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 способа восстановления титан получают в виде губчатого металла или порошка.

Восстановление магнием проводят 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. 154).

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

Т1С1_4(газ) + 2М_8(Ж) - Ti_(TB) + 2М₈С1_2(Ж). (130)

Реакция восстановления титана экзотермическая. Выделяющейся теплоты вполне достаточно для самопроизвольного течения процесса. Нагрев реторты необходим только в начале и в конце операции. Процесс можно вести только в интервале температур 720... 975 ⁰С. Нижний температурный предел ограничен темпера-

турой плавления MgCl₂ (714 ⁰С), а верхний - началом взаимодействия титана с железом реторты, которое сопровождается образованием легкоплавкой эвтектики титан - железо. Оптимальную температуру (850... 900 ⁰С) поддерживают регулированием скорости подачи хлорида титана.

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 хлористого 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 магниетер-мического получения титана позволяют получать за одну операцию 500... 3000 кг титановой губки.

Титановая губка представляет собой пористую спекшуюся массу титана, пропитанную остатками MgCl₃ и избыточного магния. Этот продукт, называемый реакционной массой, содержит, %: Ti 55... 65; MgCl₂ 25... 35; Mg 9... 12.

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.

При осуществлении дистилляции без выгрузки массы (второй вариант) к реторте вместо крышки присоединяют водоохлаждаемый конденсатор и устанавливают реторту в печь (рис. 155). Температура дистилляции 950... 1000 °С, вакуум внутри реторты ~ 0,01 Па. Во избежание вдавливания разогретых стенок реторты печь делают герметичной и в ней также поддерживают вакуум.

При нагреве в вакууме из реакционной массы возгоняют магний и его хлорид, пары которых образуют в конденсаторе кристаллическую друзу, которую отправляют в цех производства магния.

Процесс вакуумной очистки губчатого титана продолжается 50... 60 ч для аппарата вместимостью 2 т губки. По окончании процесса реторту извлекают из печи и транспортируют в отдельное помещение, где ее демонтируют, а губку выбивают с помощью пневматических зубил или выдавливанием на прессе.

По техническим условиям титановая губка первого сорта марки ТГ-100 должна содержать, %, не более: С1 0,08; Fe 0,07; Н 0,02; С 0,03; Si 0,04; О 0,04. При этом устанавливается также предельно допустимая твердость по Бринеллю переплавленного образца.

Магниетермический способ получения титана из тетрахлорида оказывается экономически и технологически целесообразным только при комбинировании титанового и магниевого производств, которое обеспечивает наиболее рациональную регенерацию реагентов (Mg и С1₂) и переработку отходов (MgCl₂).