В ряду распространенности элементов титан занимает девятое место, содержание его в земной коре 0,61 % (по массе). Титан встречается во всех изверженных и осадочных породах, а также в почве, торфе, каменном угле, растениях, крови, костях животных.
Титан встречается в земной коре в виде диоксида, титанатов и сложных комплексных титанониобатов и силикотитанатов.
Известно около 70 минералов титана, наибольшее [...]
Из титановых концентратов непосредственно получают три вида продуктов: тетрахлорид титана, диоксид титана и ферротитан.
Тетрахлорид титана - основное исходное соединение для производства металлического титана. Для этой цели получают хлорид высокой чистоты, представляющий собой бесцветную (или слегка окрашенную в желтый цвет) жидкость. Диоксид титана выпускают различной степени чистоты: пигментный, содержащий 94-98,5% Ti02; повышенной чистоты (не ниже 99,5% [...]
Высокое содержание железа (40-48 % FeO + Fe203) затрудняет получение хлорида титана из ильменита. При прямом хлорировании концентрата на образование хлорида железа затрачивается много хлора, регенерация которого из хлорного железа затруднительна.
Для отделения железа проводят восстановительную плавку ильменита с получением чугуна и титанового шлака (80-87% TiO2). Разделение титана и железа в этом процессе основано на большом [...]
В производственной практике применяют три способа хлорирования титансодержащих материалов: хлорирование брикетированной шихты, хлорирование в солевом расплаве и хлорирование в кипящем слое. Ниже рассмотрены первые два способа, используемые на отечественных предприятиях для хлорирования титановых шлаков.
В этом варианте брикеты шихты хлорируют в шахтном хлораторе непрерывного действия. Для приготовления брикетов компоненты шихты (измельченные титановый шлак и нефтяной кокс) смешивают, к смеси добавляют связку (сульфитно-целлюлозный щелок, каменноугольный или нефтяной пек). Смесь прессуют на вальцевых прессах в подушкообразные брикеты размером 50×40х35 мм. С целью повышения прочности и удаления летучих составляющих брикеты прокаливают без [...]
Этот способ разработан в СССР. Хлорирование шлака проводится в ванне из расплава хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов, куда подают компоненты шихты (измельченные шлак и кокс) и хлор. В качестве расплава используют отработанный электролит магниевых электролизеров, имеющий следующий примерный состав, %: КС1 72-76; NaCl 14-16, MgCl2 4-6. Шихта подается шнеком на поверхность расплава, хлор поступает в [...]
Парогазовая смесь, выходящая из хлораторов, имеет сложный состав. Она содержит газы (СО, С02, СОС12, N2, НС1, С12), низкокипящие хлориды - в нормальных условиях жидкости (TiCl4, SiCl4, VOCl3 и др.); низкокипящие хлориды - в нормальных условиях твердые (FeCl3, А1С13); высококипящие хлориды СаС12, MgCl2, FeCl2, а также КС1, NaCl (при хлорировании в расплаве). Высококипящие хлориды механически увлекаются [...]
Содержание примесей в техническом TiCl4 колеблется примерно в следующих пределах, % (по массе): Si 0,01-0,3; А1 0,01-0,1; Fe 0,01-0,02; V 0,01-0,3; TiOCl2 0,04-0,5; СОС12 0,005-0,15; Cl 0,003-0,08; S 0,01-0,08.
Кроме перечисленных, в хлориде титана часто содержатся примеси хлоридов ниобия, тантала, хрома и примеси органических соединений, например ацетилхлориды, гексахлорбензол и др.
Хлорид титана очищают от большинства примесей ректификацией, [...]
Ванадий содержится в TiCl4 в составе оксихлорида VOCl3. Отделение его от TiCl4 ректификацией затруднительно вследствие близости точек кипения TiCl4 и VOCl3 (136 и 127 °С соответственно). Все известные методы очистки от ванадия основаны на восстановлении VOCl3 до малорастворимого в тетрахлориде титана VOCl2. На отечественных заводах в качестве восстановителей применяют медные или алюминиевые порошки.
Восстановление медным порошком [...]
Очистку хлорида титана ректификацией проводят в колоннах из нержавеющей стали с дырчатыми тарелками (или тарелками с щелевидными прорезями) в две стадии. На первой стадии отделяют тетрахлорид титана от примеси кремния (температура кипения SiCl4 58 °С) и других летучих примесей (CCl4, CS2, SOCl2 и др.), поддерживая в верхней части колонны температуру паров 132-135 °С и избыточное [...]
Основное количество выпускаемого диоксида титана из ильменитового концентрата (или титановых шлаков) получают сернокислотным способом, который включает следующие стадии:
1)разложение концентрата серной кислотой;
2)очистку растворов от железа;
3)гидролитическое выделение метатитановой кислоты из сернокислотного раствора;
4)прокаливание осадка с получением диоксида титана.
Этот способ обеспечивает высокое извлечение титана в готовый продукт, причем в технологии практически используют один реагент - серную кислоту.
Разложение ведут концентрированной H2S04 (92-94 %) или олеумом в стальных реакторах. Вследствие экзотермичности процесса после нагревания кислоты с измельченным концентратом до 125-135 °С реакция проходит интенсивно с саморазогревом до 180-200°С и заканчивается за 5-10 мин. Получающаяся полусухая масса (”плав”) содержит оксосульфат титана (IV) (TiOS04-H20), FeS04, избыточную H2S04. Плав выщелачивают водой.
Растворы содержат 110-120 г/л ТiO2 (в составе TiOS04), сульфаты железа FeS04 и Fe2(S04)3 и 200-240 г/л активной H2SO/.
Для очистки от основной массы железа восстанавливают Fe3+ до Fe2+ железной стружкой, а затем проводят кристаллизацию железного купороса FeS04-7 Н20, охлаждая растворы до -5 С. В результате кристаллизации содержание железа в растворе понижается до ~20г/л.
Железный купорос - полезный [...]
Из растворов, содержащих оксосульфат титана, гидролитическим разложением выделяют метатитановую кислоту (гидратированный диоксид титана):
TiOSO, + 2 Н20 = Ti02H20 + H2S04
Следует учитывать, что в действительности продукт гидролиза переменного состава, содержит, кроме TiO2 и Н20, значительные количества S03.
Используют два способа проведения гидролиза: способ введения зародышей и способ разбавления.
При способе введения зародышей в раствор добавляют отдельно приготовленные [...]
В последние годы получает все большее развитие производство диоксида титана из тетрахлорида титана методом “сжигания”, который основан на реакции:
TiCl4 + 02 = TiO2 + 2 Cl2
Эта реакция при 900-1000 °С протекает с достаточной скоростью. Получаемый хлор возвращают на хлорирование титанового сырья.
Известно несколько вариантов проведения процесса “сжигания”. Рассмотрим два из них.
1. Реакцию проводят в камере, в [...]