Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Я. ОСНОВЫ ХЛОРИДНЫХ МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОВ



Хлор обладает большим химическим сродством к металлам и при определенных условиях может вытеснить кислород из 746


оксидов с образованием хлоридов. Процесс значительно облегчается в присутствии углерода, так как в этом случае кислород соединяется с углеродом. Например, применительно к двухвалентному металлу возможны следующие процессы:

1) МеО + С12 = МеС12 + l/20a - Q,;

2) МеО + Cl2 + С = МеС12 + СО - Q2.

При этом Q2 < Q, (по абсолютному значению), и даже в некоторых случаях процесс, протекающий по второй реакции, экзотермичен. Следует подчеркнуть, что и реакции первого типа протекают при более низких температурах, чем анало­гичные реакции восстановления оксидов углеродом. Важным обстоятельством является то, что хлориды обычно образуют­ся в газообразном состоянии, легко уводятся из процесса, а процесс производства карбидообразующих металлов хлорид-ным методом в отличие от восстановления углеродом обеспе­чивает получение малоуглеродистого продукта. В некоторых случаях хлориды находятся в недрах земли или в соленых водоемах. Из хлоридов металлы получают восстановлением или же электролизом из расплавов.

ПРОИЗВОДСТВО МАГНИЯ

Магний широко применяют в виде сплавов с алюминием, цин­ком и марганцем для изготовления деталей авиационных и автомобильных двигателей. Магниевые сплавы обладают хоро­шими литейными свойствами, что дает возможность получать из них сложные отливки. Сплавы легко поддаются свариванию и обработке резанием.

Основными видами сырья для получения магния являются магнезит, доломит, карналлит и бишофит. Главной состав­ляющей магнезита является MgCOa, а доломита СаСОэ ■ MgCOj. Карналлит — это природный хлорид магния и калия MgCl2 • КС1 • 6Н20. Бишофит (MgCl2 • 6Н20) полу­чается при переработке карналлита или выпаривается из воды соленых озер и морей. Наиболее распространен в нас­тоящее время электролитический способ получения магния, при этом магний в процессе электролиза получается из вво­димого в электролит хлорида MgCI2. Технология получения магния этим способом включает три стадии: получение без­водного хлорида магния MgCl2, электролиз с выделением из хлорида жидкого магния, рафинирование магния.


частиц электролита и шлама. Рафинирование возгонкой осу­ществляют путем испарения магния в вакууме при 900 °С. Испаряющийся чистый магний осаждается в конденсаторе. Электролитическое рафинирование магния схоже с аналогич­ным процессом рафинирования алюминия по трехслойному ме­тоду (см. § 5 гл. 4). В электролизере внизу у анода нахо­дится слой рафинируемого магния, выше — слой электролита, а над ним у катода накапливается чистый магний.

Применяют также термические способы получения магния с использованием в качестве восстановителя С, Si или СаС2. Из них проще силикотермический способ, при котором поль­зуются специальными ретортами из хромоникелевой жаропроч­ной стали, помещаемыми в электропечь, отапливаемую газо­образным топливом. В качестве сырья лучше всего брать до­ломит MgC03 • СаСОэ, а в качестве восстановителя— крем­ний ферросилиция. Магний получается высокой чистоты.

ПРОИЗВОДСТВО ТИТАНА

Титан отличается высокой механической прочностью, корро­зионной стойкостью, жаропрочностью (гпл = 1660 °С) и малой плотностью (4,51 г/см3). Его применяют как конст­рукционный материал в самолетостроении, а также при постройке сосудов, предназначенных для транспортирования концентрированной азотной и разбавленной серной кислот.

Применяют также диоксид ТЮ2 для производства титано­вых белил и эмали.

Наиболее распространенным сырьем для получения титана и диоксида титана служит ильменитовый концентрат, выде­ляемый при обогащении титаномагнетитовых железных руд, в котором содержится, %: 40-60 Ti02, ~30FeO, ~20Fe2O3 и 5—7 пустой породы (CaO, MgO, А12Оэ, SiOz), причем титан в виде минерала ильменита FeO • TiOz.

Технологический процесс производства титана из ильме-нитового концентрата состоит из следующих основных ста­дий: получение титанового шлака восстановительной плав­кой, получение тетрахлорида титана хлорированием титано­вых шлаков, получение титана (губки, порошка) восстанов­лением из тетрахлорида. Кроме того, зачастую проводят рафинирование полученного титана и иногда переплав для получения титана в виде слитков.


Восстановительная плавка ильменитового концентрата имеет целью перевести ТЮ2 в шлак и отделить оксиды желе­за путем их восстановления. Плавку проводят в электро­дуговых печах. В, печь загружают концентрат и восстанови­тель (кокс, антрацит), их нагревают до ~ 1650 °С. Основ­ной реакцией является: FeO • Ti02 + С = Fe + Ti02 + CO. Из восстановленного и науглероживающегося железа образу­ется чугун, а оксид титана переходит в шлак, который содержит 82—90% Ti02 (титановый шлак).

Получение тетрахлорида титана TiCl4 осуществляют воз­
действием газообразного хлора на оксид титана при темпе­
ратурах 700—900 °С, при этом протекает реакция: Ti02 +
+ 2С12 + 2С = TiCl4 + 2СО. Исходным титаносодержащим

сырьем при этом является титановый шлак.

