фтори­дов магния, калия и натрия. Они предназначены для защи­ты магния от окисления и нитрирования на воздухе и слу­жат средой для осаждения и растворения главным образо^ неметаллических примесей.

Рафинирование магния флюсами проводят при 700— 710 °С в тигельных печах с электрическим или пламенным

Рис. 171. Литейный комплекс для непрерывного рафинирования н разливки магния:

1 — разливочный конвейер; 2— электромагнитный насос; 3 — печь; 4— тепло­изолирующие трубки; б — футеровка; 6 — загрузочный патрубок; 7 — нагрева­тельные элементы; 8— заборный патрубок для магния; ВУ н НУ — верхний н нижний уровни расплава

нагревом (периодический процесс) или в печах непрерывно­го действия. При тигельной плавке рафинированию подвер­гают одновременно до 1000—1500 кг магния.

В последние годы все чаще для рафинирования магния начинают применять печи непрерывного действия. Одна из конструкций печей приведена на рис. 171. Печь, насос и раз­ливочный конвейер представляют собой высокопроизводи­тельный механизированный литейный комплекс, который является одним из звеньев автоматизированной поточной линии для производства магния и первичных сплавов на его основе.

Печь состоит из трех камер, футерованных огнеупорным кирпичом. Камеры разделены перегородками из магнези­тового кирпича с переливными отверстиями. Магний-сырец из вакуум-ковша заливают в камеру /. Здесь при 680— 700 °С осаждается основное количество солевых и оксид­ных включений, а также часть железа. При следующей за­ливке частично очищенный магний переливается в камеру II, в которой по мере продвижения в сторону камеры III металл окончательно освобождается от механических при­месей. Из камеры III магний с помощью электромагнитно­го насоса перекачивается на разливочную машину.

Необходимая температура в печи поддерживается с по­мощью погруженных в расплав электрических трубчатых нагревателей с солевым сопротивлением. Печь непрерывно­го действия позволяет осуществлять рафинирование под. защитным покровом флюса или в атмосфере инертного' газа.

Для защиты от коррозии с поверхности чушек магния сначала механическим путем удаляют флюсовые включе­ния, а затем слитки отмывают в содовом растворе и горячем растворе калиевого хромпика. После просушки на поверх­ности магния остается тонкая защитная оксидная пленка.

Чушки, предназначенные для. длительного хранения, после сушки и прогрева покрывают смесью расплавленного парафина и вазелина.

Рафинирование магния возгонкой основано на различии величин упругости паров магния и примесей, присутствую­щих обычно в нем. Такие примеси, как железо, медь, крем­ний, алюминий и кальций, менее летучи, чем магний. По­этому при испарении магния при пониженном давлении они остаются в твердом состоянии, а возгоны состоят преиму­щественно из чистого магния.

Возгонку проводят в вакууме в печах сопротивления с вертикальным рабочим пространством. Магний (до 250 кг) загружают в реторту, состоящую из двух частей. Нижняя часть реторты помещается в печь и выполняет функции ис-. парителя. Верхняя часть (конденсатор) расположена вне печи и охлаждается воздухом. В рабочем состоянии ретор­та вакуумируется.

Температура в реторте составляет около 600°С, в кон­денсаторе— около 400°С. Остаточное давление в реторте 7—10 Па.

Процесс — периодический. Он включает операции разо­грева печи, возгонки (до 20 ч), охлаждения реторты, ее раз­грузки и загрузки. Возгоны магния в виде друзы расплав-

ляют в вакуумной печи, скомбинированной с приемником- кристаллизатором. Полученный возгонкой магний содержит не менее 99,99 % Mg.

Электролитическое рафинирование магния испытано в опытно-промышленном масштабе. Электролиз проводят по трехслойному методу с электролитом, состоящим из MgCl₂, ВаС1₂, NaCl, КС1. Анодным сплавом служит утяжеленный медью или свинцом магний-сырец. Выделившийся на катоде чистый магний плавает на поверхности электролита и из­влекается из электролизера вакуум-ковшом.

