Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Прямое получение титана из его диоксида

Прямое получение титана из его диоксида


Восстановление углеродом

При взаимодействии диоксида титана с углеродом могут протекать следующие реакции
Прямое получение титана из его диоксида

Термодинамические расчеты показывают, что прежде всего будут происходить реакции карбидообразования. Процесс карбидообразования по суммарной реакции (6) протекает через образование ряда промежуточных оксидов, которые образуют непрерывный ряд твердых растворов с карбидом титана. Повышение температуры или понижение давления сдвигает равновесие системы Ti — TiCxOу — С — CO в сторону замещения кислорода углеродом. Практически чистый карбид титана может быть получен при атмосферном давлении и Температуре около 2430 °С. При давлении ниже 1000 Па и температуре выше 1300 °C достигается полное обескислороживание твердого раствора и выделяется металлический титан вследствие протекания реакции:
Прямое получение титана из его диоксида

а также связанной с ней реакции (5), протекающей при этих условиях в левую сторону.
Металлический титан может быть получен восстановлением его диоксида углеродом при температуре около 3000 °С в вакууме по суммарной реакции:
Прямое получение титана из его диоксида

Однако по указанным выше причинам металл всегда в значительной степени загрязнен углеродом, кислородом, а также азотом (последний попадает в печь вследствие подсосов и хорошо растворяется в системе Ti — О — Cl.
Восстановление водородом

Процесс взаимодействия диоксида титана с молекулярным водородом протекает до образовании низших оксидов.
При 1050 °С диоксид титана восстанавливается водородом до Ti3O5 по реакции
Прямое получение титана из его диоксида

При более высокой температуре образуется смесь оксидов Ti3O5 и Ti2О5.
Восстановление кремнием, натрием, магнием и кальцием

Самый слабый восстановитель диоксида титана из числа рассматриваемых металлов — натрий Он начинает реагировать с диоксидом титана лишь при 900 °C и восстанавливает его только до низших оксидов.
Восстановление кремнием идет лучше, но при этом образуются сплавы кремния с титаном.
Восстановление диоксида титана магнием начинается уже при 575 °C и постепенно развивается до 750 °С, но при дальнейшем подъеме температуры протекает медленно. Равновесная концентрация кислорода в титане при контакте с MgO и жидким магнием составляет 1,6—2,8 % (по массе). Восстановлению магнием мешает образование твердых растворов MgO—TiO. В атмосфере водорода при температуре выше 600 °C восстановление магнием сопровождается образованием гидрида титана.
Наиболее сильным восстановителем является кальций. Свежеобразованный оксид кальция легко растворяется в разбавленных минеральных и органических кислотах и поэтому может быть сравнительно легко удален после процесса восстановления. Восстановление кальцием в инертной среде при атмосферном давлении начинается при 500 °С Равновесная концентрация кислорода в титане при контакте с CaO и жидким кальцием составляет 0,07 — 0,12 % (по массе) при температуре 900-1020 °C.
Титан получают кальциетермическим способом в стальном реакторе в среде аргона при 1000—1100 °C. Процесс протекает по реакции
Прямое получение титана из его диоксида

Образующиеся одновременно с титаном твердый оксид кальция мешает кристаллизации металла, который вследствие этого получается в виде высокодисперсного порошка с крупностью частиц несколько микрометров. При дальнейшей гидрометаллургической переработке такой порошок сильно окисляется.
Для укрупнения кристаллов титана (до размера 100 мкм и более) и повышения полноты протекания процесса в шихту добавляют в качестве флюса вещества, растворяющие оксид кальция, например CaCI3 или BaCI2. Эти вещества, образуя с оксидом кальция легкоплавкую смесь, переводят ее в шлаки, что улучшает условия кристаллизации и спекания образующихся частиц титане.
Хлорид кальция, помимо растворения оксида кальция, оказывает на процесс другое положительное воздействие — он растворяет также металлический кальций. Это приводит к протеканию следующего процесса:
Прямое получение титана из его диоксида

К недостаткам кальция как восстановителя прежде всего следует отнести значительную концентрацию в нем азота, который в основном переходит в титан. Дополнительное рафинирование кальция повышает его и без того высокую стоимость.
Восстановление гидридом кальция

Гидрид кальция получают путам нагрева кусков кальция в токе сухого чистого водорода до 400—600 °С. Диоксид титана восстанавливают в атмосфере водорода при температуре около 1000 °C по реакции:
Прямое получение титана из его диоксида

Процecc ведут в стельном аппарате, куда загружают смесь порошка гидрида кальция и диоксида титана.
В результате восстановления и последующей гидрометаллургической обработки получается тонкий порошок гидрида титана. Несмотря на то, что величина частиц порошка составляет 3—5 мкм, при гидрометаллургической переработке он окисляется в незначительной степени, так как гидрид титана обладает более высокой коррозионной стойкостью, чем титан.
Компактный титан получается при нагревании прессованных изделий или брикетов из гидрида титана до 600—1000 °C в вакууме. Полученный таким образом металл содержит существенно меньшее количество кислорода, чем исходный гидрид, так как оксиды титана частично восстанавливаются атомарным водородом. Недостаток способа — высокая стоимость кальция, так как для приготовления гидрида кальция необходимо употреблять рафинированный металл.
Восстановление алюминием

Алюминий привлекает к себе внимание как дешевый восстановитель. Многие сплавы титана содержат алюминий, что делает особенно заманчивым получение титана алюминотермическим способом. В этом случае отпадает необходимость полностью избавляться от примеси алюминия и появляется возможность вести процессе целью получении Ti—Al сплава или Ti—Al лигатуры.
Алюминотермическое восстановление диоксида титана освоено в промышленных масштабах применительно к получению ферротитана. Если этот процесс вести с предварительным подогревом шихты, то можно получить сплав с 25—27 % титана. Использование диоксид в при этом не превышает 55 %.
Процесс получения Ti — Al сплавов протекает по реакции:
Прямое получение титана из его диоксида

Теплоты реакции не хватает для расплавления продуктов реакции, приходится подогревать шихту.
Сплав, богатый титаном (до 70 %), и с наименьшей концентрацией неметаллических примесей, можно получить алюминотермическим восстановлением диоксида титана с последующим экстрагированием алюминия из сплава металлами, которые можно легко отогнать: магнием, цинкомагниевым сплавом. Титан остается в твердом виде в смеси с жидким сплавом, который не удается слить полностью. Магний и цинк удаляют из оставшегося в титане сплава вакуумной сепарацией.
Для обогащения Ti—Al сплавов титаном может быть применена также отгонка алюминия через субхлорид. При температуре 1000 °C и выше в среда инертного газа над сплавом пропускают пары трихлорида алюминия. Процесс основан на известной реакции:
Прямое получение титана из его диоксида

которая при высоких температурах протекает вправо, а при понижении температуры — в обратном направлении. По мере обогащении сплава титаном вместе с алюминием возгоняется также титан вследствие образовании его хлорида. Таким способом сплав может быть обогащен до концентрации титана 80 % Без значительных его потерь.
Из сплава, полученного алюминотермическим способом, титан может быть выделен путем электролиза: при этом получается металл приемлемого качестве. Недостаток этой схемы — сложность конструктивного оформления электролизера, который должен работать на небольших плотностях тока.
Ни одна из рассмотренных здесь схем одно- или двухстадийного восстановления пока не имеет промышленного применении.
Добавлено Serxio 23-02-2017, 16:32 Просмотров: 1 489
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent