Вакуумная сепарация реакционной массы

Для разделения продуктов реакции пользуются различием давления их паров в вакууме при 900∘C. В таких условиях давление паров титана ничтожно мало (титан не испаряется), давление паров хлорида магния около 8 мм рт. ст., а давление паров металлического магния около 80 мм рт. ст.

Реторту устанавливают в вакуумную печь так, чтобы создать вакуум как внутри, так и снаружи реактора. Это необходимо для предотвращения деформации стальных стенок реторты, находящихся под вакуумом, от давления атмосферы. Если вакуум будет по обе стороны стенок, разность давления меньше, и нагрузка на нагретые стенки значительно снизится.

Крышку реторты снимают и укрепляют вместо нее охлаждаемый водой конденсатор.

Дистилляцию магния и хлорида магния проводят при 900∘C и остаточном давлении 4–10 мм рт. ст. в течение нескольких десятков часов. Затем реторту опять медленно охлаждают, открывают и выбивают титановую губку пневматическими зубилами, так как она приваривается к стенкам реторты. Отделенный дистилляцией магний опять используют как восстановитель титана.

Титановая губка дробится и тщательно сортируется. Наиболее чистая губка идет на переплавку, низкосортная, содержащая включения хлоридов, брикетируется и используется как раскислитель стали в черной металлургии. Для получения из титана и его сплавов ответственных изделий очень важна его хорошая пластичность, свариваемость и термостойкость. Эти свойства наиболее резко ухудшают кислород, водород и азот. Поэтому в титановой губке не должно быть более 0,015% водорода, 0,15% кислорода и 0,04% азота.

Суммарное количество примесей в губке равно 0,4–1%, что является недостатком магниетермического способа. Другим недостатком этого способа является периодичность процесса и, как следствие его низкая производительность.

Ведется работа по доведению до уровня промышленного использования способов, позволяющих получать губку более высокого качества: натрийтермического, иодидного и электролитического.

Натриетермический способ отличается тем, что титан из тетрахлорида восстанавливают металлическим натрием. Этот процесс проводят при относительно невысокой температуре, и титан в меньшей степени загрязнен примесями. Вместе с тем натриетермический способ более технически сложен и дорог, чем магниетермический.

Иодидный способ применяют для получения небольших количеств титана очень высокой чистоты 99,9% и более. Он основан на термической диссоциации (разложении) четырехиодистого титана TiI4. Процесс проводят в вакууме ммртст10^−4–10^−5ммрт.ст. Реакция

Ti+I2→TiI4 при 100–200∘C идет вправо, а при 1300–1400∘C идет влево.

Сначала при температуре 100–200∘C проводят взаимодействие титановой губки с иодом с образованием паров четыреххлористого йода, а затем на раскаленной до 1300–1400∘C проволоке из чистого титана (диаметр 3–4 мм, длина около 10 м) эти пары разлагаются с образованием кристаллов чистого титана и высвобождением йода, снова способного взаимодействовать с исходным титаном.

Суммарное количество примесей в иодидном титане не превышает 0,05–0,2%. Преобладают металлические примеси Mg, Si, Fe, Mn и др. Газовые примеси, особенно нежелательные для титана, в иодидном титане присутствуют в очень малых количествах.

Способ этот очень дорогой и малопроизводительный.

Электролитические способы получения титана основаны на том, что диоксид титана или его галогенные соединения могут быть подвергнуты электролизу. Процессы электролиза, основанные на использовании диоксида титана без применения дорогого процесса галогенизации весьма желательны для промышленности. Однако отделение оксидов титана от продуктов реакции представляет одну из основных трудностей этого процесса.

Диоксид титана не растворим в воде и разбавленных кислотах, поэтому его нельзя удалить из реакционной массы выщелачиванием.

Оксиды титана из продуктов реакции можно не удалять, если применять электролиты, содержащие соединения титана с галогенидами. Состав электролита: одна часть фтортитана калия K2TiF6, пять частей фтористого натрия и фтористого калия. Электролиз протекает при 850∘C, плотность тока 0,3–1,0А/см^2. Электролит загружают в графитовый сосуд (анод) и нагревают угольным элементом сопротивления. Катод изготовляют из никеля. Часть катода, выступающая из ванны, защищается графитовой оболочкой от коррозионного воздействия фтора.