Əдебиеттер: 8 [248-320]; 9 [74-122]. Бақылау сұрақтары

8 [248-320];

9 [74-122].

Бақылау сұрақтары:

1. Не себептен магнийді балқытылған хлорлы магнийді электролиздеу

арқылы алады?

2. Магний алудың термиялық тəсілі қалай жүргізіледі?

3. Магнийді қалай тазартады, тауарлы магнийдің маркалары мен құрамы

қандай?

кезектілігі жəне олардың режимдік параметрлері.

5. Магнийлі ванналар электролиттерінің физика- химиялық қасиеттері

қандай болуы тиіс?

6. Магний электролизінің негізгі техника- экономикалық көрсеткіштері.

13-ші дəріс. Титан металлургиясы. Титанның физика-химиялық

өндіру алдыңғы орында. Титанның атомдық нөмірі 22, атомдық массасы 47,9, тығыздығы 4,54 г/см3, балқу температурасы 1668 0С , қайнау температурасы 3260 0С шамасында. Сыртқы көрінісімен титан болатқа ұқсас. Титан ауыспалы валентті, бірақ негізгі валенттілігі 4-ке тең. Себебі, титан төртінші қосымша топша элементін құрайды. Сондай-ақ, титанға (+2), (+3) тотығу дәрежелері де тән. Титан қиын балқитын, коррозияға тұрақты метал. Титан активті, тотықтырғыш емес қышқылдардан сутекті ығыстырады. Ол балқытқыш қышқылмен әрекеттеседі:

2Ti + 12HF = 2H3[TiF6]+3H2

Zr + 6HF = H2[ZrF6] +2H2

Оның тотықтары термиялық тұрақты заттар, оларды ерітіндіге тек балқытқыш қышқылмен ауыстыруға болады. Титанның ерітіндіде түзілген катиондары күрделі құрамды және еру жағдайына тәуелді болады. Ол жоғары тотығу дәрежесінде жақсы комплекс түзуші. Титанның физикалық жəне механикалық қасиеттері оның тазалығына

тəуелді. Бұл металдың өзіне ғана тəн қасиетінің бірі – оттегін, сутегін жəне азотты еріткіштігі. Осы қоспалар титанды морт сынғыш, соққыға төзімсіз қылады. Ауада қалыпты температурада компактілі титан тұрақты, 400 0С қыздырғанда ол тотығып азотпен сутегін ерітеді. Жоғары температурада күкіртпен жəне күкіртті сутекпен дисульфид түзеді. Ал күкірт қышқылы мен əртүрлі концентрациядағы азот титанға əлсіз сілті ерітінділері сияқты өте баяу əсер етеді. Галогендермен 100-200 0С кезінде əрекеттесіп, төменгі температурада қайнайтын, тез ұшатын хлоридтер, фторидтер жəне йодидтер түзеді. Титанның жоғарғы галогениді – TiCl4 түссіз сұйықтық, 136 0С қайнайды,

ауада қою ақ тұман түзе өте күшті гидролизденеді. Титан фториді сілтілік металдардың фторидтерімен комплексті қосылыстар түзеді – Me2TiF6. Титанның басқа да тотықтары, мысалы, Ti2O3 – сия көк түсті, 2130 0С-да балқиды, TiO – алтынтүстес сары, 1750 0С-да балқиды, ал Ti3O5 – аралық тотық болып табылады. Титан қос тотығының үш аллотропиялық модификациясы бар, олар келесі минералдар – рутил, анатаз жəне брукит.

