Технологические схемы и аппаратура производства титана за рубежом
|
В основе технологии производства титана за рубежом лежит процесс Кролля. Наиболее важными достижениями являются разработка совмещенного процесса (т.е. объединение магниетермического восстановления и вакуумной сепарации) и увеличение производительности аппарата. Известный способ получения титана магниетермическим восстановлением с вакуумной сепарацией предусматривает охлаждение губки (полученной при восстановлении тетрахлорида титана магнием) перед последующим ее нагреванием для проведения вакуумной сепарации. Совмещенный способ имеет явное преимущество перед другими в том. что позволяет отказаться от охлаждения продукта и провести вакуумную сепарацию сразу же после восстановления магнием. Способ получил промышленное развитие только в 1978 г. (фирма "Дюпон де Немур" США). В Японии совмещенный процесс применяют предприятия фирмы "Осака Тайтениум". Это существенно уменьшило энергетические затраты вследствие устранения второй ступени нагрева, необходимой для вакуумной сепарации обычным способом, и значительно сократило затраты труда на монтаж и демонтаж реактора. Кроме того, блок губчатого титана, полученного в совмещенной установке, не подвергается перед сепарацией воздействию окружающего воздуха, и из-за отсутствия загрязнения продукта кислородом и азотом качество его выше. Долгие годы считали, что размеры вертикальных реакторов, используемых для производства титана магниетермическим восстановлением, должны ограничиваться определенными пределами, так как при увеличении размеров реактора возникает ряд проблем: деформация его, недостаточное рассеяние тепла, образующегося в процессе реакции, неравномерность подачи тепла, необходимого для испарения магния и хлорида магния при вакуумной сепарации. Поэтому максимальная вместимость реактора раньше составляла 1 т, затем 1,5—3 т. Благодаря решению многих из этих проблем фирмой "Осака Тайтениум" был получен блок губки массой 5 т; впоследствии эта цифра была доведена до 10 т. Одна из компаний США ("Оремет") с 1960 г. производит губку в совмещенном горизонтальном аппарате с цикловым съемом 6 т, используя метод омывания реакционной массы гелием вместо широко распространенной вакуумной сепарации. Натриетермическое восстановление в капиталистических странах применяют три фирмы. Это второй по значению промышленный способ получения губчатого титана. За рубежом он известен как процесс Хантера. Одна из фирм применяет двухстадийный способ, на первой ступени которого ведется непрерывное получение низших хлоридов титана (дихлорида титана). Восстановление на второй ступени и спекание являются периодическими процессами. Эта фирма активно работает над созданием полностью непрерывного процесса восстановления путем включения второй ступени восстановления в непрерывный процесс. Разработки направлены на оптимизацию и автоматизацию управления процессом и сокращение энергетических затрат. В частности, металлический натрий транспортируют при низкой температуре и фильтруют в жидком состоянии, что устраняет возможность внесения вредных примесей с восстановителем. Японская компании "Ниппон Сода" и английская фирма "Дисайд Тайтениум" производят губчатый титан в двухтонном реакторе так называемым одностадийным способом. Тетрахлорид титана и натрий в стехиометрическом соотношении вводят в одну реторту, в которой путем восстановления непосредственно получают губчатый титан. Поскольку оба способа получения титана (магние- и натриетермический) имеют и достоинства, и недостатки, трудно отдать предпочтение какому-либо из них. Выбор способа зависит от последующего процесса изготовления слитков, местных условии производства, наличия дешевого натрия. В последнее время производство натрия в развитых странах сократилось из-за запрета на тетраэтиленсвинцовые антидетонаторы. На стадии эксперимента находятся способы получения титана электролизом хлоридов титана, фтортитанатов, оксида титана. В процессе электролиза решаются следующие проблемы: - предотвращение коррозии конструкционного материала электролизера при высоких температурах; - замена катода с осадком на нем твердого кристаллического титана; - отделение и утилизация соли, извлекаемой вместе с осажденным титаном; - усовершенствование диафрагмы, разделяющей анодную и катодную камеры. В течение всей истории развития титанового производства промышленное получение титана электролизом остается недостижимой целью. Применение непрерывного процесса получения жидкого гитана приведет к сокращению стоимости энергозатрат на 25—30 %. В этом процессе тетрахлорид титана восстанавливается магнием, расплавленный титан и жидкий хлорид магния раздельно извлекают соответственно из нижней и верхней частей реакционного сосуда, в котором поддерживается высокое давление. С 1983 г. в США ведут разработку нового способа производства металлического титана из ильменита, который как предполагают, будет непрерывным способом. Фторосиликат натрия добавляют в ильменит для получения фторотитаната натрия и отделения железа. Полученный таким способом фторотитанат натрия восстанавливают сплавом алюминия с цинком, получая сплав титана и цинка, из которого, выпарив цинк, получают губчатый титан. Разрабатывают и другие схемы получения титана, например высокотемпературное восстановление тетрахлорида титана водородом с использованием плазмы, непрерывное термическое разложение тетраиодида титана. Результаты этих экспериментов пока не дают оснований для их промышленного применения. |
