Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

Рис.58. Электролизер с насыпным анодом:
1 - приемный бункер; 2 - герметичный затвор; 3 - тележка; 4 - камера для ка­тода; 5 - загрузочные бункеры, 6 - траверса; 7 - ножи для съема осадка- 8 -рыхлители загрузки; 9 - катод; 10 - тигель; 11 - печь; 12 - анодные корзины; 13 - винты для перемещения катода; 14 - двигатель


Электрорафинирование сплавов на основе титана - задача более трудная. Сплавы рафинируют примерно при тех же па­раметрах, что и отходы не легированного титана.
Ниже приведены значения стандартных потенциалов титана и основных легирующих металлов по отношению к серебряному электроду в хлоридных расплава (NаС1 + КС1) при активнос­ти ионов, близкой к единице, и температуре около 850 С, В: Мn/Мn²⁺ -1,41; 2Zr/Zr²⁺ -1,36; Тi/Тi²⁺ -1,3( А1/А1³⁺-1,24; V/V²⁺ -1,08; Сг/Сг³⁺ -0,97; Fе/Fе²⁺ -0,88; Мо/Мо³⁺ -0,65.
Эти данные свидетельствуют о возможности отделения ти­тана от рассматриваемых металлов (за исключением марганца и циркония) в условиях, близких к обратимым. Однако на степень очистки влияет значительная анодная поляризация, обусловленная образованием слоя анодного шлама. Вследствии этого при определенных степенях выработки анода на катоде начинают осаждаться алюминий, примеси хрома и ва­надия. Хорошо отделяются примеси железа, никеля, олова, молибдена, кремния, азота, кислорода и углерода. Более полное отделение примесей алюминия, ванадия, хрома воз­можно после повторного рафинирования.
Получаемые в результате электролитического рафинирова­ния титана и сплавов на его основе порошки титана преиму­щественно используют в порошковой металлургии титана.
Иодидный метод рафинирования титана и циркония
Наиболее чистые пластичные титан и цирконий были полу­чены в 1925г. Ван-Аркелем и де Буром. Разработанный ими способ основан на термической диссоциации газообразных иодидов ТiI₈. и ZгI₄ на нагретой до высокой температуры (1300- 1500 С) поверхности (например, накаленной прово­локе из получаемых металлов). В настоящее время метод применяют для производства в ограниченных масштабах тита­на, циркония и гафния высокой чистоты.
Ниже метод более детально рассмотрен на примере тита­на. Процесс иодидного рафинирования титана может быть
представлен следующей схемой:
^{100-200 С 1300-1500 С}
Тi + 2 I₂ (пар) → ТiI₄ (пар) → Тi + 2 I₂ (пар).

(чистый)

(исходный)


Титан взаимодействует с иодом при низкой температуре (100-200 °С). Газообразный ТiI₄ диссоциирует на нагретой до 1300-1500 С поверхности проволоки и осаждается на ней. Освобождающийся при этом иод снова вступает в реак­цию с находящимся в аппарате при низкой температуре ис­ходным рафинируемым титаном.
Очистка титана (как и циркония) от примесей кислорода, азота и углерода при иодидном рафинировании объясняется тем, что оксиды, нитриды и карбиды не реагируют с иодом. Происходит очистка также от большинства металлических примесей, не образующих летучих йодов.
На рис. 59 приведена одна из конструкций промышленного аппарата для иодидного рафинирования титана. Корпус аппа­рата изготовлен из хромоникелевого сплава (80 % Ni, 20 % Сг), устойчивого против действия иода и иодидов титана и циркония.
Крупнозернистый порошок или стружку титана располагают вдоль внутренних стенок аппарата в кольцевом зазоре, об­разуемом установленным у стенок цилиндрическим экраном из молибденовой сетки. В центре аппарата натянута в форме U -образных петель титановая проволока (диаметром 3-4 мм), общая ее длина 11м. Концы проволоки подсоединены к мо­либденовым вводам. В крышке аппарата имеется гнездо для помещения стеклянной ампулы с иодом. Реторту устанавлива­ют в термостате, позволяющем поддерживать температуру у стенок, где расположен рафинируемый титан, в пределах
100-200 °С.
Первоначально реактор откачивают до давления 1,3 • 10 ^-2— 1,3*10^-3Па, затем впускают иод (путем разбивки оттянутого при отпайке носика ампулы) и подают на нить электрический ток. Практически иода вводят 7-10 % от массы загружаемого титана.
Аппарат рассчитан на получение 24 кг рафинированного титана за цикл или около 10 кг за сутки.
Исследования показали, что скорость осаждения титана определяется стадией транспорта иодида титана к поверх­ности нити.
При оптимальных режимах процесса (температура стенок реактора 140-200 °С, температура нити 1300-1400 °С) диа­метр прутка увеличивается примерно на 10-20 мм в сутки.
Для сохранения постоянства температуры нити по мере увеличения ее диаметра необходимо регулировать силу тока и напряжение таким образом, чтобы величина излучаемой мощ­ности с единицы поверхности наращиваемого прутка была по­стоянной. Для этого необходимо соблюдать соотношение: 1Е³= К = соnst; К = 4прС²L³, где I- сила тока; Е - нап­ряжение; р - удельное сопротивление; С - мощность, излу­чаемая титаном при температуре прутка; L - длина нити.