Глава 14

МЕТАЛЛУРГИЯ ТИТАНА § 1. Титан и его применение

Несмотря на очень широкое распространение в природе, титан был открыт только в 1791 г., а в металлическом со­стоянии получен в 1910 г. Вследствие загрязнений он ока­зался очень хрупким и не нашел промышленного примене­ния. Причиной этого является характерная особенность ти­тана активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла, что почти 40 лет делало невозможным его практическое использова­ние.

Интерес к титану проявился в годы второй мировой вой­ны, что привело к разработке способа получения ковкого титана и его промышленного освоения в 1948—1950 гг. С этого времени производство и потребление титана непре­рывно стало расти. Это вызвано особыми свойствами метал­лического титана, как конструкционного материала. Опре­деленные ограничения его применения связаны с высокой стоимостью металла.

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях титан четырехвалентен.

По внешнему виду титан похож на сталь. Он плавится при 1668°С и кипит при 3300 °С.

Плотность титана при 20 °С равна 4500 кг/м³. Его ме­ханическая прочность примерно вдвое больше, чем чисто­го железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. В чнс- том виде титан пластичен и легко поддается механической обработке.

На воздухе при обычной температуре титан устойчив. При нагреве выше 550 °С он энергично окисляется и погло­щает кислород и другие газы. Газы и многие другие при­меси придают титану хрупкость. С углеродом титан обра­зует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердо­стью.

Разбавленная серная кислота, а также азотная кислота любой концентрации и слабые растворы щёлочей реагиру­ют с титаном очень медленно. Он очень устойчив против коррозии в морской воде. Титан растворяется в соляной кислоте, концентрированной серной и плавиковой кисло­тах.

Высокая коррозионная стойкость титана обусловлена способностью его образовывать на поверхности тонкие (5—15 мкм) сплошные пленки оксида ТЮ₂, прочно свя­занные с массой металла. Реагенты, разрушающие оксид­ную пленку, вызывают коррозию титана.

Из числа химических соединений титана наибольший практический и технологический интерес представляют ок­сид ТЮ₂, тетрахлорид TiCl₄ и иодид титана Til₄.

Применение титана как конструкционного материала обусловлено благоприятным сочетанием его высокой ме­ханической прочности, коррозионной стойкости, жаропроч­ности, малой плотности. Значительно улучшает механичес­кие и коррозионные свойства титана легирование его мар­ганцем, хромом, алюминием, молибденом, кремнием и бором.

Удельная прочность (отношение прочности и плотно­сти) лучших титановых сплавов достигает 30—35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легиро­ванных сталей. Эти свойства титана представляют особый интерес для самолете- и ракетостроения. При повышенных температурах титановые сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния.

Сплавы на основе титана находят все большее приме­нение при строительстве морских судов, автомобильного и железнодорожного транспорта. Повышенная коррозионная стойкость обусловливает использование титана и его спла­вов в химическом и металлургическом машиностроении, при изготовлении медицинского инструмента и в других облас­тях техники.

Чистый титан применяют в электровакуумной промыш­ленности для изготовления деталей электронного оборудо­вания. В этой же области титановый порошок применяют в качестве геттера (поглотителя газов).

Техническая двуокись титана находит очень широкое применение в качестве пигмента при изготовлении титано­вых белил и эмалей, отличающихся высокой кроющей спо­собностью, коррозионной стойкостью и теплостойкостью. Мировое производство титановых белил в настоящее вре­мя превышает 1,5 млн. т в год.

§ 2. Сырье для получения титана и общие принципы его переработки

Из числа известных минералов титана основное про­мышленное значение имеют два: рутил и ильменит.

Рутил — природный оксид титана ТЮ₂ — является наи­лучшим видом сырья при производстве титана, но крупные месторождения рутиловых руд встречаются редко. Ильме­нит FeTiC>3 — наиболее распространенный минерал титана. Ильменитовые руды представляют собой россыпные поро­ды, встречающиеся часто в смеси с магнетитом Рез0₄. Та­кие руды называют титаномагнетитами. До 40 % ильмени­та добывается из речных и прибрежных морских песков. В этих рудах содержание титана доходит до 35 %.

