Технологія виробництва

Технологічна схема виробництва титану включає наступні основні переділи:

– отримання титанового шлаку методом плавки ільменітового концентрату в руднотермічних печах;

– отримання титановмісної шихти;

– отримання технічного тетрахлориду титану;

– ректифікаційна очистка технічного тетрахлориду титану;

– отримання магнію-відновника методом електроліза хлористого магнію;

– відновлення титану з тетрахлориду титану магнієм з отриманням реакційної маси;

– вакуумна сепарація реакційної маси;

– переробка блоків титану губчастого;

– виплавка титанових злитків і слябів.

Отримання титанового шлаку методом плавки ільменітового концентрату в руднотермічних печах

Виробництво титанового шлаку складається з відновлюванної руднотермічної електроплавці ільменітового концентрату з вмістом TiO2 не менше 63% спільно з вуглецевих відновником – вугіллям, коксом або антрацитом. Процес плавки ільменітового концентрату і вуглецевого відновника, попередньо подрібненого до розміру шматків не більше 10 мм, проводять в руднотермічних печах при температурі 1650°С – 1800°С. Отриманий шлак зливають і після охолодження направляють на підготовку титановмісної шихти. Утворений в результаті плавки метал (чавун з підвищеним вмістом титану) вивозиться на склад для реалізації споживачеві. Газові випаровування з руднотермічних печей направляються на газоочистку.

Отримання титановмісної шихти

Титановмісну шихту отримують методом змішування меленого титанового шлаку, вуглецевого відновника та хлористого натрію. Перед змішуванням титановий шлак і вуглецевий відновник дроблять та мелють. Підготовлена титановмісна шихта передається на ділянку хлорування для виробництва тетрахлориду титану.

Отримання технічного тетрахлориду титану

Тетрахлорид титану технічний утворюється при хлоруванні титановмісної шихти в розплаві солей в сольовому хлораторі та конденсації, що виходить з хлоратора парогазової суміші в системі апаратів конденсації. Процес хлорування титановмісної шихти ведеться в сольовому хлоратори. Газові випаровування з сольового хлоратора направляються на газоочистку.

Сольовий хлоратор – апарат безперервної дії. На поверхню сольового розплаву шнеком з витратного бункера безперервно завантажується титановмісна шихта. Через бічні фурми хлоратора, розташовані в нижній його частині, в розплав подається хлор-газ. З хлоратора виводяться два матеріали – парогазова суміш продуктів хлорування та відпрацьований розплав. Відпрацьований розплав виводиться з хлоратора періодично та частково, а після охолодження вивозиться на відвальне господарство підприємства. Парогазова суміш виводиться з хлоратора безперервно та надходить в систему апаратів очищення та конденсації технічного тетрахлориду титану. Апарати очищення парогазової суміші: камера пилова, зрошувальний скруббер. Апарати конденсації технічного тетрахлориду титану: два послідовно встановлених зрошувальних конденсатора, де в процесі охолодження відбувається конденсація технічного тетрахлориду титану. Отриманий технічний тетрахлорид титану, після відстоювання, направляється на ділянку ректифікації для очищення.

Ректифікаційне очищення технічного тетрахлориду титану

Технічний тетрахлорид титану підлягає очищенню від ванадію, а також від низько- та висококиплячих домішок. Очищення від ванадію проводиться нижчими хлоридами титану в кубі колони першої дистиляції. Процес ректифікації включає в себе очищення тетрахлориду титану від низкокиплячих домішок – перша ректифікація, та від висококиплячих домішок – друга ректифікація. Процес ведеться в колонах ректифікації при температурі 120°С – 142°С. В процесі ректифікаційного очищення тетрахлориду титану в кубах-випарниках збираються кубові залишки, які періодично виводяться з кубів, випаровуються в електричній печі випарювання пульп і обробляються негашеним вапном. В результаті утворюється кек, який містить ванадій, що реалізуються споживачу. Газові випаровування ректифікаційного очищення направляються на газоочистку.