Титанның жоғары тотығы (TiO2) амфотерлі қасиет көрсетеді, ал титанның сулы тотығы күшті қышқылдарда еріп, сульфаттар, хлоридтер, нитраттар түзеді. Ti4+ ионы сулы ерітінділерде тұрақты емес, ол сумен əрекеттесу нəтижесінде гидроксоиондар Э(OH)2+ жəне полимерлі иондар түзеді. TiO2 – ақ түсті, балқу температурасы – 1850 0С. Коррозияға төзімділігі жағынан титан хромникельді тез кесетін болатқа ұқсас. Суық жəне ыстық суларда коррозияға ұшырамайды, суық жəне қыздырылған күйдегі азот қышқылының кез келген концентрациясына, суық күйдегі 10 %-ға дейін сұйытылған күкірт қышқылында жəне 5-10 %-дық тұз қышқылында төзімді. Титанды басқа металдармен (циркониймен, ванадиймен, ниобиймен, танталмен, молибденмен, волфраммен) легірлеу кезінде оның жоғарыда аталған қышқылдарға төзімділігі арта түседі. Титанның құнды қасиеттерінің бірі – көптеген агрессивті орталарда жоғары коррозияға беріктігі – оның бетінде пайда болатын қорғағыш оксидті қабыршықпен түсіндіріледі. Сондықтан титан берік сол ортада, тек оксидті қабыршақтар қиратылу етілмегенде ғана. Бұларға концентрацияланған жəне сұйытылған азот қышқылы, сондай-ақ басқа да бірнеше агрессивті орталар жатады. Титан сілтінің əлсіз ерітінділерінде аз реакцияланады, бірақ олардың концентрациясымен температурасын көтеру кезде, тотығу қарқынды жүреді. Бірде-бір өнеркəсіптік металл жəне олардың қосындылары теңіз суында

коррозияға төзімділігі жағынан титанмен бəсекеге түсе алмайды, оның бетінде тіпті тоттық ізі де көрінбейді. Титанның ерекше қасиеттерінің бірі – «еске сақтау». Кейбір металдармен қосылған қорытпаларында (мысалы, никельмен) ол белгілі бір температурада жасалған бұйымның формасын жадына сақтап қалады. Егер осы бұйымның

формасын өзгеріске енгізіп, (мысалы майыстырып, серіппе жасаса) ол осы қалпын ұзақ уақыт сақтап қалады. Соңғы алынған бұйымды қайтадан бастапқы

температураға дейін қыздырса, ол өзінің алғашқы формасына қайта келеді.

Əдебиеттер

1[261-322];

8 [5-165].

Бақылау сұрақтары:

1. Титанның негізгі қасиеттері қандай?

2. Титанның негізгі физикалық қасиеттері;

3. Титанның негізгі химиялық қасиеттері;

4. Титан жəне оның қосылыстары қандай ерекше қасиеттер көрсете алады?

14-ші дəріс. Титанның қолданылуы жəне шикізат көздері

Титанның 13-ші дəрісте келтірілген қасиеттері оны космостық техникада, медицинада, ракеталық техникалар мен авиацияда қолданылуын анықтайды, Əсіресе дыбыстық жоғары жылдамдықта ұшатын техникаларда қолдану ұсынылған, өйткені ұшақтардың сыртқы бейімдегі температура 250-3000С дейін көтеріледі, əрі одан да жоғары көтерілуі мүмкін. Мұндай температуралар кезінде, титанды қорытпалар алюминийден шамамен он есе берік, бұл оларды дыбыстан да жоғары жылдамдықта ұшатын ұшақтарды қаптайтын алюминдерді ауыстыруда қолданыс тапты. Титанды қорытпалар, сондай-ақ реактитвті авиацияның қозғағыштарында да құрылымдық роль атқарылып пайдалануында. Титан жəне оның қорытпалары бірқатар жағдайларда, мəселен, химия, металлургия өнеркəсібінде жəне кеме жасауда таптырмайтын металл. Түсті металдар комбинаттарында, əсіресе никель, кобальт, титан, магний жəне мыс өндіру мекемелерінде, титан қорытпаларынан компрессорлар, насостар сүзгілеу қондырғыларын, автоклаваларды, жылу алмастырғыштарды, реакторларды, бактарды, вентиль тетіктерін жəне басқада агрессивті ортада жұмыс істейтін жабдықтарды жасауға пайдаланады.

