Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

2. ПРОИЗВОДСТВО ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ТИТАНА
Титановые минералы, руды и рудные концентраты
В ряду распространенности элементов титан занимает де вятое место, содержание его в земной коре 0,61 % (по мае* се). Титан встречается во всех изверженных и осадочных породах, а также в почве, торфе, каменном угле, растени ях, крови, костях животных.
Титан встречается в земной коре в виде диоксида, титанатов и сложных комплексных титанониобатов и силикатов,
Известно около 70 минералов титана, наибольшее промыш­ленное значение имеют рутил, ильменит, перовскит и сфен, являющиеся собственно титановыми минералами.
Рутил - природный диоксид титана (другие модификации -анатаз и брукит). Обычно содержит примесь оксида железа (II) FеО. Плотность 4,18-4,28 г/см³. Цвет большей частью красно-коричневый. Крупные месторождения редки. Рутиловые концентраты содержат 90-95 % ТiO₂.
Ильменит - титанат железа FеО-ТiO₂ наиболее распрост­раненный минерал титана. Впервые найден на Урале в Иль­менских горах. Минерал бурого или буро-черного цвета. Плотность 4,56-5,21 г/см³.
Часто ильменит находится в тесной связи с магнетитом. Такие руды называют титаномагнетитами.


Перовскит - титанат кальция СаО • ТiO₂ (58,7 % ТiO₂). Часто содержит примеси ниобия, иттрия, марганца, магния. Плотность 3,95-4,04 г/см³. Цвет черный, красно-бурый.
При обогащении ильменитовых песков вначале гравитацио­нными методами извлекают тяжелые минералы (магнетит, иль­менит, рутил, циркон и др.), получая так называемые чер­ные шлихи. Для разделения шлихов используют электромаг­нитные и электростатические методы. Если магнитную прони­цаемость железа принять за 100, то для магнетита она рав­на 40,2, для ильменита 24,7, для рутила 0,4, для силика­тов меньше 0,2. Изменяя напряженность магнитного поля, отделяют магнетит от ильменита, а последний от рутила.
При обогащении титаномагнетитовых руд с крупной вкрап­ленностью ильменита также используют магнитную сепарацию. Некоторые титаномагнетиты не поддаются механическому обо­гащению. В этом случае применяют металлургическое обога­щение - плавку в электропечах с получением чугуна и бога­того титаном шлака. Из ильменитовых концентратов выплав­ляют шлаки с содержанием 75-85 % ТЮ₂. Кроме того, из них в результате химического обогащения получают синтетичес­кий рутил с содержанием 90-97 % ТЮ₂.
Из титановых концентратов непосредственно получают три вида продуктов: тетрахлорид титана, диоксид титана и ферротитан.
Тетрахлорид титана - основное исходное соединение для производства металлического титана. Для этой цели получа­ют хлорид высокой чистоты, представляющий собой бесцвет­ную (или слегка окрашенную в желтый цвет) жидкость. Диок­сид титана выпускают различной степени чистоты: пигмент­ный, содержащий 94-98,5 % ТЮ₂; повышенной чистоты (не ниже 99,5 % ИО₂) для производства твердых сплавов и ме­таллического титана; для приготовления лигатур с никелем, медью, алюминием с содержанием ТЮ₂ не ниже 99 %; для об­мазки сварочных электродов с содержанием не ниже 97,5 % ТЮ₂.
Ферротитан выплавляют из ильменитовых концентратов алюминотермическим способом. Сплавы содержат 25-30 % Т1; 5-8 % А1; 3-4 % 81; остальное - железо.
Ниже рассмотрены промышленные способы производства те-трахлорида титана и диоксида титана из основного сырья -ильменитовых концентратов.
На рис. 39 приведена общая схема переработки ильменитового концентрата. Видно, что хлорид титана производят хлорированием титанового шлака или "синтетического рутила", получаемых из концентрата. Диоксид титана произ­водят двумя способами - сернокислотным или "сжиганием" тетрахлорида титана.



Выплавка титанового шлака из ильменита
Высокое содержание железа (40-48 % FеО + Fе₂О₃) затру­дняет получение хлорида титана из ильменита. При прямом хлорировании концентрата на образование хлорида железа затрачивается много хлора, регенерация которого—из хлор­ного железа затруднительна.
Для отеделения железа проводят восстановительную плав­ку ильменита с получением чугуна и титанового шлака (80-87 % TiO₂). Разделение титана и железа в этом процес­се основано на большом различии сродства к кислороду у железа и титана.
Восстановительную плавку ведут в трехфазных электроду­говых печах, подобных применяемым в производстве ферросп­лавов, мощностью 5-20 МВт (рис. 40). Ванна печи футерова­на магнезитовыми огнеупорами. Для защиты футеровки стен от быстрого разъедания шлаком на них предварительно нара­щивают гарниссаж — слой застывшего тугоплавкого шлака.

Ршс.40. Схема электродуговой печи мощностью 5 МВт для выплавки титановых шлаков: