Производство титана. Сырьем для получения магния служат следующие материалы: карналлит MgCl2 · КС1 · 6Н2О (содержит 12–30 % хлористого магния)

Производство магния

Сырьем для получения магния служат следующие материалы: карналлит MgCl₂ · КС1 · 6Н₂О (содержит 12–30 % хлористого магния), магнезит MgCO₃ (свыше 45 % MgO), доломит CaCO₃ · MgCO₃ (14–22 % MgO), бишофит MgCl₂ · 6H2O (свыше 46 % MgCl₂). Магний получают двумя способами: электролизом хлоридов и термическим восстановлением из руд. При получении магния электролитическим способом из такого сырья, как магнезит, сначала получают хлорид магния. Для этого магнезит подвергают обжигу при температуре 850–900 °С с целью удаления СО2 и получения MgO. Затем хлорированием в присутствии углерода получают хлорид магния MgCl₂, который подвергают электролизу.

Рис. 3.11. Схема ванны для электролиза хлоридов магния

На рис. 3.11 приведена принципиальная схема одной секции ванны для электролиза хлоридов магния. Ванна прямоугольной формы имеет огнеупорную футеровку. Анодом служит графитовая пластина 1, катодами – стальные пластины 2. Между анодом и катодом имеется перегородка 3 из шамотного кирпича. В каждой ванне собирают несколько секций, состоящих из анодных блоков и двух катодных пластин. Сила тока в ваннах достигает 30 000–50 000 А при напряжении 7 В. Электролитом при электролизе хлористого магния служит сплав солей: 8–16 % MgCl₂, 25–35 % СаС1₂, 25–35 % NaCl и 18–25 % КС1.

При электролизе MgCl2 разлагается: хлор выделяется на аноде, магний − на катоде. В результате из 4,5 т MgCl2 получают 1 т магния и 2,9 т хлора. Так как магний легче электролита, то он всплывает и с поверхности электролита извлекается вакуумными ковшами.

Для получения магния применяют и более простые термические методы, состоящие в восстановлении магния из его соединений кремнием, углеродом и другими элементами. Эти способы позволяют использовать дешевые виды сырья и топлива.

Промышленное значение имеют титаносодержащие минералы: ильменит FeO–TiO₂ (содержит до 61 % TiO₂), рутил TiO₂ (около 10 % окислов железа, остальное TiO₂).

Особенности производства титана обусловлены его высокой химической активностью и большим сродством к кислороду, азоту, водороду и другим элементам.

Титановые руды подвергают обогащению, в результате которого получают концентраты, содержащие до 60 % TiO2. Способом переработки железо-титановых концентратов является плавка в электрических печах. Восстановительной плавкой получают чугун, легированный титаном (0,6–2,0 % Ti), и шлаки, содержащие около 80 % TiO2 и 1,5–3,0 % FeO, используемые в качестве сырья для получения титана.

Производство металлического титана из титановых концентратов или шлаков сводится к получению:

• тетрахлорида титана TiCl4, представляющего собой жидкость, кипящую при 136 °С;

• титановой губки (восстановлением тетрахлорида титана);

• слитков компактного титана из титановой губки.

Получение тетрахлорида титана из рутила TiO2 производится восстановлением углеродом и хлорированием при 800 °С по реакции TiO₂ + 2С1₂ + 2С = TiCl₄ + 2CO

Получение титановой губки производится восстановлением тетрахлорида титана магнием по реакции

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Процесс ведется в стальных реакторах при температуре 950–1000 °С в атмосфере аргона или других инертных газов.

Получение компактного пластичного титана из губки чаще всего осуществляется плавкой в электрических дуговых или высокочастотных печах в вакууме или в среде инертных газов. После плавки получают титан, содержащий около 0,2 % примесей, отличающийся высокой пластичностью, хорошо поддающийся прокатке, ковке и штамповке.

Чистый титан может быть получен из технического титана методом зонной плавки.