Титанды қорытпалар – құрамына алюминий, молибден, ванадий, қалайы, темір, т.б. элементтер қосылған титан негізді қорытпалар. Титан болат пен басқа қорытпаларға қосылатын лигерлеуіш элемент ретінде пайдаланылады. Химиялық активтілігі жоғары болғандықтан титан балқымасы ауадан оттек, азот, сутек, т.б. элементтерді қарқынды жұтады. Осының салдарынан өнеркəсіптік деңгейде таза титанды өндіру қиындық туғызады. 20 ғасырдың 50- жылдары таза (99,9%) титан өндіру тəсілдері пайда болды. Таза титан механикалық қасиеттері бойынша темірмен шамалас, бірақ меншікті салмағы одан екі еседей жеңіл жəне жегі орталарға төзімді келеді. Мұндай қасиеттер титанды қорытпаларда да сақталған. Титанды қорытпалардың беріктілігі жоғары, тығыздығы төмен. Сондықтан өнеркəсіпте көбінесе титанның қорытпалары пайдаланылады. Титанды қорытпалардың механикалық жəне физикалық қасиеттері əр түрлі болады. Ыстыққа төзімділігі жағынан титанды қорытпалар алюминийлі қорытпалар мен тоттанбайтын болат аралығында болады. Олар белгілі бір температураларда қатты күйден фазалық ауысуға ұшырайды. Бұл титанды қорытпаларды болаттар секілді термиялық өңдеуге жəне қасиеттерін жан-жақты өзгертуге мүмкіндік туғызады. Титанды қорытпалар 300 – 500°С аралығында жұмыс істейтін реактивті қозғалтқыштар мен ядролық реакторлардың кейбір тетіктерін жасауға, авиация мен ракета жасау салаларында, энергетикалық машиналар мен кеме жасауға, химиялық өнеркəсіпте, тұрмыстық бұйымдардың кейбір бөліктерін жасауға, т.б. пайдаланылады. Химия өнеркəсібінде титанды, əсіресе хлор өндірісінде жəне соның

негізіндегі өнімдерді өндіруде тиімді пайдаланады, өйткені мұндай ортада коррозияға төзімділігі жағынан титан, басқа материалдарға қарағанда əлде қайда жоғары. Кеме жасауда титаннан су өтпейтін винтті қалақшалар, валдар жəне басқа теңіз кемелері мен су асты қайықтарының құрылымдық элементері жасалынады. Титанның 50-10 % мөлшеріндегі присадкасы мыс жəне алюминийдің физика-химиялық қасиетін жақсартады. Титанды қатты жəне ыстық төзімді балқымаларда кеңінен қолданады. Ұнтақ тəрізді титанды электрвакуумды өндірісте шаң жұтқыш ретінде қолданады. Металдық титанды алу үшін соңғысын химия-технологиялық қайта өңдеп таза ТіО2 жоғары температурада магний мен немесе натриймен тотықсыздау арқылы алады. Бірақта титанды магнийлы жəне натрийлы алу əдісінде үлкен жетіспеушіліктер бар. Біріншіден, металды тотықсыздандырғыштар магний немесе натрий өндірісінде үлкен капиталды жəне электроэнергия шығынын қажет етеді. Екіншіден, процесстердің периодтылығы аз өнімділікпен үлкен еңбекті қажет етеді. Осыған байланысты соңғы жылдары титанды балқыған тұздардың электролизы арқылы алуға көңіл бөлінуде. Табиғатта титанның 70-дей минералы белгілі бірақ негізгі өндірістік минералдары алльменит (титанды темір) жəне рутил ТіО2 жақын уақыттқа дейін титан минералдарын екі тотықты титан өндірісінде қолданады. Олар ақ эмаль өндірісінде қалайының орнына жəне титанды ақтауштар жасау үшін қолданады. Жер қыртысындағы мөлшері жөнінен, құрылымдық металдар арасында титан, алдына алюминийді, темір мен магнийді өткізіп, төртінші орынды иеленеді. Құрамында титан кездесетін шамамен 80 минералдар белгілі. Ең өнеркəсіптік маңызға иеминералдарының ішінде темірдің тотығымен қоспасы – ильменит FeTiO3 жəне титанның диоксиді - рутил TiO2 иеленеді. Рутилде титанның мөлшері жоғары, өйткені, ильменит шашыранды кен орындарындағы басқа жыныстарға қарағанда көбірек шашыраңқы. Илмениттің кен орындары, іргелі тау жыныстары жəне ұсақ тау жыныстары түрінде кездеседі. Сондай-ақ ильменит магнитті темір рудасымен қоспа түрінде кездеседі, мұндай минерал титаномагнетит деп аталады. Рудалардың бос жыныстары біршама темір селикаттары мен алюминийден тұрады. Титан алу үшін ильменит жəне титаномагнетит пайдаланылады, жоғары өнімді апараттармен жабдықталған, жөнге келтірілген жақсы өндіріс құрылған.