Перспективным сырьем для получения титана являются перовскитовые СаТЮ₃ и сфеновые Ca0-Ti0₂-Si0₂ руды. Их использование становится рентабельным только при комплексной переработке.

Ценными элементами — спутниками титана в рудах — являются тантал, ниобий, цирконий и элементы редких зе­мель.

Титановые руды с содержанием титана 6—35 % перед поступлением в металлургическое производство подверга­ют обогащению с использованием гравитационных методов, магнитной или электростатической сепарации. Рутиловые концентраты содержат до 95 % ТЮ₂. Примерный состав ильменитовых концентратов следующий, %: 42—60 ТЮ₂; 26—34 FeO; 12—25 Fe₂0₃; до 2 СаО; 1,5—3,5 Si0₂; 1—3 MgO.

Некоторые титаномагнетитовые руды не поддаются ме­ханическому обогащению. В этом случае для выделения ти­тана используют восстановительную плавку с получением чугуна и богатого титанового шлака (80—87 % ТЮ₂). Вос­становительную плавку применяют также для первичной обработки ильменитовых концентратов с целью разделе­ния титана и железа.

Таким образом, исходным сырьем для метал-лургичес- кого производства титана могут быть рудные концентраты и титановые шлаки, а также иногда техническая двуокись титана, получаемая при разложении ильменитовых кон­центратов серной кислотой.

Все перечисленные сырьевые источники содержат ти­тан в форме ТЮ₂. Прямое восстановление ТЮ₂ до металла сопряжено со значительными трудностями. Причиной это­го является высокая активность титана при повышенных температурах, особенно по отношению к кислороду, азоту и углероду.

Реакции взаимодействия титана с кислородом, азотом, углеродом, оксидом углерода и парами воды протекают с большой убылью энергии Гиббса. Поэтому даже ничтож­ные количества этих примесей ведут к образованию окси­дов, карбидов и нитридов титана. Кроме того, кислород и азот способны растворяться в титане.

Следовательно, на всех стадиях производства титана необходимо исключить его контакт с перечисленными вы­ше веществами. Это достигается герметизацией металлур­гической аппаратуры и созданием в ней нейтральной ат­мосферы (аргон, гелий) или вакуума. Кроме того, обяза­тельным условием является высокая чистота исходных сое­динений титана, а также применяемых реагентов-восстано­вителей.

В настоящее время подавляющая часть титана, выпус­каемого промышленностью, производится путем восстанов­ления тетрахлорида титана магнием. В небольших количе­ствах титан получают восстановлением ТЮ₂ кальцием или гидридом кальция.

Принципиальная схема наиболее распространенной тех­нологии получения титана из ильменитов, включающая опе­рацию восстановления титана металлическим магнием, приведена на рис. 172. В голове технологической схемы пе­ред хлорированием проводят пирометаллургическую под­готовку исходного сырья восстановительной плавкой на титановый шлак. На восстановительную'плавку могут по­ступать ильменитовые концентраты или титаномагнетито- вые руды. Целью плавки является избирательное восста­новление оксидов железа. Возможность разделения титана и железа в этом процессе основана на большом различии в прочности оксидов титана и железа. При восстановитель­ной плавке оксиды железа восстанавливаются до металли­ческого состояния с получением чугуна, а титан в виде ТЮ₂ переходит в шлак.

Необходимость проведения восстановительной плавки
связана с тем, что прямое хлорирование железосодержа­щих концентратов требует больших дополнительных за­трат хлора на образование хлорида железа, который труд­но в дальнейшем использовать.

Восстановительную плавку ильменитовых концентратов проводят в электрических печах. Основной процесс плавки описывается в общем виде следующим уравнением:

FeTiOj -f- С —vFe -f- Ti0₂ ~Ь CO. (1 68)

Ильменитовый концентрат \

Восстановительная плавка.

