• +7 (495) 730 31 40

    Контакт с администрацией портала

  • Новости

  • Аналитика

  • Публикации

  • Госты

  • Металлургический калькулятор

  • Металлургический справочник

  • Конференции

  • Полезные материалы

  • Списки

  • Индекс цен

  • Индекс цен LME

Металлургия Титана

Титан – один из самых распространенных металлов, который входит в состав большого количества минеральных соединений. Его в виде оксида титана впервые обнаружил Уильям Грегор в 1791 году и дал название «менаканум». Однако при повторном открытии его название было изменено на «титан», а во второй половине ХХ века началось его производство. На сегодняшний день титан применяют во многих отраслях. В Периодической таблице элементов титан (на латыни - Titanium) обозначен как Ti. Он относится к побочной подгруппе четвертой группы четвертого периода. Это химический элемент 22-го порядкового номера, обладающий атомным весом 47,22. В простом виде – легкий металл серебристо-серого цвета.


Сплавы титана обладают следующими свойствами:


• жаростойкостью – температура плавления – 1660 °С (1933 К), а температура кипения – 3300 °С;
• наивысшей среди металлов удельной прочностью, - в 2 раза прочнее чистого железа и в 6 раз прочнее алюминия;
• устойчивостью к коррозии;
• легким весом – плотность составляет 4,51 гр/см3.


Распространенность


Титан занимает 10 позицию в рейтинге самых распространенных природных элементов. Концентрация металла:
• земная кора – 0,57 % от всей массы;
• ультраглавные породы – 300 гр/т;
• главные породы – 9 кг/т;
• глинистые и сланцевые породы – 4,5 кг/т;
• кислые породы – 2,3 кг/т;
• океан – 0,001 мг/л.


В основном, кора содержит кислородные соединения четырехвалентного титана. Отдельно, без примесей, титан не встречается. Существует большое количество титаносодержащих минеральных соединений, среди которых главными считаются:

• рутиловые – TiO2;
• ильменитовые – FeTiO3;
• титаномагнетитные – FeTiO3+Fe3O4;
• перовскитные – CaTiO3;
• титанитные – CaTiOSiO5.

К легко обогащаемым рудам относятся:

• коренные – ильменит-титаномагнетитовые;
• рассыпные – рутил-ильменит-цирконовые.

В таких породах наличие окиси металла колеблется от 10-ти до 60 %.
Богатые месторождения металла сосредоточены в России, Китае, ЮАРе, Украине, Японии, Индии, Австралии, Бразилии, Казахстане и Южной Корее. Месторождения, находящиеся на территории Российской Федерации, уступают только китайским. Это титановые залежи на Урале и Приднепровье.


Производственный процесс


Ильменитовые руды перерабатывают следующим образом: во-первых, при восстановлении FeO, из концентрата выделяют Fe, которое переходит в чугун, а также получается 82 – 90 % TiO2, переходящее в титановый шлак.
FeO•TiO2 + С = Fe + TiO2 + CO

На следующем этапе при температуре 700 – 900 °С полученный шлак подвергают воздействию газообразного хлора по реакции: TiO2+ 2Cl2+ 2С = TiCl4↑ + 2СО. Этот процесс осуществляется в электрических шахтных печах, в которых титановый шлак хлорируют. После этого, полученный тетрахлорид очищают путем конденсации. На выходе из конденсата получают пульпу, которую собирают в сгуститель.

 На третей стадии переработки из полученного тетрахлорида проводят процесс металлотермического восстановления титана из TiCl4. Далее, на завершающих этапах, для получения чистого металла проводят рафинацию. Для этого применяется йодирование (титановый порошок помещают в специальный термостат, добавляют йод и через титановую проволоку пропускают электричество). В результате этой процедуры на проволоке образуется чистый Ti (99,9 %). В конце процесса пористый металл плавят в вакуумных дуговых печах и, на выходе, проходя через водоохлаждаемый кристаллизатор, титан затвердевает.


Применение


Благодаря своим физическим и химическим свойствам, титан используется во всех отраслях промышленности. Его используют в создании сплавов стойких к различным воздействиям. Металл активно применяется в авиастроении, так как обладает малой плотностью и массой. Сочетание прочности и легкости делает его незаменимым в кораблестроении, создании космических технологий, военной и автомобильной промышленности. Хотя титан относится к дорогостоящим металлам, он является необходимым в изготовлении различного оборудования и механизмов, работающих в экстремальных условиях обеспечивая надежность и существенно увеличивая срок работы.


Титан В авиастроении титан имеет широкий спектр применения. Его используют в соединениях с алюминием. Из него изготавливают обшивку самолетов, шасси и усиленные крепления, элементы реактивных двигателей. Этот металл незаменим в изготовлении ракетных двигателей и различных узлов ракет, так как он способен сохранять прочность при сверхвысоких температурах и перегрузках.

