Электролитическое рафинирование титана

Рафинирование титана

Восстановление диоксида титана кальцием или гидридом кальция

В некоторых количествах титан в виде мелкозернистого порошка получают восстановлением диоксида титана кальцием или гидридом кальция (CaH₂) при температурах 1000 – 1100 ^оС. 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 ^оС. Выше 800 ^оС гидрид разлагается на кальций и атомарный водород. В отличие от кальциетермического процесса в результате восстановления гидридом кальция получают порошок гидрида титана (TiH₂). Это представляет некоторые преимущества, так как гидриды меньше окисляются при отмывке оксида кальция, сем порошок титана.

Восстановление TiO₂ кальцием и гидридом кальция протекает по суммарным реакциям:

TiO₂ + 2 Ca = Ti + 2 CaO (2.104)

TiO₂ + 2 CaH₂ = TiH₂ + 2 CaO + H₂ (2.105)

Теплоты реакций не хватает для поддержания процесса, необходим постоянный подвод тепла. Поскольку титан способен растворять кислород, в результате восстановления получают порошок с содержанием кислорода ≥ 0,2 – 0,3 %.

Восстановление кальцием проводят в герметичных аппаратах из жаростойкой стали, куда загружают брикетированную смесь TiO₂ с кальцием (в виде кусочков или стружки). Необходимо применять кальций, очищенный дистилляцией и не содержащий примесей азота и кислорода. Аппарат откачивают, заполняют аргоном, нагревают до 1000 – 1100 ^оС и выдерживают при этой температуре примерно 1 час. Продукт восстановления измельчают, обрабатывают большим объемом воды для удаления части CaO, затем разбавленной HCl, промывают водой и сушат в вакууме при 40 – 50 ^оС.

При использовании для восстановления гидрида кальция в аппарат загружают брикеты из смеси диоксида титана с гидридом кальция. Гидрид кальция разлагается в присутствии влаги воздуха. Поэтому его хранят в герметичной таре, а измельчение и шихтовку проводят в герметизированных мельницах и смесителях, заполненных аргоном. Реактор после откачки заполняют сухим водородом и нагревают до 900 – 1000 ^оС. Обработка полученного продукта проводится аналогично.

Полученный порошок используют для приготовления компактных заготовок и изделий из титана и его сплавов с другими металлами методом порошковой металлургии.

До настоящего времени не разработан электролитический способ получения титана, который может конкурировать с другими процессами, применяемыми в промышленной практике. Электролитическое рафинирование используется на некоторых предприятиях. При электролитическом рафинировании анодом служит загрязненный примесями титан, погруженный в расплавленный электролит. В процессе электролиза титан переходит в расплав и затем осаждается на сальном катоде. Электролитом служит расплав хлоридов щелочных металлов, в котором растворены низшие хлориды титана (TiCl₂ и TiCl₃). Такой электролит приготавливают восстановлением тетрахлорида титана натрием или титановым скрапом в расплаве хлоридов.

При анодном растворении титана примесь кислорода остается в анодном шламе в составе оксидов (TiO₂, Ti₂O₃). Углерод находится в свободном состоянии на поверхности электролита или в анодном шламе в виде карбида. Азот остается в составе нитрида или выделяется с анодными газами. Кремний удаляется в виде SiCl₄.

Электролитическое рафинирование проводят в герметичных электролизерах с насыпным анодном в атмосфере аргона. Рафинируемый металл в форме дробленной стружки или кусочков размерами 20 – 40 м помещают в дырчатую стальную корзину, служащую анодом. После электрорафинирования стальной катод поднимают в камеру, заполненную аргоном, под него подводят разгрузочный поддон и специальным ножом осадок срезают с катода. Выход по току составляет примерно 90 %, расход электроэнергии 10 – 11 кВт∙ч/кг. Катодный осадок измельчают и выщелачивают водой, дополнительно подвергают мокрому измельчению в стержневых мельницах, барабаны и стержни которых изготовлены из титана.

Дата добавления: 2014-01-11