Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана

Свойства титана и области применения его сплавов. Восстановление четыреххлористого титана. Магниетермический способ. Физико-химические основы восстановления.

ВНИМАНИЕ! Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками (вместо pic), графиками, приложениями, списком литературы и т.д., необходимо скачать работу.

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).


Магниетермический способ


Магний – один из
наиболее распространенных в природе элементов. Содержание его в земной коре
составляет 2,35%. Благодаря крупным месторождениям магниевого сырья,
высокопроизводительной технологии получения металла электролизом и сравнительно
небольшой стоимости металла, производство магния осуществляется в крупных
промышленных масштабах.


Магний отличается
высоким сродством к хлору (Участок восстановления и дистилляции  четыреххлористого титана = 55 ккал/г-атом хлора), которое при 800°C на 12,0 ккал/г-атом
хлора (Участок восстановления и дистилляции  четыреххлористого титана= 43 ккал/г-атом хлора), что вполне достаточно для полного восстановления
Участок восстановления и дистилляции  четыреххлористого титана магнием. Соотношение
температур плавления и кипения магния и образующегося в результате
восстановления Участок восстановления и дистилляции  четыреххлористого титана благоприятно для
проведения процесса в интервале температур 720-900°C. Магний и титан
практически взаимно не растворимы.


Все это, а также
технологические особенности процесса восстановления титана делают магний одним
из наиболее благоприятных восстановителей для организации крупного производства
титановой губки магниетермическим способом.


Патент на получение
титановой губки магниетермическим способом был выдан в 1940г в США
американскому исследователю Кроллю, проводившему опыты на крупнолабораторной
установке.


Титановая губка,
получаемая магниетермическим способом, в промышленных условиях содержит обычно
0,03–0,15% O2; 0,01–0,04% N2; 0,02–0,15% Fe2; 0,002–0,005% H2; 0,02–0,12% Cl;
0,01–0,05% Si; 0,01–0,03% C; около 0,01% Al; 0,01% Ni; 0,01% V и другие
примеси.


Вместе с TiCl4 в
губку вносится около 40% всего азота, более 20% кислорода, около 15% железа и
значительная часть углерода. Вместе с магнием в губку вносится около 20% N2,
40% O2, 15% Fe. Около 50–70% железа, содержащегося в титановой губки попадает в
нее в результате взаимодействия титана с материалом реактора. Установлено, что
большая часть примесей из материала реактора переходит в титан в период
вакуумной сепарации, особенно в последний период, когда температура на границе
стенок реактора достигает максимальных значений.


Физико-химические основы восстановления


Магниетермическое
производство металлического титана основано на использовании реакции:







Участок восстановления и дистилляции  четыреххлористого титана


+


Участок восстановления и дистилляции  четыреххлористого титана


=


Участок восстановления и дистилляции  четыреххлористого титана


+


Участок восстановления и дистилляции  четыреххлористого титана


(ж.пар)


(ж.пар)


(тв)


(ж.пар)


Скачиваний: 1
Просмотров: 0
Скачать реферат Заказать реферат