Григорий Николаев - Металл Века

Увы, на сегодня титановая промышленность не столько металлургия, сколько промышленность по производству белого красителя, завоевывающего с каждым годом все большую популярность. Что ж, с этим тоже приходится считаться и металлурги разрабатывают и совершенствуют способы получения полупродуктов для производства титана, одинаково пригодные как для извлечения металла, так и для выпуска титановых белил.

Пляжные пески Австралии тянутся довольно узкой полосой, но в некоторых местах ее ширина составляет чуть ли не километр. Это обширное месторождение эксплуатируется с начала 30-х годов нашего века и до сих пор не исчерпано, несмотря на то что в последнее время ежегодное количество обогащенных титановых руд, вывозимых оттуда, измеряется сотнями тысяч тонн.

Россыпные месторождения титановых руд —это не только ныне существующие пляжи и прибрежные полосы, они нередко залегают на месте доисторических берегов и морей, погребенных под многометровым слоем глинистых песков и зеленовато-серых глин.

Все титансодержащие минералы содержат большое количество посторонних включений, поэтому прямо на местах добычи титановые руды обогащают, то есть отделяют породу, содержащую титан, от пустой породы и от сырья, содержащего железо. В зависимости от того, какие именно руды обогащают, применяют тот или иной метод.

Наиболее часто встречающиеся титановые руды промышленного значения—ильм енитовые—обогащают путем магнитной сепарации, так как магнитная проницаемость их составных частей различная.

Руду в несколько приемов измельчают, в результате чего ее крупицы становятся похожими на пыль. Измельченную руду подают в специальный магнитный сепаратор на ленту транспортера. Над этой лентой быстро движется другая, рядом с которой установлен электромагнит. Поскольку частицы магнетита—железосодержащего сырья — сильно притягиваются магнитным полем, они пристают к поверхности быстро движущейся ленты и уносятся ею в специальный бункер. Немагнитная фракция, куда входят ильменит и пустая порода, попадает в другой приемник.

Теперь необходимо отделить ильменит от пустой породы. Обычно пустую породу из ильменитовой руды удаляют на концентрационных столах.

Концентрационные столы—это специальные машины, состоящие из качающихся плоскостей, омываемых водой. Под действием силы трения и давления воды и благодаря тому, что наклонные поверхности стола непрерывно вибрируют, происходит расслоение руды: тяжелые зерна размещаются в самом низу, легкие же занимают места наверху. Тяжелые зерна—это крупицы ильменита, они вдвое тяжелее пустой породы.

Столы неспроста называют концентрационными, так как с их помощью удается получить минералы в концентрированном виде, в данном случае ильменитовый концентрат, который примерно наполовину состоит из двуокиси титана. Однако, кроме оксида титана, в его составе находится значительное количество оксидов железа, алюминия, кремния, магния и других элементов. Особенно много в ильменитовом концентрате соединений железа. Чтобы отделить титановое сырье от железа, железо-титановые руды необходимо переплавить. Такую восстановительную плавку уже делают на титано-магниевых комбинатах.

Титано-магниевые комбинаты —огромные промышленные предприятия, где каждый цех представляет собой как бы самостоятельный завод. "Рождению” титана предшествует несколько стадий, так называемых переделов, каждый из которых—определенный технологический этап.

Восстановительная плавка ильменитового концентрата — первая стадия переработки сырья на комбинате. В обычные электродуговые печи, представляющие собой ванны из огнеупорного кирпича с опущенными почти до самого дна графитированными электродами, загружают шихту. Она состоит из ильменитового концентрата и специального углеродистого восстановителя— кокса, антрацита и других углеродсодержащих веществ с наименьшим количеством золы и серы. В результате плавки раздельно получают богатые титаном шлаки и обычный чугун. Присутствие в чугуне титана действует благотворно на черный металл, поэтому при производстве чугуна и стали титан к ним нередко добавляют специально. Здесь же титан переходит в чугун непосредственно из ильменитового концентрата.

Входящий в состав ильменита оксид железа восстанавливается до металла* который опускается на дно ванны и, насыщаясь у гл ерю дом, превращается в чугун. Чтобы отделить титановые шлаки от чугуна, жидкой массе дают отстояться. Титановые шлаки всплывают, а более тяжелый чугун оседает на дно, так происходит их разделение. Основу шлака составляет диоксид титана, но он загрязнен примесями соединений железа, кремния, кальция.

Остывший шлак представляет собой порошок, в котором отчетливо видны мелкие чешуйки. В титановый шлак добавляют нефтяной кокс. Кокс служит одновременно и топливом, и восстановителем. В качестве связующего вещества применяют каменноугольные пек или смолу. Из полученной массы, называемой шихтой, прессуют брикеты. Их высушивают, затем в специальных печах, куда не проникает воздух, при температуре 700 — 900°С спекают. В результате происходит процесс коксования, поры в брикетах увеличиваются. Теперь уже можно подавать брикеты в шахтную электропечь.

Печь для хлорирования —это стальной цилиндр, выложенный изнутри слоем особостойкого кирпича. В цилиндр через загрузочное устройство сверху подают брикеты шихты, с помощью электронагревательных элементов доводят их температуру до 800—850°С. Хлор подают снизу. Оксиды титана практически не взаимодействуют с газообразным хлором, поскольку даже незначительные следы кислорода препятствуют этому. Чтобы связать свободный кислород, облегчить тем самым хлорирование, и добавляют кокс, так как кокс практически не что иное, как углерод, а углерод хорошо связывает кислород. Печь герметически закрыта и работает непрерывно. Процессы хлорирования идут в нижнем, нагретом слое шихты. По мере расходования брикетов добавляют новые, причем загружают их так, что герметичность печи не нарушается. В результате хлорирования атомы титана "порывают” связь с кислородом и, соединяясь с хлором, образуют молекулы четыреххлористого титана (TiCl 4).

При комнатной температуре это— жидкость, бесцветная и неспокойная. Она чрезвычайно активна и реагирует с очень многими веществами, в том числе и с водой. Поскольку в воздухе практически всегда есть влага, то достаточно открыть сосуд с TiCl 4—и начинают образовываться белые сгустки дыма. Способность этого соединения к дымообразованию была использована еще в годы первой мировой войны для создания дымовых завес. В мирные дни белый дым спасает фруктовые деревья от заморозков. Главное же назначение TiCl 4— служить основным исходным материалом для получения легкого, прочного и стойкого металла.