Производство черных и цветных металлов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
В°на TiC - для особо твердых инструментальных сплавов.
Титан по распространению в природе занимает четвертое место среди металлов и входит в состав более чем 70 минералов. К основным промышленным титаносодержащим минералам относятся рутил (более 90% ТiO2) и ильменит TiO2-FeO (60%TiO2). Ильменит входит в состав титаномагнетитов - его смеси с магнитным железняком; они содержат до 20% ТiO2. К перспективным рудам относятся сфен CaO-SiO2-TiO2 (32-42% TiO 2) и перовскит СаО- TiO (60% ТiO 2).
Сырьем для получения титана являются титаномагнетитовые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий 40 - 45 % ТiO2, -30 % FеО, 20 % Fе2О3 и 5 - 7 % пустой породы. Название этот концентрат получил по наличию в нем минерала ильменита FеО-ТiO2. Ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углем, антрацитом, 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 % ТiO 2, 2 - 5 % FеО и примеси SiO2, А12О3, СаО и др. Побочный продукт этого процесса - чугун - используют в металлургическом производстве.
Полученный титановый шлак подвергают хлорированию 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 - 1250С в присутствии углерода образуется четыреххлористый титан, а также хлориды СаС12> МgС12 и др.:
ТiO2 + 2С + 2С12 = ТiСl + 2СО
Четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов благодаря различию температуры кипения этих хлоридов методом ректификации в специальиых установках.
Титан из четыреххлористого титана восстанавливают в реакторах при температуре 950 - 1000 С. 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
ТiС12 = Тi + 2МgС12.
Производство титана является технически сложным процессом. Двуокись титана TiO2 - химически прочное соединение. Металлический титан (tПЛ = 1725 С), обладает большой активностью. Он бурно реагирует с азотом при температуре 500-600 С и кислородом воздуха при 1200-1300 С, поглощает водород, взаимодействует с углеродом и т. д.
Наиболее широкое распространение получил магниетермический способ, осуществляемый по следующей технологической схеме
титановая руда обогащение плавка на титановый шлак получение четыреххлористого титана TiCl4 восстановление титана магнием
Обогащение титановых руд. Титаномагнетиты и другие бедные руды обогащают электромагнитным и другими способами, получая концентрат, содержащий до 50 % TiO2 и около 35 % Fe2O3 и FeO.
Плавку на титановый шлак проводят в электродуговой печи. Шихтой служат прессованные брикеты, состоящие из мелкоизмельченного концентрата, антрацита или угля и связующего (сульфитный щелок). В результате плавки получают богатый титановый шлак, содержащий до 80 % TiO2.
Побочным продуктом является чугун, содержащий до 0,5 % Ti.
Измельченный шлак подвергают магнитной сепарации (для удаления железосодержащих частиц), смешивают с мелким нефтяным коксом и связующим и спрессовывают в брикеты.
После обжига при 700-800С брикеты направляют на хлорирование.
Получение четыреххлористого титана TiCl4 в герметизированных электрических печах представлено на схеме.
Рис. 24. Схема электропечи для получения четыреххлористого титана
- корпус печи, 2 - шамотная футеровка, 3 - угольная (графитная) набойка - электросопротивление, 4 - токоподводящие графитовые электроды, 5 - устройство для загрузки брикетированной шихты, 6 - брикетированная шихта, 7, 8 - патрубки для подачи хлора, 9 - отверстие для удаления парогазовой смеси
Нижнюю часть печи заполняют угольной (графитовой) насадкой, которая служит электрическим сопротивлением и нагревается при пропускании электрического тока. В реакционной зоне печи выше уровня угольной насадки развивается температура 800 - 850С. При хлорировании образуется четыреххлористый титан по реакции TiO2+2C-T2Cl2=TiCl4+2CO. Пары четыреххлористого титана находятся в паро-газовой смеси, содержащей SiCl4 и другие хлориды; СО, С12 и другие газы.
Ее очищают от твердых частиц и охлаждают в конденсаторах, в результате чего получают жидкий четыреххлористый титан. Для более полной очистки от твердых частиц конденсат отстаивают и фильтруют.
Четыреххлористый титан отделяют от других хлоридов путем ректификации конденсата, основанной на различии температур кипения различных хлоридов. Жидкий четыреххлористый титан направляют на восстановление.
В настоящее время для получения четыреххлористого титана начинают применять другие способы хлорирования: в хлоратоpax непрерывного действия, в солевом расплаве; перспективным является хлорирование в кипящем слое.
Восстановление титана магнием из TiCl4 проводят в герметичных реакторах (ретортах) из нержавеющей стали, установленных в электрических печах сопротивления. После установки в печь из реторты откачивают воздух и заполняют ее очищенным аргоном; после нагрева до температуры 700С заливают расплавленный магний и начинают подачу жидкого TiCl4. Титан восстанавливается магнием по реакции TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2. Эта реакция сопровождается выделением бо