Бос жыныстарды ажырату үшін илменитті рудалар күрделі байытуға ұшырайды, оларға гравитациялау, флотациялау магнитті жəне электростатикалық сепарациялау кіреді. Осылардың нəтижесінде шоғыр алынады, онда 40-60% TiO2, 40-50% темір оксидтары жəне 5-7% бос жыныстар. Рутильді рудаларды байыту кезінде, құрамы 90-95% дейінгі TiO2, шоғыр алынады. Илменитті жəне рутильді шоғырлар титан алу үшін шикізат болып саналады, оның үстіне бірінші, яғни ильменит негізі болып есептелінеді.

1[261-322];

8 [5-165].

Бақылау сұрақтары:

1. Титан қорытпаларының негізгі қасиеттері;

2. Титанды қорытпалардың ішінде химия өнеркəсібіне кең

қолдапнылатыны;

3. Титанның негізгі өндірушілеріне қай елдер жатады?

4. Титан жəне оның қосылыстары қайда қолданылады?

15-ші дəріс. Титан өндірудің технологиясы

Шоғырлар құрамындағы титан диоксидын тура қалпына келтіру, жоғары температуралар кезінде, титанның үлкен реакциялану қабілеті себепті, көп техникалық қиындықтарға кездеседі жəне оны оттегі қоспаларына сезімталдылығы да осыларға себеп. Оттегінің белгіленген минималды мөлшерін қамтамасыз ету үшін, қалпына келтіруге TiO2 ұшырамайды, оның орнына арналуы дайындалған, қоспаларлардан тазартылған титанның

тетрохлориді TiCl4 ұшырайды. Мыналарды ескеру керек, титан көптеген белгілі өнеркəсіптік қалпына келтіргіштермен əрекеттесе алады. Металды титан алынбай оның карбиді алынады, көміртегімен қалпына келтіру кезінде. Титан қосындылары үшін қалпына келтірігіштер ретінде тек үш металды пайдалануға болады: магний, натрий, кальций, бұлар титанмен əрекеттеспейді. Ең арзан жəне қолайлы магний болып саналады. Сондықтан өнеркəсіпте негізінен титанның өзіндік тетрохлоридтің магниймен металлотермиялық тəсілмен қалпына келтіру қолданылады. Ильменитті шоғырлардан титан тетрохлоридтің қалпына келтіру жолымен титан өндіруді қарастырайық. Илменитті шоғырды алдын-ала қалпына келтіру балқытуынан өткізеді, оның мақсаты темірдің негізгі массасын ажырату, олай етпейінше оның хлорлауға көп хлор жұмсалады. Балқыту электрлідоғалы пештерінде шихтаға ұсақталған кокс немесе антрацит қосып, температураның 1600-17000С кезінде жүргізіледі. Балқыту нəтижесінде тиатнды шлак жəне шойын алынады. Шлактың құрамында 85-90% TiO2 жəне оны хлорлауға жібереді. Хлорлау процесін шахталы электр пештерінде, үздіксіз істейтін шахталы хлоратолар да немесе балқытылған тұздар мен хлоратораларда жүргізіледі. Жоғарыда көрсетілген бірінші, екі жағдайда ұсақталған титанды шлак бриккеттеуге ұшырайды. Бұл былай жəне іске асырылады, шлакты мұнайлы кокспен араластырып жəне шахтаға байланыстырғыш қосады. Шахталы электр пештер магнитоксидін хлорлау үшін қолданылатын пештерге

ұқсас. Бірақ бұл пештерде бірқатар кемшіліктер бар, сондықтан оларды хлораторлармен алмастырады. Үздіксіз істейтін шахталы хлоратор (диаметрі шамамен 2м, биіктігі 10м)

цилиндрлі шахта, жоғарғы жағынан шихталарды салу үшін бункер орнатылған. Хлор шахтаның төменгі бөлігінде орналасқан фурмалар арқылы беріледі. Процес реакциялары бойынша 800-8500С кезінде жүреді.

TiO2+С+2Cl2=TiCl4+СО2

TiO2+2С+2Cl2=TiCl4+2СО.

