Состав, свойства, применение. Титан (лат. Titanium, Ti) - серебри­сто-белый металл

ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ

Титан (лат. Titanium, Ti) - серебри­сто-белый металл. Его коррозийная стойкость выше нержавею­щей стали за счет оксидной пленки (аналогично алюминию). Аб­солютно стоек в морской воде и атмосферных условиях, во мно­гих кислотах, но реагирует с плавиковой кислотой. Легкий металл, тугоплавкий, высоко пластичен, хорошо обрабатывается давле­нием, плохо резанием, обладает высокой прочностью. Сочетание высокой механической прочности, немагнитности и коррозионной стойкости при достаточной технологичности дела­ют титан и его сплавы весьма ценными для применения в ряде областей техники и медицины. Например, в авиационной промышленности из них изготовляют обшивки самолетов и многие детали компрессоров; в судостроении - обшивку судна, тепло­обменники, гребные винты; в химическом и нефтяном машино­строении - резервуары, фильтры, теплообменники, трубопрово­ды.

Большое значение титановые сплавы приобретают вэнергетическом машиностроении. Из них изготовляют лопатки турбин низкого давления, лопатки компрессоров, бандажные кольца, крепежные и другие изделия. Нашли они также примене­ние в медицине для изготовления скрепляющих пластин и гвоз­дей при переломах костей, изготовления хирургических инстру­ментов и аппаратуры современной медицины.

В последние годы титан широко стал применяться для из­готовления бытовой техники и инструмента. Однако широкое при­менение титана в ряде областей ограничивается его высокой стоимостью.

Титан впервые был открыт в 1791 г., в чистом виде выде­лен в 1925 г., а первый промышленный металл получен только в 1948 году. Ценные свойства титана как конструкционного материала привели к такому росту его производства, какого не знала даже рекордная в этом отношении алюминиевая промышленность. В 1948 г. было получено всего 2,5 т титана, а в 1957 г. мировое производство его уж составляло 30 000 тонн.

По распространенности в земной коре титан среди ме­таллов занимает четвертое место после алюминия, железа и магния, т.е. в природе его больше, чем таких давно и широко применяемых металлов, как медь, свинец, олово, цинк, никель, серебро, золото и платина, вместе взятых.

Широкая распространенность в земной коре и прекрасное сочетание физических и химических свойств делают титан одним из лучших металлов настоящего и будущего.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ТИТАНА

Основными промышленными рудами, из которых получают титан, являются рутил (ТiO₂) и иль­менит (FeOTiО₂), содержащий 53 % ~TiО₂ и 47 % FеО. Технология получения титана очень сложная и экологически вредная.

Краткое описание технологического процесса

Основным материалом для получения титана являются ильменитовые руды. Полученный после электромагнитного или гравитационного обогащения руды концентрат подвергают восстановительной плавке с целью удаления оксидов железа. Для этого концентрат в смеси с коксом пла­вят и выдерживают в печи при 1700 °С. В результате железо восста­навливается, науглероживается и образует побочный продукт - чу­гун, а оксид титана TiО₂ переходит в шлак. Полученный шлак, со­стоящий из 65-85 % TiО₂ и других примесей, брикетируют с коксом и подвергают хлорированию в специальных шахтных печах при темпе­ратуре 600 °С. В присутствии угля титан из диоксида переходит в тетрахлорид ТiCl₄.

Тетрахлорид титана плавится при температуре -23 °С и ки­пит при +136 °С, поэтому в условиях печи он испаряется и, увлекая за собой летучие хлориды примесей (SiCl₄, МgС1₂, FеС1₃ и др.), направ­ляется в конденсационную установку.

Наличие в установке ряда сек­ций с различным перепадом температур позволяет разделить хлори­ды и таким образом выделить четыреххлористый титан, который дальше подвергают очистке методом ректификации.

Малолетучие хлориды магния, кальция и других металлов об­разуют жидкость, из которой электролизом получают магний и хлор.

Четыреххлористый титан восстанавливают в стальных ре­тортах диаметром до 1,5 м и высотой до 3 метров. Реторта устанавлива­ется в электропечь, которая заполняется аргоном. Затем печь на­гревают до 750-800 °С, и в реторту заливают жидкий тетрахлорид титана и магний.

Частицы восстановленного титана спекаются в пористую массу - губку, а жидкий хлористый магний сливают и направляют на электролиз для получения магния и хлора.

Титановая губка содержит в порах до 35-45 % магния и хло­ристого магния, а также некоторые другие примеси, поэтому ее подвергают очистке методом вакуумной дистилляции - выдержке в течение нескольких десятков часов в вакууме при температуре 900 °С. При этом часть примесей удаляется в виде расплава, другие испаряются и затем конденсируются. Плавку титановой губки осуще­ствляют в вакуумных электродуговых печах. Одним из электродов служит стержень из прессованной титановой губки, другим - рас­плавленный металл. При горении дуги стержень оплавляется, капли титана стекают в тигель и затвердевают в слиток. Вакуум предо­храняет металл от окисления и способствует его очистке от рас­творенных газов.

К титану и его сплавам применимы все виды механиче­ской обработки: точение, сверление, фрезерование, шлифова­ние, полирование и др. Однако для этого требуются специаль­ный инструмент и разработка наиболее рациональных режимов резания.

Дата добавления: 2014-11-16