Сырьевые источники титана

Высокая коррозионная стойкость, низкая плотность и теплопроводность, высокая прочность обуславливает его широкое применение в аэрокосмической, химической и судостроительной отраслях промышленности.

Благодаря своей относительной инертности, титан не оказывает вредного действия на окружающую среду. Он является рециркулируемым на 100 % и отвечает всем требованиям к строительству. Среди всех архитектурных металлов титану свойственен наибольший срок службы.

Промышленное применение – это оборудование для химических и энергетических процессов, нефтяной и газовый секторов. Военная промышленность, кроме самолетов, - вооружение и бронированные машины. Потребительские товары –это автомобильная промышленность, архитектура, производство спортивного инвентаря, медицинское оборудование и ювелирные изделия.

Успешное применение титанового проката связано с производством бумаги, в литейном производстве, в изготовлении оборудования для нефтяной промышленности.

Нашли ему применение в нефтегазовой отрасли - там титан начали использовать для изготовления опор морских нефтедобывающих платформ (титановые вдвое гибче стальных).

Сегмент рынка потребительских товаров в настоящее время является наиболее быстро растущим в титановом рынке. В то время как десять лет назад он составлял только 1 - 2 % титанового рынка, сегодня он вырос до 8 -10 %. В целом потребление титана в производстве потребительских товаров росло примерно в два раза быстрее, чем весь титановый рынок.

Потребление титана и его сплавов в ювелирном деле становится все более заметным (обручальные кольца, ожерелья).

Титан широко используется в медицине в качестве хирургического инструмента, внутренних и внешних протезов, включая такие критические, как сердечный клапан. Преимущества – прочность, сопротивление коррозии, и главное то, что у некоторых людей возникает аллергия на никель (обязательный элемент нержавеющих сталей). Напротив, к титану не обнаружена аллергия. Клетки могут регенерироваться на титане, а кости могут продолжать расти после имплантации этого металла. Однако установлено, что использовать титановый сплав с добавками ванадия ограничено, поскольку сплав Ti - 6Al - 4V является токсичным. В настоящее время он заменен нетоксичным сплавом Ti - 6Al - 7Nb. Этот сплав почти вдвое прочнее чистого титана, а его эластичность достигает уровня, характерного для сплава золота.

В США появились установки, позволяющие оперировать в магниторезонансном поле. Традиционные инструменты из стали искажают картину диагностики, да и оперировать ими в магнитном поле сложно. А титан не обладает магнитными свойствами, в отличие от той же пластмассы, более прочен.

Весьма перспективным материалом является титан в морском деле для бурения глубоководных скважин, так как титан сохраняет работоспособность в таких условиях до 50 лет.

Применение титана в искусстве относится к 1967 году, когда в Москве был поставлен первый титановый монумент. Материал является привлекательным за цвет, внешний вид, прочность и сопротивление коррозии.

Кроме авиакосмического применения «Гамма»- сплав может найти применение в других отраслях энергетического машиностроения (стационарные турбины энергогенераторов, энергетические установки), транспортном машиностроении (поршневые и дизельные двигатели), газо- и нефтеперерабатывающие установки химической промышленности, атомном машиностроении, где требования к жаропрочным материалам менее жесткие.

Разбавленная серная кислота, а также азотная кислота любой концентрации и слабые растворы щелочей реагируют с титаном очень медленно. Он очень устойчив против коррозии в морской воде. Титан растворяется в соляной кислоте, концентрированной серной и плавиковой кислотах.

Применение титана как конструкционного материала обусловлено благоприятным сочетанием его высокой механической прочности, коррозионной стойкости, жаропрочности, малой плотности. Значительно улучшает механические и коррозионные свойства титана легирование его марганцем, хромом, алюминием, молибденом, кремнием и бором.

Техническая двуокись титана находит очень широкое применение в качестве пигмента при изготовлении титановых белил и эмалей.

Титан - один из наиболее распространенных элементов. В земной коре содержится 0,61 % (по массе) титана, или около 1 % в пересчете на диоксид титана.

Известно не менее 60 минералов, содержащих титан. В тех или иных количествах титан входит в состав многих породообразующих минералов - пироксенов, амфиболов, слюд, гранатов и т.д.

Практически во всех минералах титан находится в четырехвалентной форме. Из числа известных минералов титана основное промышленное значение имеют три: рутил, ильменит и лопарит.