Қоспаларды хлорлау процесі біруақытта жүреді. Көрсетілген реакциялар нəтижесінде, қажетті жылу бөлінеді , яғни хлорлау процесі автогенді. Алынатын булы-газды қоспа хлоратордың үстінгі бөлігінен тазалау жүйесіне жəне конденсацияға жіберіледі, ал хлорлаудан қалған қалдық, шахтаның төменгі бөлігінен шнекті механизімнің көмегімен түседі. Тұзды ерітіндіде хлорлау үшін шихталарды бриктеудің қажеті жоқ, титан тетрохлоридтен тым

жоғары концентрациясы алынады, бұл қоспа булы газды түрінде алынып, жоғарғы өнімділікке жеткізеді деген сөз. Құрғатылған ұсақ шихталарды үздіксіз шнеткің көмегімен сұйық ваннаның бетіне салады, ол кальций, натрий, калий, магний хлоридттарының қоспасынан тұрады. Холоратордағы тұздар қабатының биіктігі 2,5-3 м құрайды. Астынан фурмалар арқылы хлор беріледі, ол балқыма арқылы өтіп, оның ішіндегі шихталардың бөлшектерін (шлакты жəне коксты) қарқынды араластырады. Сол себепті автогенді жүріп жатқан хлорлаудың жылдамдығы жоғарылайды. Пайда болған ұшатын хлоридтар тазалау мен конденсация жүйесіне келіп түседі, ал сұйық хлоридтар балқымада қалады, біртіндеп оның құрамын өзгертеді. Сондықтан, пайдаланған балқыманы оқтын-оқтын ағызып жаңасын құяды. Хлорлау нəтижесінде булы-газды қоспа, TiCl4 буымен қатар басқа хлоридтар мен газдардың буларынан, сондай-ақ шаңдардан тұрады. Сондықтан қоспаны, одан титанның тетрохлоридтің бөлу үшін күрделі тазалаудан өткізеді. Шаңдардың бөлшектерінен, булы-газды қоспаны тұндырғыш камерада тазалайды, артынан буларды конденсацияланғаннан кейін қойылтқыштарға бағыттайды. Ұшатын хлоридтары суланатын мұнаралармен конденсаторларда тұтылады. Осының нəтижесінде техникалық тетрохлорид деп аталатын құрылым шамамен 98% TiCl4, сондай-0ақхлорид қоспасы SiCl4 жəне басқалар алынады. Техникалық тетрохлоридті реактификациялап айдау мен тазалайды, TiCl4, қайнау температурасы (1360 С) жəне қоспалар хлоридттарының қайнау

температураларының айырмашылығына негізделген, мысалы SiCl4 (580С). Тазаланған титан тетрохлоридтарының қоспаларының жиынтығының мөлшері 0,3% кем.

Титанды губканы алудың магниетермиялық тəсілі

Металды титан алу үшін, титан тетрохлоридінің магниймен қалпына келтіру процесі 800-9000С кезінде реакция бойынша жүреді.

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2.
Тотбаспайтын болаттан жасалған саңылаусыз ретортқа магний артылған, ауа сорылғаннан кейін, аргонмен толтырылады жəне электрлі жылытқыштың көмегімен шамасы 7000С дейі қыздырылады да титанның сұйық тетрохлоридін жібереді. Оны магниймен қалпына келтіру реакциясы, көп жылу бөлінуімен өтеді. Сондықтан электрқыздырғышты токтан ажыратады жəне қажетті температураны ұстап тұру үшін, ретортты желдеткіштен келетін ауамен үрлейді. Пайда болған сұйық хлорлы магнийді əлсін-əлсін түбіне орнатылған тесік арқылы шығады. Металды титан реторттың қабырғаларына, түбіне магниймен оның хлоридтары сіңірілген губкалы масса түседі. Реторттардың өнеркəсіптік қондырғыларының диаметрі 1-2м жəне биіктігі 2-3м. Ұзақтығы 30- 50 сағат қалпына келтірудің бір циклді реактордың көлеміне байланысты, 1-4 т титан алынады. Цикл аяқталғаннан кейін, титанды губкадан магнийді қоспалары мен оның хлоридтарынан бөлу жүргізіледі, ол вакуумде айдау жолымен, жоғарғы температура кезінде, бастапқы қоспадағы булармен компоненттер қысымының əр түрлілігіге негізделген. Осы операцияны жүргізу үшін салқындатылған ретортадан қақпақты алып оның орнына сумен салқындатылатын конденсатор орнатылады. Конденсатор арқылы барлық жүйені, қалдық қысым 1-6 Па дейін вакуумдайды жəне 950-10000С дейін ретортаны қыздырады. Айдау процесі 25- 40 сағатқа созылады. Тазаланған титанды губканы ретортадан алынады жəне бөлшектейді. Ал бөлінген конденсат кейін балқытылыады, пайдаланған магний хлориді MgCl2 алынады, оны электролиздеу үшін қолданылады. Титанды губка өндірісінде, əсіресе титанның тетрохлоридтан алу кезінде,

