Разработка электрохимической технологии получения порошков титана

ВВЕДЕНИЕ 7
1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТИТАНОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 11
2 ТИТАН И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ 16
3 ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТИТАНА 21
3.1 Титан в авиации, ракетостроении и космической технике 21
3.2 Титан в судостроении 23
3.3 Титан в машиностроении 24
3.4 Черная металлургия 25
3.5 Цветная металлургия 26
3.6 Целлюлозно-бумажная и пищевая промышленность 29
3.7 Энергомашиностроение 30
3.8 Медицинская промышленность 34
3.9 Лакокрасочная промышленность 36
3.10 Бумажная промышленность 38
3.11 Производство пластмасс 39
3.12 Производство химических волокон 39
3.13 Производство кож 40
3.14 Другие области применения 41
4 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
ТИТАНА 43
4.1 Восстановительная рудотермическая электроплавка 45
4.2 Производство четыреххлористого титана 46
4.3 Восстановление тетрахлорида титана магнием в атмосфере гелия или аргона 48
4.4 Вакуумная дистилляция 49
4.5 Плавка слитков в электродуговых печах 49
5 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТИТАНОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 51
5.1 Процесс ББС 51
6 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ
РАСПЛАВОВ На-ИаС1 59
6.1 Материалы, используемые в наших экспериментах 69
6.2 Подготовка материалов 70
6.2.1 Регенерация силикагеля 70
6.2.2 Подготовка аргона 71
6.2.3 Сушка и переплав №С1 71
6.3 Проведение эксперимента 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 83
Купить

Титан известен достаточно давно, но его история не такая простая как у многих других металлов. В его истории случались многочисленные ошибки, и было много неясностей. Много лет после первого выявления необычного порошка, диоксида титана, ученые многих стран пытались создать из него чистый элемент без примесей, но ни у кого это не получалось, опыты заканчивались неудачей. Неудача заключалась в незапланированных примесях в составе металла в виде кислорода, азота, серы и других компонентов, в результате чего, выделенный металл был весьма хрупким и признавался бесполезным для дальнейшего использования. Чистый титан (содержание примесей менее 0,1%) впервые был получен в 1875 году русским ученым Д.К. Кирилловым, но его результат никого не удивил, это просто не приняли во внимание. Ученые конструкторы и инженеры начали изучать титан и использовать его в 1925 году, после его открытия Ван Аркелем и де Буром. Полученный иодидным способом титан высокой степени чистоты (99,9%) оказался пластичным и технологичным металлом со многими ценными свойствами. Но разработать экономичный способ получения долгое время никому не удавалось. Лишь в 1940 г. немецкий ученый Вильгельм Кроль предложил магнийтермический метод извлечения титана из руд, который долгое время являлся основным [1].
Исследования физико-химических свойств металлического титана показали уникальные результаты — лёгкость, особая прочность и высокая коррозионная стойкость сделали его одним из основных композиционных материалов. Титан — будучи почти вдвое легче железа, обладает низкой плотностью (плотность титана
4,5 г/см3) в сочетании с высокой прочностью и отличной стойкостью к коррозии. Титан немного тяжелее алюминия, но если сравнивать прочность этих металлов, то титан превосходит алюминий в 12 раз. Металл имеет высокую вязкость разрушения (до 300-450 кгс/см) и сопротивление внешним воздействиям.
Теплопроводность титана при 20-400°С составляет 22,065 Вт/(м-К), что
примерно в 7 раз ниже, чем теплопроводность магния, в 3 — железа, в 15 — меди и алюминия [2]. Коэффициент термического расширения у титана самый маленький по сравнению с другими металлами: при температуре 20°С он в 3 раза меньше, чем у алюминия, в 1,5 — чем у железа и в 2 — чем у меди. Поэтому такие качества титана, как твёрдость и прочность сохраняются при достаточно высоких температурах — до 450-5ОО°С, для некоторых сплавов титана этот предел достигает — до 650°С [3]. При понижении температуры титан сохраняет хорошую пластичность при некотором увеличении прочностных характеристик, и это ещё больше расширяет температурный диапазон его использования. Сейчас титановые сплавы применяются для условий от -250°С до +550°С.
Наряду с тем, что титан обладает низкой теплопроводностью, он является также плохим проводником электричества. При температуре 20°С, в зависимости от содержащихся примесей, удельное электросопротивление титана колеблется в интервале 0,42-0,55 мкОм-м. Для сравнения: если принять за 100%
электропроводность серебра, то медь будет обладать электропроводностью 94%, алюминий — 55%, железо и ртуть — 2%, а титан — лишь 0,3%. Но при температурах ниже -272°С титан становится сверхпроводником электричества, и это его свойство открывает новые перспективы применения титановых сплавов в областях, связанных с генерированием, передачей на большие расстояния и использованием электроэнергии.
Ещё более привлекательным для применения в электротехнике делает титан его слабая магнитная восприимчивость, характеризующаяся коэффициентом магнитной проницаемости, равным 1,00004. То есть титан, так же как, например, алюминий, относится к парамагнитным металлам, которые не намагничиваются подобно железу или никелю в магнитном поле, но и не выталкиваются из него, как медь, серебро или золото.
Титан обладает отличной коррозийной стойкостью. Сплавы титана по коррозионной стойкости превосходят коррозионно-стойкие стали и легче их на 40%. Поэтому титан находит широкое применение в самолетостроении и химической промышленности.
Титан относится к числу наиболее распространённых в природе элементов, его содержание в земной коре составляет 0,57% по массе, среди конструкционных
металлов занимает четвертое место, уступая железу, алюминию и магнию. Встречается главным образом в виде двуокиси или её соединений — титанатов. Известно свыше 60 минералов, в состав которых входит титан. Промышленное значение для получения титана имеют — ильменит РеТЮ2 и рутил Т1О2 [4].
Магнийтермический способ производства титана (способ Кроля) проходит на границе разделения металла солевой расплав, является малопроизводительным и периодичным, что вносит существенный вклад в повышение себестоимости титана. По этим причинам в настоящее время ведется разработка альтернативных процессу Кроля более эффективных и экономичных способов производства титана...
Купить