Обладая высокой стойкостью к коррозии, титан широко применяют в судостроении. Им обшивают корабли и подводные лодки, отливают гребные винты. Без него не обходится химическая промышленность.

 Из него изготавливают трубы и емкости для токсичных веществ. Этот металл не подвергается воздействию таких веществ, как серная и соляная кислоты, различным хлоридам.

В медицине и автомобильной промышленности титан применяют в соединениях с никелем, способным сохранять память формы.

Применение титана связано ограничениями ввиду его дороговизны. Поэтому, его мало используют в легкой промышленности. Но, в виде различных соединений, он применим во многих отраслях. Так, например, из соединения карбида титана изготавливают режущие инструменты. Двуокись этого металла применяют в изготовлении красок, бумажных и пластиковых изделий. В виде органических соединений - в сфере производства химических веществ.

Его неорганические соединения используют в электронике и стекловолокне. Титан входит в состав сверхпрочных соединений, которыми покрывают металлические детали и инструменты.
Как показали исследования рынка потребления, большая часть добываемого титана используется в производстве красок (60 %). На изготовления пластиковых материалов приходится 20 %, бумаги – 13 %, а в машиностроении - 7%.
Стоимость килограмма титана колеблется в зависимости от чистоты в пределах 15 –25 $.


Диоксид титана


Одним из самых распространенных соединений титана считается его диоксид. Обозначается формулой TiO2. В промышленной классификации имеет обозначение пищевой добавки Е171. Это бесцветные кристаллы, которые, при воздействии температуры, становятся желтыми. Не растворим в воде.


При помощи пищевого красителя Е171 сухому молоку придают белый цвет. Его применяют в лакокрасочных изделиях, при производстве бумаги и пластика. Несмотря на то, что Е171 считается условно безвредной, при больших его концентрациях в легких повышается вероятность развития онкологических болезней. На территории РФ применение двуокиси титана в пищевой отрасли разрешено, как и в большинстве стран мира.


Изготовление диоксида титана


Для изготовления чистого титана используется не более 5 % добываемой руды. Производство диоксида занимает основную часть добытого сырья. В естественной среде диоксид присутствует в трех разновидностях минерала, которые отличаются формой кристаллической решетки:

• рутил – имеет кубическую сингонию. В этом виде диоксид встречается чаще всего;
• анатаз – минерал тетрагонального строения;
• брукит – ромбическая кристаллизация, самая редкая форма.

Самые крупные залежи рутила находятся на территории Чили, Канады и Сьера-Леоне. Третьим по размеру месторождением является местность в Рассказовском районе Тамбовской области.
Производство диоксида осуществляют сульфатным и хлоридным методами. Для изготовления диоксида сульфатным методом перерабатывают ильменит – соединение четырехвалентного титана и трехвалентного железа.

В хлоридном методе добычи для переработки используют хлоридные соли титана. На сегодняшний день хлоридных методов производства существует три:

• гидролиз солей титана, с последующей термической обработкой;
• гидролиз паров титановой соли при температуре не ниже 1000 °С. Диоксид титана получает свойства пигмента;
• сжигание хлористого титана в кислороде, поддерживая температуру в 1000 °С.


Применение диоксида


Основная сфера применения диоксида - производство лакокрасочных изделий, она занимает более 50 % всего производимого материала. Являясь красителем, диоксид применяют для окрашивания в белый цвет и осветления красок, белил, различных лаковых составов, шпатлевок и грунтовых составов. Диоксид обладает нейтральной токсичностью, поэтому полностью безопасен для здоровья человека. В лакокрасочной отрасли используется диоксид рутильной формы, так как имеет наилучшие красящие свойства.

На производство пластиковых изделий уходит 20 % всего добываемого и изготавливаемого диоксида. Благодаря своим свойствам противостоять воздействию высоких температур и высокой прочности, диоксид применяют как наполнитель или добавка в пластиковых окнах, автомобильных пластмассах, бытовой технике, каучука и линолеума.
В производстве бумажных изделий диоксид выступает красителем. Он отлично окрашивает бумагу в белый цвет или используется в составе с другими красителями. Незаменим в производстве обоев, картона, цветной, белой, пропитанной или ламинированной бумаги. На эту сферу производства тратится до 15 % всего производимого диоксида титана.

Двуокись применяют и в изготовлении косметики, как добавку к солнцезащитным кремам.
Использование титановой двуокиси регламентировано установленными нормами, потому что ненормированное его применение может создавать опасность здоровью человека. Сегодня исследовательские институты продолжают исследования влияния пищевой добавки Е171 на живые организмы. Всё же, диоксид титана является незаменимым как в химических отраслях, так и в пищевой промышленности.

Возврат к списку