пайдаланылады, жəне уландырғыш газдармен булар, хлор, хлорлы сутегі, титанның тетрохлориді жəне басқа хлоридтер құрылады. Ұшатын хлоридтар ауаның дымқылымен гидролиздене отырып тұз қышқылының туманын құрайды. Оның ауадағы мүмкін болатын мөлшері 5мг/м3, мұның өсуі тыныс жолдарын зақымдауы, шырышты қабықпен асқазан органдарында зақымдауы мүмкін. Сондықтан цехтар ауа алмастыратын желдеткіштермен жабдықталуы керек, оның көлемі 1 сағаттағы ауаның алмасуынан 10 еседен кем болмауы

шарт, барлық апаратуралар герметикалық болуы керек. Қызмет етушілер технологиялық нұсқаулар мен техника қауіпсіздігі ережелерін жақсы білумен қатар оларды мүлтіксіз орындауға міндетті. Өнеркəсіп тиатнды губканы қоспа маркаларын əр түрлі мөлшердегі қоспаларын жеткізіп беруде. Ең таза губка (ТГ-90 маркасы), ондағы мүмкін болатын, % (масса бойынша) жиынтық қоспалар мөлшері: 0,28, оның ішінде 0,04 оттегі жəне 0,02 азот, сапасы өте жоғары емес бір губка үшін (ТГ-150) қоспалар сəйкес: 0,6; 0,01 жəне 0,04 тауарлы губканы ылғалды ауамен əрекеттесуден сақтау үшін, оны герметикалық ыдыстарда тасымалдау (контейнерлермен, бидондармен жəне т.б.) керек. Титанды губканы немесе (жаңқаларды) тазалаудың негізгі əдісі иодты тазалау болып табылады. Əдіс мынаған негізделген, 170-2000С кезінде йод титанмен реакцияға түседі, нəтижесінде бу түріндегі төрт йодты титан TiI4 құрылады, ал 1300-140000С кезінде кері реакция жүреді, оның диссоциациялануы жүреді:
TiI4=Ti+2I2.

Мұндайда бастапқы титан құрамындағы қоспалар, иодпен ұшатын қосындылар құрамайды жəне оның қаныққан буларының қысымы, иодидты титанның қысымынан өзгеше. Иодидты тазалау саңылаусыз ретортада жүргізіледі, онда бастапқы титанды салғаннан кейін терең вакуум құрылады (1,33•10-2-1,33•10-3 Па). Реторта сыртқы қыздырғыштармен 150-2000С дейін қыздырылады, оның орта бөлігінде титанды сым тартылған, ол электр тогымен 1300-1400 0С қыздырылады. Ретортаның ішіне арнаулы аспаптар көмегімен иодтың ампуласын сындырады. Иод буы ретортаны толтырады жəне TiI4 буын құрай отырып титанның губкасымен немесе жаңқаларымен əрекеттеседі. Өте жоғары қыздырған титанды сымда бұл булар ыдырайды. Сымға таза титан отырады, ал

иод процеске қайтарылады. Тазаланған (иодидты) титанның металды шыбықтарының диаметрі 25-30 мм жеткенде тазалау аяқталады. Иодидты титандағы қоспалардың жиынтық мөлшері əдетте 0,05 – 0,1 % аспайды. Бірақ та процесс өнімділігінің төмен болуы жəне иодидты титанның жоғары бағасы (өте жоғары сападағы губкадан 15 есе жоғары) болуы себепті, бұл əдіс өнеркəсіпте кең қолданылмайды. Негізгі титаннан тұратын қорытпалар алу үшін, негізгі алғашқы материал болып титанды губка саналады.

