Восстановление диоксида титана

В небольших количествах титан получают путем прямого восстановления диоксида титана. Сырьем для этого процесса служат чистые рутиловые концентраты и диоксид титана, выделенный сернокислотным способом из ильменита или полученный из тетрахлорида титана.

Из доступных восстановителей наибольшим сродством к кислороду обладает кальций, который может восстановить диоксид титана до металла. Однако даже в этом случае не удается получить титан, содержащий менее 0,2 % 0₂.

Кроме металлического кальция, в качестве восстановителя иногда используют гидрид кальция СаН₂.

Кальциетермическое восстановление протекает по следующей экзотермической реакции:

ТiO₂ + 2Са - Ti + 2CaO. (132)

Выделяющейся теплоты недостаточно для автогенного протекания процесса; необходим внешний подогрев.

Восстановление ведут в атмосфере аргона при 1000...1100°С; когда кальций находится в жидком и частично в парообразном состоянии. Для восстановления ТiO₂ нужно применять очищенный дистилляцией кальций, чтобы избежать загрязнения титана примесями азота и углерода.

В результате восстановления ТiO₂ кальцием получают мелкодисперсный порошок титана с крупностью зерен 2... 3 мкм.

Кальциетермическое восстановление ТiO₂ проводят в герметичных ретортах из жаростойкой стали. Шихту, состоящую из смеси диоксида титана, кальция и хлорида кальция, перед загрузкой брикетируют. Добавка СаС1_а способствует укрупнению зерен титана.

Продукт восстановления измельчают, обрабатывают сначала водой, затем подкисленными уксусной, азотной или соляной кислотами, вновь промывают водой и сушат. Для снижения содержания кислорода до 0,2 % и менее применяют повторное восстановление титанового порошка кальцием.

Титан после кальциетермического восстановления ТiO₂ содержит 98,5... 99,0 % Ti.

Восстановление ТiO₂ гидридом кальция СаН₂ является разновидностью кальциетермического процесса, который в общем виде описывается уравнением

TiO₂ + 2CaH₂-»TiH₂+2CaO + H₂. (133)

Как следует из реакции (133), в этом процессе получается не металлический титан, а гидрид титана. Это является определенным преимуществом технологии, так как порошок гидрида титана в меньшей степени окисляется при отмывке оксида кальция водой, чем титановый порошок.

Порошок гидрида титана используют главным образом в порошковой металлургии.