Г

Чугун К потребителю

Титановый шлак

С1,

Хлорирование

Технический

TiC\„

Ректификация

-------- 1-------

Очищенныи

TiCI₄

I г

Восстановление титана

----------- ]---------------------

Титановая гудка \

Дуговая электроллабка Слиток титана Хлор

) ■

Mg С1_г

i

Электролиз

Магнии

и

Рис. 172. Принципиальная схема получения титаиа нз нльменнтовых концентратов

Плавку стремятся вести с минимальной добавкой флю­сов или совсем без них, чтобы не снижать содержания ТЮг в шлаках меньше 82—87 %. Титановые шлаки имеют вы­сокую температуру плавления (выше 1500°С) и значитель­ную вязкость, что и обусловливает применение для восста­новительной плавки электрических печей.

В качестве восстановителя при плавке используют кокс или антрацит. Щлак и чугун периодически сливают через

летку в общую изложницу. Температура шлака на выпуск ке составляет 1570—1650°С. После расслаивания и затвер­девания чугун и шлак разделяют и направляют на соответ­ствующую переработку. Извлечение титана в шлак состав­ляет 96—96,5 % •

В небольших количествах для нужд черной металлур­гии из ильменитовых концентратов алюмотермическим спо­собом в электропечах получают ферротитан состава, %: 25—30 Ti; 5—8 А1; 3—4 Si; остальное ■— железо.

§ 3. Производство тетрахлорида титана

Получение чистого тетрахлорида титана TiCl₄ слагает­ся из двух основных технологических операций: производ­ства технического хлорида и его очистки от примесей.

(169)

(170)

Тетрахлорид титана представляет собой бесцветную жидкость с температурой кипения 136 °С. Его можно полу­чить воздействием на ТЮ₂ газообразным хлором в присут­ствии угля при 700—900°С. TiCU образуется по реакциям:

ТЮ₂ + 2С1₂ + С i TiCl₄ + С0₂; ТЮ₂ + 2С1₂ + 2С ^ TiCl₄ + 2СО.

Наиболее интенсивно при температурах выше 800°С хлорирование идет по реакции (170).

Кроме оксида титана хлор взаимодействует с кислород­ными соединениями других элементов, присутствующих в исходной шихте. При этом образуются летучие хлориды железа, кремния, ванадия и др.

Хлорированию обычно подвергают измельченные тита­новые шлаки восстановительной плавки ильменита или ру- тиловые концентраты. Возможны три способа хлорирования титансодержащих материалов: брикетированных шихт, в солевом расплаве и в кипящем слое. Хлорирование брике­тированных шихт требует проведения подготовительных операций измельчения компонентов шихты, их смешивания, брикетирования и прокаливания брикетов. Перед брикети­рованием измельченные сырьевые материалы смешивают с углем или нефтяным коксом (20—25 % от массы шихты). Смесь брикетируют с добавкой связующих материалов и прокаливают при 800 °С без доступа воздуха. Коксование связующего приводит к повышению прочности брикетов и повышению пористости (газопроницаемости).

Для хлорирования брикетированных шихт используют шахтные электрические печи (см. рис. 165) или шахтные хлораторы непрерывного действия с движущимся слоем

брикетов (рис. 173), которые пригодны для хлорирования титановых шлаков с суммарным содержанием СаО и MgO не более 5 %.

Шахту хлоратора, футерованную огнеупорными мате­риалами, загружают брикетами с помощью золотникового йитателя. Остаток брикетов выгружается с помощью шне-- ка. Это обеспечивает непрерывный поток шихты через ре­акционную зону печи.

При пуске хлоратора его разогревают, а брикеты подо­гревают до 500—600°С. После выхода на заданный режим процесс хлорирования протекает за счет тепла экзотерми­ческих реакций, обеспечивающих рабочую температуру по­рядка 950—1000 °С.

Рис. 173. Шахтный хлоратор с движущимся слоем брикетов:

1 *— водоохлаждаемый коиус;

2 —фурма для подачи хлора; "3 — коллектор анодного газа;

4— корпус хлоратора; 5 — во­доохлаждаемый свод; 5 —ших­товый бункер; 7 — золотниковый питатель; 8 — редуктор; 9— электродвигатель; 10 — сборник отработанных брикетов; 11 — разгрузочный шнек

Хлорирование проводят анодными газами магниевых электролизеров, содержащими 65—70 % хлора. В связи с

Рис. 174. Хлоратор для хлорирования в солевом расплаве:

1 — бункер с шихтой; 2 — питатель; 3 — шамотная футеровка; 4 — фурмы для вду­вания хлора;,5 — летка Для выпуска рас­плава; 6 — корпус; 7 —графитовые элект­роды; 8 — газоход

этим производство титана и магния часто объединено в

одном производственном комплексе.

