2.4.9.2. Восстановление тетрахлорида титана натрием.

Некоторые зарубежные титановые заводы применяют в качестве восстановителя натрий, который обладает следующими преимуществами перед магнием:

1. Вследствие низкой точки плавления (98 ^оС) натрий легко транспортировать по трубам и подавать в реактор одновременно с подачей TiCl₄. От оксидных пленок и ряда примесей натрий очищается простой фильтрацией через металлические сетки.

2. Реакция восстановления хлоридов титана натрием завершается в расплаве NaCl, в котором растворяются и низшие хлориды титана, и натрий. Это позволяет проводить процесс без избытка восстановителя и без слива NaCl.

3. Образующийся хлорид натрия, в отличие от MgCl₂, не гидролизуется. Это обстоятельство, а также незначительное содержание металлического натрия в реакционной массе позволяют применить для отделения шлака от титана простое выщелачивание водой вместо сложной и энергоемкой вакуумной сепарации.

4. Получаемый титановый порошок удобнее, чем титановая губка, для производства сплавов, так как он легко смешивается с легирующими добавками, что обеспечивает однородность сплавов.

Суммарная реакция восстановления натрием:

TiCl_4(газ) + 4 Na_(ж) = Ti_(тв) + 4 NaCl_(ж) (2.103)

Восстановление проводят в одну или две стадии, более распространен одностадийный процесс. Восстановление ведут в аппаратах из нержавеющей стали, куда одновременно из мерных бачков подают тетрахлорид титана и жидкий натрий в соотношении, близком к стехиометрическому. Натрий плавится при 98 ^оС, его подают в реактор при температуре 120 – 150 ^оС. Процесс ведут в атмосфере аргона, поддерживая температуру в реакторе 850 – 880 ^оС. Избыточное тепло отводят обдувкой реторты воздухом.

В первый период восстановление в большей мере протекает в газовой фазе с образованием тонкодисперсного титана и низших хлоридов титана. Последние восстанавливаются растворенным натрием в расплаве с образованием кристаллитов титана, оседающих на дно реторты. Для полного восстановления низших хлоридов и укрупнения частиц металлов в конце процесса включают печь и выдерживают реторту при 950 – 1000 ^оС в течение 4 – 6 ч. Реакционную массу после охлаждения вырезают из реторты на станке специальной фрезой. Массу, измельчают на молотковой дробилке, выщелачивают водой, подкисленной соляной кислотой (до 1 %), в стальных гуммированных чанах с мешалками в течение 30 мин, затем отделяют титановый порошок на центрифуге. Промытый порошок сушат в вакуумной сушилке при давлении 6,5 кПа.

С точки зрения качества слитков, оцениваемого по твердости, - магние- и натриетермический процессы идентичны. Примерно одинаковая стоимость сырьевых материалов по двум вариантам. Однако магниетермический способ при использовании вакуумной сепарации требует более высоких энергетических и капитальных затрат. К недостаткам натриетермического способа можно отнести необходимость утилизации большого объема растворов хлористого натрия.