Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

Рuс.59. Аппарат для рафинирования титана и циркония по способу термической диссоциации иодидов:
1 - корпус аппарата; 2 - молибденовая сетка; 3 - подвеска для титановых (циркониевых) нитей; 4 - токоподводы; 5 - термостат (внутри - ампула с ио­дом); 6 - вакуумный затвор; 7 - патрубок к вакуумной системе; 8 - крышка ап­парата; 9 - молибденовые крючки; 10 - титановые (циркониевые) нити; 11 -губка титана или циркония, подлежащая очистке


По рассчитанной величине К строят зависимость силы то­ка от напряжения (вольтамперную кривую), по которой ведут процесс.
Процесс иодидного рафинирования циркония проводят, как описано для титана, с тем отличием, что оптимальная тем­пература чернового циркония выше (250-300 °С).
В результате рафинирования получают плотные прутки ти­тана и циркония диаметром 25-40 мм. Содержание примесей в рафинированных металах на 1-2 порядка ниже, чем в метал­лах, полученных магниетермическим восстановлением хлори­дов. Металлы содержат, %: О 0,003-0,005; N 0,001-0,004; С 0,01-0,03. Большая часть металлических примесей содержит­ся в пределах от сотых до менее тысячных долей процента.
5. ПРОИЗВОДСТВО КОМПАКТНЫХ ТИТАНА И ЦИРКОНИЯ
Плавка титана и циркония
Подавляющую часть титана и циркония, получаемых в виде губки или порошка, превращают в компактные заготовки ме­тодом дуговой вакуумной плавки. В настоящее время методом плавки получают заготовки титана массой от 3 до 10 т и заготовки циркония массой до 2 т.
Расходуемые электроды большей частью прессуют вне печи на гидравлических прессах из измельченной титановой или циркониевой губки (с размерами кусков 5-30 мм) под давле­нием 0,2-0,4 МПа. Цилиндрические брикеты соединяют в эле­ктрод нужной длины контактной торцевой сваркой в процессе спекания, для чего через них пропускают электрический ток в камере дуговой печи. Брикеты сваривают и вне печи аргоно-дуговым способом.
Для повышения жаропрочности, улучшения механических и коррозионных свойств в титан вводят легирующие добавки ряда металлов (Мn, А1, Сг, V, Мо, Fе, Ni). С этой же це­лью легируют и цирконий (в частности, вводят 1,4-1,6% Sn, а также малые добавки Fе,Сг,Ni и др.). Целесообраз­но смешивать легирующую добавку с губкой, поступающей на прессование расходуемого электрода. Менее удовлетворите­лен способ, состоящий в изготовлении таблеток из легирующих компонентов, которые равномерно подаются в зону плавки.
При дуговой плавке в расплавленном состоянии находится короткое время небольшое количество металла, поэтому трудно обеспечить однородность распределения легирующих добавок. Вследствие этого большей частью проводят повтор­ную плавку, используя полученный слиток в качестве расхо­дуемого электрода. Плавку ведут на постоянном токе с со­блюдением полярности: электрод-катод, расплав-анод. Преи­мущества постоянного тока - стабильность дуги. Кроме то­го, в этом случае под влиянием электронной бомбардировки на аноде выделяется 2/3 расходуемой энергии дуги, что благоприятствует увеличению объема жидкого металла в кри­сталлизаторе и создает более однородный слиток. Плавка титана в элекронно-лучевых печах не получила развития из-за значительного испарения металла в высоком вакууме.
Цирконий плавят в электроннолучевых печах. В процесс» плавки происходит в некоторой степени очистка циркония от кислорода, так как давление пара монооксида циркония при высоких температурах на два порядка выше давления пара циркония. После электронно-лучевой плавки циркония, вып­лавленного в дуговой печи, твердость циркония НB снижает­ся с 1300 до 950 МПа.
Метод порошковой металлургии
Этот метод используют для получения заготовок и изде­лий из титана и сплавов на его основе и в ограниченной степени - для получения изделий из циркония.
В порошковой металлургии титана используют порошки, полученные измельчением титановой губки, восстановлением диоксида титана гидридом кальция, а также полученные эле­ктролитическим рафинированием отходов титана.
Небольшие заготовки из порошка титана или его гидридa прессуют в стальных пресс-формах под давлением 350-800 МПа. Крупные заготовки массой 50-100 кг и более прессуют гидростатическим прессованием (см.гл.1).
Спекание проводят в вакууме ~1,3-10 ²-1,3-10 ³ Па при 1200-1400 °С. Происходящее при 800 °С превращение гекса­гональной α-модификации в кубическую (β-титан) повышает подвижность атомов и благоприятствует спеканию.
Kонечная пористость изделий, спеченных из гидрида ти­тана (водород полно удаляется при спекании в вакууме), ~2 %, при линейной усадке 12-14 %. При работе с более крупнозернистыми порошками, полученными измельчением губ­ки, наблюдается линейная усадка только 4-5 %. Для получе­ния плотного металла необходима промежуточная ковка (об­жатие) заготовки и повторное спекание. Крупные заготовки массой 50-60 кг спекают в вакуумных индукционных печах.
Механические свойства титана, полученного методом по­рошковой металлургии, не отличаются от свойств титана, выплавленного в дуговых печах. Методом порошковой метал­лургии можно также получать сплавы титана, прессуя заго­товки из смеси порошков титана с порошком легирующего элемента и проводя затем спекание заготовок в вакууме.

ГЛАВА 5 Рений.

Общие сведения.
Д.И. Менделеев в 1869г. предсказал существование и свойства двух эле­ментов VII группы - аналогов марганца, которые предварительно назвал "эка-марганец" и "дви-марганец". Они соответствуют известным в настоящее время элементам - технецию (порядковый номер 43) и рению (порядковый номер 75).
К последующие 53 года многие исследователи сообщали об открытии аналогов марганца, но без убедительных оснований. Теперь мы знаем, что поиски элемент № 43 в природных соединениях не могли увенчаться успехом, так как неустойчив. Лишь в 1937 г. этот элемент был получен искусственно Э.Сегре и К.Перье путем бомбардировки ядер молибдена дейтронами и назван технецием (от греческого "техно" - искусственный).
В 1922 г. немецкие химики Вальтер и Ида Ноддаки начали систематические поиски аналогов марганца в различных минералах. Из 1кг колумбита они выделили 0,2 г продукта, обогащенного молибденом, вольфрамом, рутением и осмием. В этом продукте по характеристическим рентгеновским спектрам был обна­ружен элемент с порядковым номером 75. О своем открытии Ноддаки сообщили в 1925г. и назвали элемент рением. Позже, в 1927 г., Ноддаки установили, что в значительных концентрациях (до сотых долей процента) рений содержится в молибдените, из которого элемент был выделен в количествах, позволивших туши, химические свойства его соединений и получить металл.
Производство рения и его соединений в небольших количествах впервые возникло в Германии в 1930 г. на Мансфельдском заводе, где рений извлекали из печных настылей, образующихся при плавке медистых сланцев, содержащих при­месь молибденита. В СНГ производство рения возникло в 1948 г.