Отримання магнію електролізом хлористого магнію

Магній одержують методом електролітичного розкладання розплаву хлористого (діхлорида) магнію в бездіафрагмених електролізерах. В електролізерах робочим розплавом є хлористий магній, плавікошпатовий концентрат та кухонна сіль. В результаті процесу електролізу утворюється металевий магній, який після додаткового очищення направляється на відновлення титану, хлор-газ – направляється в сольовий хлоратор, а відходи: шлам і шламоелектролітна суміш – вивозяться на відвальне господарство підприємства або реалізуються споживачу. Газові випаровування з бездіафрагменних електролізерів направляються на газоочистку.

Відновлення титану з тетрахлориду титану магнієм з отриманням реакційної маси

Відновлення титану з тетрахлориду титану магнієм проводиться в апаратах відновлення. У підготовлений апарат відновлення заливається рідкий магній. Апарат з магнієм встановлюється в піч відновлення, в апарат подається тетрахлорид титану. В процесі взаємодії тетрахлориду титану з магнієм утворюється діхлорид магнію, який періодично зливається в ківш і направляється на електроліз для отримання магнію та реакційна маса, що складається з титану губчастого та залишкового магнію та діхлориду магнію. Після закінчення процесу відновлення апарат з реакційною масою відправляється на переділ сепарації

Вакуумна сепарація реакційної маси

Процес вакуумної сепарації реакційною маси здійснюється наступним чином. Апарат сепарації з реакційною масою встановлюють в піч сепарації. У період розігріву апарату сепарації проводиться витримка при температурі 850°С. У міру розігріву апарату з реакційною масою в середовищі вакууму починається сублімація парів магнію і діхлориду магнію. Високотемпературна витримка при температурах 980°С – 1020°С починається після завершення періоду розігріву апарату. Пари магнію і діхлориду магнію конденсуються в зворотній реторті та використовуються, в подальшому, в наступному процесі відновлення. Час процесу визначається сортом реакційної маси та залишковим тиском в апараті. Після закінчення процесу сепарації відключаються нагрівачі печі, в апарат подається аргон. Апарат охолоджується спочатку в печі, а потім в холодильнику. Після охолодження апарат сепарації демонтують, а реторту з блоком титану губчастого направляють на переробку.

Переробка блоків титану губчастого

Переробка блоків титану губчастого полягає у виконанні наступних основних операцій:

– підрізання гарнісажу і вибивка блоку з реторти, з визначенням його якості;

– поділ блоку на складові частини – крицю і гарнісаж;

– очищення реторти від залишків титану губчастого;

– очищення криці від поверхневих забруднень з виділенням низькоякісних складових частин: низовий обруб, бічний обруб;

– визначення категорії якості криці і гарнісажу та поділ за категоріями для їх подальшої роздільної переробки;

– дроблення криці та гарнісажу на пресі та в дробарках;

– розсівання дробленого титану губчастого з виділенням товарних фракцій;

– сортування товарних фракцій титану губчастого з вилученням шматків з дефектами;

– відбір проб, упаковка в підготовлену тару (контейнери, бочки), зважування, маркування, пломбування.

Упакований титан губчастий комплектується в товарні партії відповідно до контрактів і відправляється споживачеві.

Виплавка титанових злитків і слябів

Частина виробленого титану губчастого використовується в якості сировини для виробництва злитків і слябів з технічно чистого титану і титанових сплавів. Титан губчастий попередньо брикетується, після чого брикети направляються на плавильну ділянку, де вони переплавляються в злитки або сляби на установці електронно-променевого переплаву. Надалі злитки і сляби направляються на механічну обробку (розпилювання, обточування, зняття фасок), піддаються контролю якості за хімічним складом, внутрішніми і зовнішніми дефектами. Готові злитки і сляби маркуються, упаковуються і відправляються споживачеві.