Основной недостаток хлорирования шихты с предвари­тельным брикетированием — большие затраты на приготов­ление брикетов. Одним из способов, устраняющих этот не' достаток, является хлорирование в солевом расплаве; этот способ разработан советскими учеными. Процесс проводят в хлоридном расплаве, представляющем собой отработан­ный электролит магниевых электролизеров и содержащий в основном хлориды калия, натрия, кальция и магния. Шихта, состоящая из измельченного шлака и кокса, загру­жается на поверхность расплава сверху, хлор подается сни­зу через фурмы. Устройство хлоратора и принцип его дей­ствия показаны на рис. 174.

Хлорирование в солевом расплаве проводится при 800^ 850°С. Необходимая температура поддерживается за счет тепла экзотермических реакций. Избыточное тепло отво­дится с помощью водоохлаждаемых кессонов.

Тетрахлорид титана после выхода из хлоратора посту­пает в конденсатор, а нелетучие хлориды (MgCl₂, СаС1₂ И др.) накапливаются в расплаве. Отработанный расплав периодически заменяют свежим.

Хлорирование ТЮг в кипящем слое не нашло пока ши­рокого применения в промышленности, несмотря на значи­тельные преимущества метода. В аппаратах КС обеспечи­ваются высокие скорости протекания реакций, простота регулирования процесса и его непрерывность. Кроме того, этот метод, как и хлорирование в солевом расплаве, не требует брикетирования шихты.

Основными причинами ограниченного использования процесса хлорирования в кипящем слое являются трудно­сти подбора оптимальной крупности исходного шлака (или рутила) и кокса, обеспечивающей устойчивое совместное витание частиц всех компонентов шихты и незначительный пылевынос материала. •

Для устранения этих затруднений и лучшего использо­вания хлора процесс целесообразно проводить в хлорато­ре КС, состоящем из нескольких камер, расположенных друг над другом и создающих противоточную многократ­ную обработку шихты хлором.

Выходящая из хлораторов любого типа парогазовая смесь имеет сложный состав. Она содержит хлориды раз­личной летучести и механически увлеченные твердые час­тицы. Дальнейшая переработка парогазовой смеси направ­лена на выделение из нее механических включений и кон­денсацию паров тетрахлорида титана.

Наиболее распространенная схема пылеулавливания и конденсации включает улавливание твердых хлоридов в пылевых камерах и рукавных фильтрах и сжижение паров TiCl₄ в конденсаторах, орошаемых охлажденным до —10 °С тетрахлоридом титана.

Полученный в результате конденсации технический тет­рахлорид титана содержит, %: 97—99 TiCl₄; 1,5—2,5 SiCl₄; 0,02—0,003 FeCl₃ и до 0,2 V. Извлечение титана в этот продукт составляет 92—93 % •

Очистку тетрахлорида титана от примесей производят методом ректификации, основанным на различии летучес­тей присутствующих хлоридов, т. е. на различии темпера­тур их кипения, °С: 136—TiCl₄; 319—FeCl₃; 164—VC1₄; 127—VOCl₃; 57— SiCU.

Некоторые примеси, например VOCl₃, ректификацией удалить трудно. Их предварительно восстанавливают до менее летучего хлорида VC1₄ пропусканием паров через нагретый медный или алюминиевый порошок.

Ректификацию TiCl₄ проводят в ректификационных ко­лоннах из нержавеющей стали с дырчатыми тарелями в две стадии. Сначала при 60—130°С возгоняют наиболее низко- кипящий компонент — тетрахлорид кремния — и другие ле­тучие примеси. Полученный остаток, содержащий TiCl₄ с примесью высококипящих хлоридов, направляют во вторую колонну с температурой 136 °С. В этой стадии преимущест­венно возгоняется и переходит в дистиллят чистый тетра­хлорид титана, а. все высококипящие примеси остаются в кубовом остатке второй дистилляции.

