Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

Рис.44. Схема установки для очистки тетрахлорида титана ректификацией: 1- напорный бак с ТЛС1₄; 2 - подогреватель; 3 - ректификационная колонна для отделения низкокипящих хлоридов; 4 - кубы-испарители с электронагревателями 5 (в патроне); 6 - дефлегматоры; 7 - регулирующий клапан; 8 - насос; 9 - ку­бы-испарители с открытыми нагревателями; 10,11 - ректификационная колонна для дистилляции Т1С1₄; 12 - распределительный клапан; 13 - сборник очищенно­го Т1С1₄


Очищенный тетрахлорид титана содержит примеси в коли­чествах, близких к пределу чувствительности спектрального анализа (10~³-10~⁵ %). Извлечение титана из технического в очищенный тетрахлорид титана равно ~96 %.
Производство диоксида титана Сернокислотный способ
Основное количество выпускаемого диоксида титана из ильменитового концентрата (или титановых шлаков) получают сернокислотным способом, который включает следующие ста­дии:
1)разложение концентрата серной кислотой;
2)очистку растворов от железа;
3)гидролитическое выделение метатитановой кислоты из сернокислотного раствора;
4)прокаливание осадка с получением диоксида титана.
Этот способ обеспечивает высокое извлечение титана в готовый продукт, причем в технологии практически исполь­зуют один реагент - серную кислоту.
Разложение концентрата. Разложение ведут концентрированной Н₂SО₄ (92-94 %) или олеумом в стальных реакторах. Вследствие экзотермичности процесса после нагревания кислоты с измельченным концентратом до 125-135 С реакция проходит интенсивно с саморазогревом до 180-200°С и заканчивается за 5-10 мин. Получающаяся полусухая масса ("плав") содержит оксосульфат титана (IV) (ТiOSО₄ • Н₂О), FеSО₄₎ избыточную Н₂SО₄. Плав выщелачивают водой.
Очистка растворов от железа.
Растворы содержат 110-120 г/л ТiO₂ (в составе ТiOSО₄),
сульфаты железа SеSО₄ и Fе₂(SО₄)₃ и 200-240 г/л активной Н₂S0₄.
Для очистки от основной массы железа восстанавливают Fе³⁺ до Fе²⁺ железной стружкой, а затем проводят кристал­лизацию железного купороса FеSО₄-7 Н₂О, охлаждая растворы до -5 С. В результате кристаллизации содержание железа растворе понижается до ~20г/л.
Железный купорос - полезный побочный продукт, исполь­зуемый в сельском хозяйстве как инсектофунгицид.
Осаждение метатитановой кис­лоты. Из растворов, содержащих оксосульфат титана, ги­дролитическим разложением выделяют метатитановую кислоту (гидратированный диоксид титана):
ТiОSO₄ + 2 Н₂О =ТiO₂-Н₂О + Н₂S0₄.
Следует учитывать, что в действительности продукт гид­ролиза переменного состава, содержит, кроме ТiО₂ и Н₂О, значительные количества SО₃.
Используют два способа проведения гидролиза: способ введения зародышей и способ разбавления.
При способе введения зародышей в раствор добавляют от­дельно приготовленные зародыши в форме коллоидного рас­твора гидроксида титана в количестве ~1 % от содержания ТiO₂. После нагревания до кипения в осадок выпадает 95-96% ТiO₂.
В случае применения способа разбавления исходные рас­творы концентрируют выпариванием до содержания 240 -260 г/л ТiO₂ и затем нагретый раствор по определенному режиму разбавляют, вливая в воду. При разбавлении раство­ра возникают зародыши - центры кристаллизации, а затем образуется осадок метатитановой кислоты.
Прокаливание метатитановой
кислоты. Отфильтрованные и промытые осадки метати­тановой кислоты прокаливают в барабанных печах, футерова­нных высокоглиноземистым кирпичом, при максимальной температуре 850-1000 С (в зависимости от назначения ТiO₂).
Помимо воды при прокаливании удаляется содержащийся в осадках SО₃.


Способ "сжигания" тетрахлорида
титана.
В последние годы получает все большее развитие производство диоксида титана из тетрахлорида титана методом "сжигания", который основан на реакции:
ТiС1₄ + О₂ = ТiO₂ + 2 С1₂,
АG°_1100к = -81,5 кДж.
Эта реакция при 900-1000 °С протекает с достаточной скоростью. Получаемый хлор возвращают на хлорирование ти­танового сырья.
Известно несколько вариантов проведения процесса "сжи­гания". Рассмотрим два из них.
1. Реакцию проводят в камере, в которой установлена
форсунка, куда поступают кислород и пары тетрахлорида ти­тана, предварительно нагретые до 1000-1100 С. На выходе
из форсунки пары ТiС1₄ реагируют с кислородом с образованием желто-зеленого пламени. Поток газа уносит частицы
диоксида титана в пылевую камеру и рукавные фильтры. От­
ходящие газы, содержащие 80-85 % хлора, пригодны для использования в производстве ТiС1₄.
Основное затруднение при использовании способа состоит в необходимости предварительного нагрева реагирующих ком­понентов до 1000-1100 °С.
2. Применение плазмы в качестве источника тепла - наи­более перспективный метод. Целесообразно использовать высокочастотную плазменную горелку с факелом кислородной
плазмы. В факел, имеющий температуру 6000-10000 С, вво­дят пары тетрахлорида титана, которые при столь высокой
температуре быстро реагируют с кислородом с образованием
тонкодисперсного диоксида титана рутильной модификации.
Основные преимущества технологии получения диоксида титана из тетрахлорида титана по способу "сжигания" в сравнении с сернокислотным способом:
а) технологическая схема проще, капитальные затраты в
среднем в 1,5 раза ниже;
б) схема замкнута (хлор утилизируется), тогда как в
сернокислотной схеме затруднительна утилизация гидролиз­ной серной кислоты;
в) диоксид титана более высокой чистоты, а качество
получаемого из него пигмента выше, чем получаемого сернокислотным способом.