Рутил (химическая формула TiO₂) - природный оксид титана – является наиболее лучшим видом сырья при производстве титана, но крупные месторождения рутиловых руд встречаются редко. Химический состав, %: Ti – 60, O – 40, обычные примеси железа, олова, ниобия и тантала. Плотность 4,5- 5,0 г/см ³ . Цвет – красновато-бурый до черного, иногда буровато желтый. Рутиловые концентраты содержат до 96 % TiO₂.

Рис. 1. Рутил

Ильменит (смесь оксидных соединений железа и титана- химическая формула FeO.TiO₂), %: Fe – 36,8; Ti- 31,6; O – 31,6, обычные примеси магния, марганца – наиболее распространенный минерал титана.

.

Рис. 2. Ильменит (Catalogmineralov.ru)

Титановые руды с содержанием титана 6 – 35 % перед поступлением в металлургическое производство подвергается обогащению. Примерный состав ильменитовых концентратов, %: TiO₂ - 42 - 60; FeO – 26 - 34; Fe₂O₃ - 12 - 25; Cr₂O₃ - сл. – 2; SiO₂ – 1,5 - 3,5; MgO – 1 - 3 (Иршанское месторождение, Житомирская область, Украина). Является источником для получения пигментной двуокиси титана на Сумском и Крымском химических заводов, а также отправляется на экспорт в различные страны ближнего и дальнего зарубежья.

Рис. Иршанский ильменитовый концентрат

Аризонитовый концентрат (ильменитовой группы) – химическая формула Fe₂O_{3 *} 3 TiO₂ (Малышевское месторождение, Днепропетровская область, Украина) характеризуется повышенным содержанием оксидов хрома и марганца.

Рис. Ильменитовый концентрат Вольногорского горно-металлургического комбината

Примерный состав аризонитового концентрата, %: TiO₂ - 65,3 - 61,3; Fe₂O₃ – 25,9 - 28,4; Al₂O₃ – 2 - 3,5; Cr₂O₃ - 1,3 - 5,2; SiO₂ – 4,2 - 1,1; CaO – 0,2 - 06; MgO - 2,0 - 1,0; MnO - 0,8 - 1,1; V₂O₅ - следы - 0,1; S - 0,1 - 0,18; прочие оксиды - 0,75. Является источником для получения титана на Запрожском титано- магниевом комбинате, а также отправляется на экспорт.

Лопарит – минерал, встречающийся в щелочных породах Кольского полуострова, Россия. Является источником сырья группы редких металлов, перерабатывается на Соликамском металлургическом заводе, Россия. Химическая формула – (Na, Ce, Ca) (Ti, Nb) O₂ удельный вес 4,64 – 4,89 г/ см³. Цвет черный, реже серовато-черный.

Состав его сложен, представляет комплексное сырье, продукт для извлечения титана, ниобия и тантала, а также редкоземельных металлов, %: TiO₂ - 38,0 - 40,0; суммы оксидов редкоземельных металлов - 28,0; суммы оксидов ниобия и тантала – 8 -10 и прочие.

Продуктами переработки ильменитовых концентратов являются: диоксид титана (пигментный и металлургический); ферро-титан и титан и его сплавы.

Рис. Диоксид титана

Рис. Получение ферротитана

Рис. Слитки титана

Принципиальная схема наиболее распространенной тех­нологии получения титана из ильменитов, включающая опе­рацию восстановления титана металлическим магнием, приведена на рис. 1.

Металлический титан производится из четыреххлористого титана магниетермическим восстановлением. Диоксид титана (пигментный) получают двумя способами: сульфатным и хлоридным.

Особенностью сульфатного способа заключается в том, что исходным сырьем являются ильменитовые концентраты имеющие низкое содержание хрома и для разложения концентрата используется концентрированная серная кислота. Хлоридный способ вскрытия титансодержащего сырья позволяет использовать разнообразные источники, но предпочтение дается на более качественное. Чем меньше попадает в хлоратор примесей, тем выше извлечение титана в очищенный четыреххлористый титан, меньше расход хлора, лучше условия труда, меньше вредных отходов и ниже себестоимость четыреххлористого титана. Непосредственное хлорирование ильменитового концентрата существенно усложняет процесс хлорирования и очистку получаемого четыреххлористого титана от большого количества примесей, в частности железа. Поэтому из ильменитовых концентратов предварительно удаляют железо и попутных элементов методом восстановительной плавки с получением титансодержащего более богатого по диоксиду титана и чугуна.

Дата добавления: 2015-03-31