» » Производство порошкообразных и губчатых металлических титана и циркония
06.02.2017

Получение чистых металлических титана и циркония связано со значительными технологическими трудностями вследствие высокой химической активности этих металлов. Большое сродство титана и циркония к кислороду и растворимость кислорода в твердых титане и цирконии затрудняют восстановление этих металлов из окислов.
Примеси кислорода и азота заметно ухудшают обрабатываемость титана и циркония.
Примеси в титане растворенных кислорода или азота в количестве 0,1% увеличивают его прочность при растяжении примерно в два раза.
Титан и цирконий также активно взаимодействуют при повышенных температурах с твердым углеродом или углерод содержащими газами с образованием тугоплавких и весьма твердых и хрупких карбидов. В небольшой степени углерод растворяется в твердых титане и цирконии. Титан и цирконий активно поглощают водород, образуя при малых концентрациях водорода хрупкие гидриды.
Титан и цирконий дают химически прочные, твердые и хрупкие силициды, а также интерметаллические соединения с другими металлами.
Все это показывает, что в производстве металлических титана и циркония необходимо предусматривать меры, предохраняющие их от возможности загрязнения примесями ряда твердых и газообразных элементов.
Одним из основных условий является высокая чистота исходных соединений титана и циркония, а также выбор чистых восстановителей, не соединяющихся и не сплавляющихся с восстанавливаемым металлом.
При использовании в качестве исходных соединений окислов титана и циркония в связи с их весьма высокой химической прочностью применяют наиболее активный восстановитель — кальций, который, кроме того, не образует соединений и сплавов с титаном и цирконием.
С целью использования соединений титана и циркония с меньшей химической прочностью, чем их окислы, а также с целью уменьшения возможности загрязнения металлов кислородом вместо окислов в качестве исходных материалов применяют галоидные соединения титана и циркония (хлориды, комплексные фториды). Для их восстановления используют магний и натрий.
Как и в производстве других тугоплавких металлов, в производстве титана и циркония вследствие высокой температуры их плавления восстановленные металлы получаются в форме порошков или губки и дальнейшее превращение их в компактные металлы после удаления побочных продуктов реакции осуществляют металлокерамическим путем или большей частью переплавкой.
Для защиты титана и циркония от загрязнения кислородом и азотом воздуха в процессах восстановления, спекания и плавки необходимо предусмотреть соответствующую герметизацию аппаратуры и использовать защитную среду благородных газов или вакуум. Для процесса плавки необходимо выбрать материал тигля, не загрязняющий титан и цирконий.
Всеми этими трудностями и объясняется то, что до недавнего времени производство металлических титана и циркония ограничивалось небольшими масштабами, и в значительной части эти металлы использовались лишь в форме порошков. Только в последние годы в связи с освоением технологии производства ковких металлов спрос на них быстро возрос благодаря ценным свойствам этих металлов, в особенности титана, сочетающего высокие механические и антикоррозионные свойства с малым удельным весом.
В связи со сложностью технологии производства чистых и ковких титана и циркония были исследованы различные способы их получения. Приведем некоторые из них:
1) восстановление окислов титана и циркония кальцием и гидридом кальция,
2) восстановление хлоридов титана и циркония магнием (и натрием для TiCl4),
3) рафинировка восстановленной из хлоридов титановой и циркониевой губки,
4) восстановление фтороцирконата калия натрием,
5) электролитическое получение титана и циркония.