Өндірісте титанды өндіру үшін қолданылатын əдістері:

1. Магний немесе натриймен титан хлоридін (TiCI4) тотықсыздандыру

арқылы;

2. Кальций немесе кальцийдің гидридімен титанның оксидін

3. Электроліттік əдіспен алу жəне металды рафинерлеу;

4. Металды иодитті əдіспен рафинерлеу.

Металл кеуек немесе ұнтақ түрінде алынуі, оның тотықсыздандыру əдісіне

байланысты.

Титанды магниетермиялық əдісімен өндіру

Тетрахлорид титаннан (TiCI4) магниетермиялық əдісіпен титан алудың процесі жүргізіледі.Бұл процесті – процесс Кролля дейді.Бұл əдіспен кеуекті

титанды ТМД – зауыттарында, АҚШ, Жапонияда алады. Өндірістік тəжірибеде тотықсыздандыру процесінің периодтығы жəне содан соң реакционды массаны өңдеу дамыған. Болатты герметикалық аппаратты инертті газбен (аргон, гелий) толтырады,онда титан тетрахлоридін тотықсыздандыру магниймен процесі жүргізіледі. Аппараттың ішіне алдын–ала магнийді құяды, оған сұйық титан тетрахлоридінің жылдамдығын реттеу

арқылы беріледі, оның буы сұйық жəне бу тəрізді магний мен реакция түзеді. Тотықсыздандыру процесс кезінде аппарат реакционды массамен толады,оның құрамында кеуекті титанның саңылауында артылған мөлшерден магний жəне хлорлы магнийдің қалғаны бар.Көп мөлшерде пайда болған MgCI2 мезгіл– мезгіл реактордан шығарылады.Магнийді жəне MgCI2 вакумде айдау арқылы титанды кеуекті тазартады.Бұл операция ｫвакуумды сепарацияｻ деп аталады.

Тотықсыздандырудың физика–химиялық негізі TiCI4 магниймен мынадай жиынтық реакция бойынша əрекеттеседі:

ТіCI4 (бу) + 2 Mg (с) = Ti (қ) +2 MgCl2 (c)

Температура 1350-1400 К бутəрізді магниймен əрекеттеседі:

TiCI4 (бу) + 2 Mg (бу)= Ti (қ)+2MgCI2 (c)

Бұл температурада жартылай бұ тəрізді MgCI2 пайда болады.Жылу эффектілері (1) жəне (2) реакциялардан 1100 К тең 492 жəне 686 кДЖ, сондықтан процестің жылуға қосылмай жүруінің мүмкіндігі бар.

жіберуін тоқтатады, реакторды 1 сағат пешпен жылтады 900 0 С дейін. Титанды кеуекті хлорлы магнийден жəне мол мөлшерде магнийден тазарту Тотықсыздандыру өнім ол реакционды масса, оның құрамы: 55-60% Ti,25- 35% Mg; 9-12%MgCI2; 0,01-0,1% жəне титанның төменгі хлоридтері. Қазіргі кезде титанның сапасын жоғарлату үшін вакуумдық айдау («сепарациялау») ол реакционды массадан магниймен MgCI2 айдау процесі

қолданылады.Процесс 850-1000 0С, бу қысымы 3,7*10-7 Па жүргізіледі. Өндірісте вакумдық сепарацияны екі əдіспен жүргізіледі:

1)тотықсыздандыру процесін жүргізген ретортада реакционды массаны түсірмей) Ретортаның ішінен реакционды массаның пневматикалық күрек арқылы шығарады, содан соң массаның кесектерін тесік кəрзинкеге салады.Оны ретортаға орнатады дистилляция жүргізу үшін.Кеуекті сақтайды жəне тасымалдайды герметикалық контейнерлерде .Егерде ұзақ мерзім сақтаса, онда контейнерлердің ішін кептірілген инертті газбен толтырады. Бірінші сорт кезектің ТГ-100 техникалық ережелер бойынша құрамындағы қоспалар аспау керек,%: CI-0,08;Ғе-0,06;N-0,02;С-0,03;Si-0,02; О-0,04; Бринель бойынша қатылық 910-1000МПа. Титанның тетрахлоридың натриетермиялық əдіспен тотықсыздандыру. Процестің физика –физикалық негіздері. Натрийдің хлорға жақындығы жоғары титанның хлорға жақындығына қарағанда, сондықтан натриетермиялық тотықсыздандыру TiCI4–ті 1200К 2,7 есе жоғары магнитермиялық тотықсыздандырудан. Өндірісті тотықсыздандыру 801-883 0 С жүргізіледі. Бұл кездегі раакция:

TiCI4 (г) + 4 Na(c)= Ti(қ)+ 4 Na CI (c)

Δ Н0 1200 К = -755 кДж.

