» » Восстановление четыреххлористого титана магнием
06.02.2017

Из названных металлов-восстановителей магний наиболее доступен, относительно недорог и получается в больших масштабах. Поэтому способ восстановления четыреххлористого титана магнием наиболее распространен.
Реакция интенсивно протекает при 800—900°:
TiCl4газ + 2Mg = 2MgCl2ж + Ti + 122 ккал.

Как видно из данных показанных ранее, сродство магния к хлору намного превышает сродство титана к хлору.
В области температур восстановления (около 1000°K) свободная энергия образования MgCl2 (в расчете на 1 г-атом Cl) ΔF°1000 составляет — 58 ккал, в то время как даже для наиболее прочного низшего хлорида титана TiCl2 ΔF°1000 = -39,5 ккал.
Для обеспечения полноты восстановления применяют 10%-ный избыток магния против теоретически необходимого.
Схема одной из конструкций аппарата, примененного в США на опытном заводе для производства титана, изображена на рис. 116.
Восстановление четыреххлористого титана магнием

В тигель 1 загружают магниевые чушки, предварительно протравленные в соляной кислоте и промытые водой. Тигель герметично закрывают крышкой 2 и устанавливают в печь; из тигля откачивают воздух, заполняют его аргоном или гелием и разогревают до начала расплавления магния. Затем в реактор впускают струю жидкого четыреххлористсго титана. Температура процесса (850—900°) регулируется скоростью подачи хлорида титана. В реакторе жидкий хлорид титана испаряется и взаимодействует с расплавленным магнием, в результате чего на дне тигля скапливается хлористый магний, а часть магния всплывает. Частицы титана, спекаясь между собой, образуют губчатую массу с включениями хлористого магния и частично магния. В процессе спекания частицы титана могут образовать корку на поверхности расплавленного магния, препятствующую дальнейшему протеканию реакции. Корку титана пробивают ломом через специальное отверстие в крышке впускной трубы или разрушают ее, повышая давление инертного газа.
По мере накопления хлористого магния его сливают через летку, а в других конструкциях печей через сифонную трубку.
В конце процесса по окончании подачи TiCl4 производится второй выпуск хлористого магния и прогрев тигля до 900° в течение 0,5—1 часа для получения более плотной и крупнозернистой губки с уменьшенной и менее активной поверхностью частиц с целью предотвращения их окисления при последующих операциях обработки губки.
Содержимое тигля после охлаждения высверливают на станке.
На первых порах развития производства титана отделение от него хлористого магния и магния осуществлялось гидрометаллургическим методом. Для этого высверленную из восстановительного тигля стружку обрабатывали разбавленной соляной кислотой (для растворения остатков магния), затем водой (для растворения хлористого магния), после чего продукт подвергали мокрому измельчению в шаровой мельнице и просеивали через сито с отверстием 0,36 мм. Плюсовую фракцию доизмельчали, а минусовую снова обрабатывали соляной кислотой, чтобы отмыть от железа, натертого в шаровой мельнице, центрифугировали, просеивали и подвергали магнитной сепарации для отделения механической примеси железа.
Состав порошкообразного титана, полученного этим способом, характеризуется следующими данными: 0,4—0,5% Mg; 0,01— 0,15% Cl; ~0,1% Fe; ~0,1% Н; 0,05—0,1% О; 0,01—0,05% N; 0,03—0,04% С; остальное Ti.
Путем последующего прогрева порошка или спекания спрессованного брикета в вакууме при 1000° содержание магния и водорода может быть снижено до сотых и тысячных долей процента, а содержание титана повышено примерно до 99,5—99,7%.
Хлор и магний полностью удаляются в процессе последующей переплавки титана.
В последние годы взамен прежнего гидрометаллургического метода отделения магния и хлористого магния от титана был применен метод отгонки в вакууме. Этот метод исключает возможность окисления порошкообразного металла в процессах его гидрометаллургической обработки, а также поглощения водорода, выделяющегося при кислотной обработке губки.
Отгонка магния и хлористого магния в вакууме основана на высокой упругости паров этих веществ при повышенных температурах.
Восстановление четыреххлористого титана магнием

Вакуум-термическая отгонка Mg и MgCl2 из титановой губки может быть осуществлена как в отдельном аппарате, так и в том же реакторе, который используется для магниетермического восстановления четыреххлористого титана.
Экономические показатели производства могут быть улучшены за счет кругооборота хлористого магния, путем электролитического получения из него магния и хлора. Магний снова может быть использован для восстановления титана, а хлор — для хлорирования титанового сырья с целью получения четыреххлористого титана.
За последнее время опубликовано значительное количество исследований и патентов, предлагающих различные методы и конструкции аппаратов для осуществления непрерывного магниетермического процесса производства титана с целью его удешевления. Однако по опубликованным данным ни один из этих методов пока не внедрен в производство. Тем не менее задача разработки непрерывного процесса производства титана весьма актуальна и привлекает большое внимание исследователей и изобретателей.