Восстановление четыреххлористого титана

Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана

Курсовая работа

Студент гр. ЭУИ-43017к Игнатьев А.В.

Уральский государственный технический университет-УПИ

Екатеринбург 2007

Введение

Свойства титана и области применения его сплавов

Титан имеет атомный номер 22 и расположен в IV переходной группе периодической системы элементов Д.И.Мендлеева. Атомная масса титана – 47,90; атомный объем – 10,7; изотопы – 46, 47, 48, 49, 50.

Титан существует в двух кристаллических модификациях – α и β. Температура полиморфного превращения титана зависит от количества примесей в нем; для чистого металла она равна 882,5°C. Низкотемпературная модификация (α-титан) имеет гексагональную решетку с плотной упаковкой атомов. Высокотемпературная модификация (β-титан) имеет объемно-центрированную кубическую решетку.

Плотность чистого α-титана при 25°C равна 4,507г/см3, β-титана при 900°C – 4,32г/см3, жидкого (технического) при температуре кристаллизации – 4,11г/см3.

Энтропия титана при 25°C равна 7,3ккал/(моль·град), скрытая теплота α→β-томная масса титана мер 22 и расположен в IV переходной группе периодической системы элементов Д.И.Мендлеева. ________________превращения – 0,83ккал/моль, точка плавления 1660°C±4, точка кипения – 3260°C.

Химический состав и механические свойства титановой губки в значительной степени определяются тем способом, которым она получена, а также технологией очистки реакционной массы.

Титан отличается малым сопротивлением ползучести, несмотря на высокую температуру рекристаллизации и плавления. Сплавы на основе титана обладают большей устойчивостью против ползучести, которая еще может быть повышена термической обработкой.

Титан обладает высокой прочностью, твердостью и хорошей пластичностью при малой плотности. По удельной плотности титан превосходит многие конструкционные материалы. Малый коэффициент линейного расширения титана обеспечивает его надежную работу в условиях теплосмен. Отличное сопротивление коррозии позволяет использовать титан для работы во многих агрессивных средах.

Титан можно подвергать всем видам механической обработки, а также сварке различных видов. Поверхность изделий из титана можно упрочнять различными способами и создавать на ней окисную пленку электролитическим путем.

Наряду с преимуществами титан имеет ряд недостатков. Один из них – низкий модуль нормальной упругости, затрудняющий создание жестких и устойчивых конструкций. Но с другой стороны это свойство можно рассматривать и как преимущество, позволяющее снизить величину напряжений, возникающий при знакопеременных нагрузках, а также величину термических напряжений, возникающих при нагреве конструкции. Низкая теплопроводность титана отрицательно сказывается на его эксплуатационных свойствах, ухудшая стойкость при работе в условиях теплосмен. В настоящее время преимущественно применяется не технический титан, а сплавы на его основе.

Титан и сплавы титана активно применяется в авиации и ракетно-космической отрасли. В самолетостроении титан применяют преимуществен для изготовления деталей двигателей, для обшивки корпусов сверхзвуковых самолетов, а также для изготовления некоторых конструкций планеров (особенно в современном гражданском авиастроении).

Другой отраслью, в которой сплавы титана находят активное применение, является химическая промышленность. Такие свойства титана как высокая коррозионная стойкость, низкая смачиваемость жидкостями, а также образование на поверхности защитной окисной пленки, выделяют сплавы титана среди прочих конструкционных материалов для производства элементов химической аппаратуры (холодильники, змеевики, роторы высокоскоростных центрифуг, лопасти и корпуса центробежных насосов для перекачивания растворов хлоридов, слабых растворов соляной кислоты, различных органических кислот).

Широкое применение получила аппаратура из титана в ряде гидрометаллургических производств. Катоды из сплава титана с палладием применяет в промышленном масштабе при производстве марганца.

Из областей, где применение титана не связано с большими масштабами, но дает существенных эффект, следует назвать медицину – изготовление медицинского инструмента, а также внутренних протезов.

Восстановление четыреххлористого титана

С теоретической и практической точек зрения наибольший интерес представляют восстановление четыреххлористого титана магнием или натрием, а также восстановление окислов титана кальцием (гидрохлоридом кальция) и алюминием.

В настоящее время промышленной производство титана основано на восстановлении четыреххлористого титана магнием (магниетермический способ) или натрием (натриетермический способ).

В первом случае для разделения продуктов восстановления титановой губки, магния и хлористого магния – применят в основном способ отгонки магния и хлористого магния от титановой губки при температуре около 1000°C и остаточном давлении в реакторе от нескольких миллиметров ртутного столба в начале процесса до нескольких микронов в конце (так называемый способ вакуумной сепарации).

Во втором случае для разделения продуктов восстановления – титановой губки, хлористого натрия и незначительного количества непрореагировавшего натрия – применяют способ выщелачивания полученного после восстановления реакционной массы слабым раствором соляной кислоты (так называемый гидрометаллургический способ).