Получение чистых металлических титана и циркония связано со значительными технологическими трудностями вследствие высокой химической активности этих металлов. Реакции взаимодействия титана и циркония с кислородом, азотом, углеродом, оксидами углерода и парами воды протекают с большой убылью энергии Гиббса. Небольшие примеси этих газов активно реагируют с титаном и цирконием.
Как отмечено выше, кислород и азот растворяются в титане [...]
Подавляющую часть титана производят магниетермическим восстановлением хлорида титана, осуществляемого обычно на титаномагниевом комбинате, в котором получение титана рационально связано с электролитическим производством магния.
Восстановление тетрахлорида титана. TiCl4 восстанавливают магнием в стальных герметичных аппаратах, заполненных инертным газом. В аппарат, в который предварительно залит магний, с регулируемой скоростью поступает из напорного бачка жидкий тетрахлорид титана, пары которого вступают [...]
Некоторые зарубежные титановые заводы применяют в качестве восстановителя натрий, который обладает следующими преимуществами перед магнием:
1. Вследствие низкой точки плавления (98 С) натрий легко транспортировать по трубам и подавать в реактор одновременно с подачей TiCl4. От оксидных пленок и ряда примесей натрий очищается простой фильтрацией через металлические сетки.
2. Реакция восстановления хлоридов титана натрием завершается в расплаве [...]
Восстановление тетрахлорида циркония магнием проводят аналогично восстановлению тетрахлорида титана. В основе процесса реакция:
ZrCl4 (пар) + 2 Mg (ж) = Zr (тв) + 2 MgCl2 (ж)
Выделяющегося тепла достаточно для поддержания температуры процесса на уровне 780-920 С, регулируемом скоростью подачи ZrCl4 в аппарат.
Восстановление ZrCl4 магнием аналогично TiCl4 (протекает ступенчато с образованием на первой ступени дихлорида).
Исходный хлорид циркония, [...]
Технический хлорид циркония обычно содержит примеси ZrOCl2, FeCl3 (1-2%), иногда СгС13, незначительные примеси титана и кремния.
Для отделения железа и хрома предварительно при 200-300 С хлориды железа и хрома восстанавливают водородом до дихлоридов, имеющих высокие точки кипения (FeCl2 1030 °С, CrCl, 1300 °С). При последующей возгонке ZrCl4 при 500-600 С примеси железа, хром, а также ZrOCl2 [...]
Аппарат для восстановления состоит из реторты с реакционным тиглем с отверстиями в дне и установленного над ретортой стакана с конденсатом возогнанного тетрахлорида циркония. В тигель загружают магний, аппарат герметизируют, откачивают и заполняют аргоном. Затем реторту с тиглем нагревают до 780 С, а верхнюю часть аппарата с конденсатом хлорида - до 300-360 С. Пары ZrCl4 поступают [...]
Порошки циркония, к которым не предъявляются высокие требования по чистоте (например, используемые в пиротехнике или электровакуумной технике), могут быть получены восстановлением K2ZrF6 натрием подобно получению порошков тантала и ниобия из фтористых комплексных солей.
Фтороцирконат калия, в отличие от хлорида циркония, не гигроскопичен и устойчив на воздухе. Образующиеся в результате восстановления фториды натрия и калия отмываются от [...]
В некоторых количествах титан и цирконий в виде мелкозернистых порошков получают восстановлением диоксидов титана и циркония кальцием или гидридом кальция (СаН2) при температурах 1000-1100 С. Восстановление гидридом кальция является разновидностью кальциетермического восстановления, так как основным восстанавливающим агентом служит кальций, а не атомарный водород.
Гидрид кальция получают действием сухого водорода на кальций при 400-600 °С. Выше 800 [...]
До настоящего времени не разработан электролитический способ получения титана, который может конкурировать с другими процессами, применяемыми в промышленной практике. Легче оказалось решить задачу электролитического рафинирования титана (например, некачественной губки, отходов плавки) и сплавов на его основе. Электролитическое рафинирование используется на некоторых предприятиях. При электролитическом рафинировании анодом служит загрязненный примесями титан, погруженный в расплавленный электролит. В [...]
Наиболее чистые пластичные титан и цирконий были получены в 1925 г. Ван-Аркелем и де Буром. Разработаныи ими способ основан на термической диссоциации газообразных иодидов TiL и Zrl4 на нагретой до высокой температуры (1300- 1500 С) поверхности (например, накаленной проволоке из получаемых металлов). В настоящее время метод применяют для производства в ограниченных масштабах титана, циркония и [...]