Хлорирование осуществляют в шахтных хлораторах непре­рывного действия или в солевых хлораторах. Шахтный хлора­тор — это футерованный цилиндр диаметром до 2 и высотой до 10 м, в который сверху загружают брикеты из измельчен­ного титанового шлака и снизу вдувают газ магниевых электролизеров, содержащий 65—70 % С12. Взаимодействие Ti02 брикетов и хлора идет с выделением тепла, обеспечи­вающего необходимые для процесса температуры (~ 950 °С в зоне реагирования). Образующийся в хлораторе газообразный TiCl4 отводят через верх, остаток шлака от хлорирования непрерывно выгружают снизу.

Солевой хлоратор представляет собой футерованную шамо­том камеру, наполовину заполненную отработанным электро­литом магниевых электролизеров, содержащим хлориды калия, натрия, магния и кальция. Сверху в расплав загружают измельченные титановый шлак и кокс, а снизу вдувают хлор. Температура 800—850 °С, необходимая для интенсивного про­текания хлорирования титанового шлака в расплаве, обеспе­чивается за счет тепла протекающих экзотермических реак­ций хлорирования. Газообразный TiCl4 из верха хлоратора отводят на очистку от примесей, отработанный электролит периодически заменяют. Основное преимущество солевых хло­раторов состоит в том, что не требуется дорогостоящее брикетирование шихты. Отводимый из хлораторов газообраз­ный TiCl4 содержит пыль и примеси газов — СО, С02 и раз­личные хлориды, поэтому его подвергают сложной, проводи­мой в несколько стадий очистке.


 




Металлатермическое восстановление титана из тетрахло-рида TiCl4 проводят магнием или натрием. Для восстановле­ния магнием служат аппараты, представляющие собой (рис. 252) помещенную в печь герметичную реторту высотой 2—3 м из хромо-никелевой стали. После ввода в разогретую до ~ 750 °С реторту магния в нее подают тетрахлорид тита­на. Восстановление титана магнием TiCl4 + 2Mg = Ti + + 2MgCl2 идет с выделением тепла, поэтому электронагрев печи отключают и реторту обдувают воздухом, поддерживая температуру в пределах 800—900 °С; ее регулируют также скоростью подачи тетрахлорида титана. За один цикл вос­становления длительностью 30—50 ч получают 1—4 т титана в виде губки (твердые частицы титана спекаются в пористую массу— губку). Жидкий MgCl2 из реторты периодически вы­пускают.

Титановая губка впитывает много MgCl2 и магния, поэто­му после окончания цикла восстановления проводят вакуум­ную отгонку примесей. Реторту после нагрева до ~ 1000 °С и создания в ней вакуума выдерживают в течение 35—50 ч; за это время примеси испаряются. Иногда отгонку примесей

12 3 4 5 S 7

 

Рис. 252. Аппарат для восстанов­ления тетрахлорида магнием: 1 — коллектор для подачи и отвода воздуха; 2 — печь; 3 — штуцер для вакуумирования; 4 — патрубок для заливки магния; 5 — узел подачи тетрахлорида; б — крышка; 7 — ре­торта; 8 — термопары; 9 — нагреватель; 10 — устройство для слива


из губки проводят после ее извлечения из реторты. Восста­новление натрием проводят в аппаратах, схожих с применя­емыми для магниетермического восстановления. В реторте после подачи TiCl4 и жидкого натрия идет реакция восста­новления титана: TiCl4 + 4Na = Ti + 4NaCl. Температура в 800—880 °С поддерживается за счет выделяющегося при вос­становлении тепла.

Полученную твердую массу, содержащую 17 % Ti и 83 % NaCl извлекают из реактора, измельчают и выщелачивают из нее NaCl водой, получая титановый порошок.

Рафинирование титана. Для получения титана высокой чистоты применяют так называемый иодидный способ, при котором используется реакция Ti + 2I2 T=^ Til4. При тем­пературе 100—200 °С реакция протекает в направлении обра­зования Til4, а при температуре 1300—1400 °С— в обратном направлении.

Титановую губку (порошок) загружают в специальную ре­торту, помещаемую в термостат, где температура должна быть на уровне 100—200 °С, и внутри нее спеиальным при­способлением разбивают ампулу с иодом. Через несколько натянутых в реторте титановых проволок пропускают ток, в результате чего они накаливаются до 1300—1400 °С. Пары иода реагируют с титаном губки по реакции Ti + + 212 —** Til4. Полученный Til4 разлагается на раскален­ной титановой проволоке, образуя кристаллы чистого титана и освобождая иод: Til4*• Ti + 2I2. Пары иода вновь вступают во взаимодействие с рафинируемым титаном, а на проволоке постепенно наращивается слой кристаллизующегося чистого титана. Процесс заканчивают при толщине получае­мого прутка титана 25—30 мм. Получаемый металл содержит 99,9—99,99 % Ti, в одном аппарате получают ~ 10 кг чисто­го титана в сутки.

Получение титановых слитков. Для получения ковкого титана в виде слитков губку переплавляют в вакуумной ду­говой печи. Расходуемый (плавящийся) электрод получают прессованием губки и титановых отходов. Жидкий титан затвердевает в печи в водоохлаждаемом кристаллизаторе.


 







©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.