Тотықсыздандыру бір немесе екі сатыда жүргізіледі.

Бір сатылы процесс. Процесс болатты реакторларда жүргізіледі. Оның ішіне бір уақытта беріледі 4 хлорлы титан жəне сұйық натрий. Сұйық Na балқу Т-сы =98 0 С, бірақ ол беріледі.120-150 0С –де . Реактивтің іші аргонмен толтырылады. Процестің температурасы 850-880 0 С. 1- ші кезеңде тотықсыздандыру жүргізіледі газды фазада. Бұл кезде майда титанның бөлшектері пайда болады,олар реактордың түбіне жиналады. Содан соң тотықсыздандыру толық жүргізу үшін жəне титанның бөлшектерін мөлшерін ұлғайту үшін процеске пеш қосылады.Оның t-сы 950-1000 0 С-де 4-6 сағат процес жүреді. Бұл кезде реакционды масса алынады.оның құрамы:17%Ti;83% NaCI, бірнеше % натрий. Реакционды масса суығынан кейін оны ретортадан, арнайы фрезамен кейін алады.Реакционды массаны ұнтақтайды.Балғалы ұнтақтағышта, оны сілтейді-суға тұз қышқылын қосып болатты чаңдарда араластырғышы бар, сілтілеу уақыты 30 минут.Сүзеді центрифругада, алынған титанның ұнтағын жуып-шаяды,вакуумды кептіргіште кептіреді.Екісатылы процесс. Бірінші сатыда тотықсыздандыру жүргізіледі реакторда – бір уақытта беріледі. 4 хлорлы титан жəне сұйық Na. Тотықсыздандыру t-сы 600-670 0 С

аргон атмосферасында. Реактордың ішіне балқыма толғаннан кейін–екінші сатыда төменгі хлоридтерді натриймен тотықсыздандыру диффузионды режимде жүргізіледі жəне ірі кристалдық дендритты титан алынады, оның тазалық дəрежесі жоғары. Екінші сатыда тотықсыздандыру жүргізіледі 860-870 0 С.

5 [386-408 ];

10 [5-62];

11 [33-59];

13 [5-129].

Бақылау сұрақтары:

1.Титанды кеуекті өндірудің принциптітехнологиялық схемасы;

2.Титанды,оның қосындыларынан өңдірудің əдістері;

3.Титанды магниетермиялық əдіспен өндіру;

4.Хлорлы магнийден титанды кеуекті тазарту;

5.Титанның тетрахлоридін натриетермиялық əдіспен тотықсыздандыру.

1.1 Алюминатты ерітіндісінің концентрациясын есептеуі, 1 сағат

Өндірістік алюминат ерітінділерінің құрамында натрий тотығы Na₂O, алюминий тотығы Al₂O₃ және әр түрлі химиялық қосылыста болатын қоспалар, оларда кремний, күкірт, фтор, темір, галлий, ванадий және т.б. элементтер және де органикалық заттар болады.

Әрбір компоненттің алюминат ерітіндідегі концентрацияны грамды литрге (г/л), кей кезде ғана процентпен өрнектейді.

Концентрациясы г/л-ден концентрациясы пайызға өту үшін ерітіндінің тығыздығын білу керек. Ерітіндінің концентрациясын С арқылы, ал ерітіндінің тығыздығын ρ, г/см³ арқылы белгілейік. Егер де 1 см³ ерітіндіде ρ г зат болса, онда 1000 см құрамында С г зат болады, яғни С = ρ 1000 г. Егер а% - бұл а г заттың 100 г болса, ал С г/л – бұл С г ρ 1000 г затта болса, онда

Қаттының 1 л пульпадағы құрамын b г деп, ал оның тығыздығын ρ г/см³ деп белгілейік. Сонда пульпада (1000 ρ–b) г сұйық фаза болады. Пульпадағы С:Қ қатынасты құрып, b г/л табамыз