logo
Лекции по МРМ

2.4.9.3. Восстановление диоксида титана кальцием или гидридом кальция

В некоторых количествах титан в виде мелкозернистого порошка получают восстановлением диоксида титана кальцием или гидридом кальция (CaH2) при температурах 1000 – 1100 оС. Восстановление гидридом кальция является разновидностью кальциетермического восстановления, так как основным восстанавливающим агентом служит кальций, а не атомарный водород.

Гидрид кальция получают действием сухого водорода на кальций при 400 – 600 оС. Выше 800 оС гидрид разлагается на кальций и атомарный водород. В отличие от кальциетермического процесса в результате восстановления гидридом кальция получают порошок гидрида титана (TiH2). Это представляет некоторые преимущества, так как гидриды меньше окисляются при отмывке оксида кальция, сем порошок титана.

Восстановление TiO2 кальцием и гидридом кальция протекает по суммарным реакциям:

TiO2 + 2 Ca = Ti + 2 CaO (2.104)

TiO2 + 2 CaH2 = TiH2 + 2 CaO + H2 (2.105)

Теплоты реакций не хватает для поддержания процесса, необходим постоянный подвод тепла. Поскольку титан способен растворять кислород, в результате восстановления получают порошок с содержанием кислорода ≥ 0,2 – 0,3 %.

Восстановление кальцием проводят в герметичных аппаратах из жаростойкой стали, куда загружают брикетированную смесь TiO2 с кальцием (в виде кусочков или стружки). Необходимо применять кальций, очищенный дистилляцией и не содержащий примесей азота и кислорода. Аппарат откачивают, заполняют аргоном, нагревают до 1000 – 1100 оС и выдерживают при этой температуре примерно 1 час. Продукт восстановления измельчают, обрабатывают большим объемом воды для удаления части CaO, затем разбавленной HCl, промывают водой и сушат в вакууме при 40 – 50 оС.

При использовании для восстановления гидрида кальция в аппарат загружают брикеты из смеси диоксида титана с гидридом кальция. Гидрид кальция разлагается в присутствии влаги воздуха. Поэтому его хранят в герметичной таре, а измельчение и шихтовку проводят в герметизированных мельницах и смесителях, заполненных аргоном. Реактор после откачки заполняют сухим водородом и нагревают до 900 – 1000 оС. Обработка полученного продукта проводится аналогично.

Полученный порошок используют для приготовления компактных заготовок и изделий из титана и его сплавов с другими металлами методом порошковой металлургии.