Очищенный тетрахлорид титана содержит ряд таких примесей, как Al, V, Cr, Си, Si, Мй, Та, Nb, Zr в количест­вах 10^_3—10^-5 %, что лежит в пределах чувствительности спектрального анализа.

Извлечение титана в очищенный продукт из техничес¹ кого тетрахлорида составляет около 96 %. Чистый TiCl₄ яв­ляется сырьем для получения металлического титана.

§ 4. Магниетермическое восстановление тетрахлорида титана

Восстановление тетрахлорида титана до металлического состояния проводят магнием или натрием. Первоначально в титановой промышленности в качестве восстановителя при­меняли только магний. В настоящее время многие тита­новые заводы используют натриетермический процесс, ко­торый обладает рядом преимуществ. В зависимости от спо­

соба восстановления титан получают в виде губчатого металла или порошка.

Восстановление магнием.производят в стальных гер­метичных аппаратах в атмосфере аргона или гелия. Аппа­рат состоит из стальной реторты с крышкой, оборудованной патрубками для загрузки твердого или жидкого магния, и печи с электрическим или газовым обогревом (рис. 175).

В реторту, где находится магний, из напорного бака поступает тетрахлорид титана. Его пары взаимодействуют с магнием по реакции

TiCl4(ra3) 2Mg(*)->Ti_(TB) + 2MgCl2(jK). (171)

Рнс. 175. Устройство аппарата для магннетермнческого восстановления тетрахлорида титана:

Реакция восстановления титана экзотермическая. Вы­деляющегося тепла вполне достаточно для самопроизволь- ного течения процесса. Нагрев реторты необходим только в начале и в конце операции.

Процесс можно вести в ин­тервале температур 720—

975 °С. Нижний температурный предел ограничен температу­рой плавления MgCb (714 °С), а верхний — началом взаимо­действия титана с железом ре­торты, которое сопровождается образованием легкоплавкой эв-

• тектики титан — железо. Опти­мальную температуру (850—

900 °С) поддерживают регули­рованием скорости подачи хло­рида титана.

1 — реторта; 2 — крышка с патруб­ками; 3 — сливное устройство; 4 — печь; 5 — датчик температуры; 6 — патрубки обдува реторты воздухом; 7 — узел заливкн магния; 8 — узел подачи тетрахлорида титана; 9— нагреватель

При температурах проведе­ния процесса материалы в ре­торте должны теоретически расслаиваться на три слоя: жидкий магний, хлорид маг­ния и губчатый титан. Факти­чески же большая часть жид­ких фаз впитывается образу­ющимся губчатым металлом. Это замедляет реакцию вос­становления. С целью обнажения поверхности губки и бо­лее полного использования рабочего объема реторты хло­ристый магний периодически выпускают.

В процессе восстановления тетрахлорида титана слива­ют 75—85 % общего количества образующегося хлористо­
го магния, который направляют в магниевое производство на электролиз для регенерации магния и хлора.

Магний в аппарат также лучше загружать отдельными порциями. Это обеспечивает протекание процесса с более равномерной скоростью и получение губки более однород­ного состава.

Применяемые на титановых заводах аппараты для маг­ниетермического получения титана позволяют получать за одну операцию 500—3000 кг титановой губки.

Титановая губка представляет собой пористую спекшу­юся массу титана, пропитанную остатками MgCl₂ и избы­точного магния. Этот продукт, называемый реакционной массой, содержит, %: 55—65 Ti; 25—35 MgCl₂; 9—12 Mg.

Для очистки реакционной массы в настоящее время по­всеместно применяют вакуумную дистилляцию, которая ос­нована на относительно высокой упругости паров магния и его хлорида при 850—950°С по сравнению с титаном. Про­цесс может быть осуществлен по двум вариантам.

По первому варианту очистки реакционную массу из­влекают с помощью пневматического зубила, высверлива­нием или выфрезеровыванием. Этот метод позволяет уве­личить производительность дистилляционного аппарата за счет более полной загрузки реторт.

Дата добавления: 2015-08-29