Титан

МАЗМҰНЫ

 

 

КІРІСПЕ

1      ТИТАН ӨНДІРІСІ

1.1 Титан және оның қолданылуы

1.2 Титанды алуға арналған шикізат

1.3 Титан алу әдістері

1.4 Өскемен титан-магний комбинаты

1.5 Титанның пайдасы мен зияндығы

ҚОРЫТЫНДЫ

ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    КІРІСПЕ

 

Титан табиғатта  өте кең таралғандығына қарамастан тек 1791 жылы ғана ашылды, ал металл күйінде 1910 ж. алынды. Ластану салдарынан ол өте осал болып шықты. Осының себебі титанның металдың иілгіштік қасиеттерін  күрт темендететін оттегіні, азот пен  сутегіні белсенді сіңіруі өзіне  тән ерекшелігі болып табылады. Сыртқы түрі бойынша титан болатқа ұксайды. Оның механикалық беріктігі, таға темірге  қарағанда 2 есе көпалюминийге қарағанда 6 есе жоғары. Титан таза күйінде иілгіш және механикалық өндеуге оңай беріледі.

Титан (Tіtanіum), Tі – элементтердің периодтық жүйесінің IV тобындағы хим. элемент, атомдық нөмірі 22, атомдық массасы 47,88. Табиғатта массалық саны 46 – 50 болатын 5 тұрақты және жасанды жолмен алынған 5 радиоактивті изотоптары бар. Титанды алғаш ТіО2 түрінде ағылшындық әуесқой-минеролог У.Грегор ашқан (1790). 1795 ж. неміс химигі М.Г. Клапрот (1743 – 1817) Грегор тапқан “менакит” элементі металдың табиғи тотығы ТіО2 екендігін анықтады, ал таза күйіндегі титанды нидерландық зерттеушілер А. ван Аркел мен де Бур алды (1925). Бос күйінде кездеспейді, тек оксидтер түрінде болады. Титан кең тараған элемент, жер қыртысындағы салмақ мөлшері 0,57%. Құрамында титаны бар 70-тен астам минералдардың ішіндегі ең маңыздылары: рутил (оның түрөзгерістері анатаз бен буркит), ильменит, титаномагнетит, перовскит, лопарит, титанит (сфен), лейкоксен. Түсі күмістей ақ, созылғыш және берік; 882°С-тан төмен температурада кристалдық торы гексагональды тығыз жинақталған (°-Ті), одан жоғары – кубтық көлемді орталықтандырылған (°-Ті); тығызд. 4,505 г/см³ (°-Ті) және 4,32 г/см³ (°-Ті), балқу t 1668°С, қайнау t 3330°С. Титан химиялық активті ауыспалы элемент, тотығу дәрежесі +4, сирек +3, +2. 500 – 550°С-қа дейінгі температурада металл бетінде оксид қабаты пайда болатындықтан ауада, теңіз суында, ылғал хлорда, хлоридтер мен азот қышқылы ерітінділерінде, күкірт қышқылы мен сілтілердің сұйытылған ерітінділерінде коррозияға тұрақты. Бөлме температурасында HCl, H₂SO₄, CCl₃COOH, HCOOH, қыздырғанда оттек (400 – 500°С), азот (600°С-тан жоғары), көміртек және кремниймен (1800°С-тан жоғары) әрекеттесіп, сутек және басқа да ауа газдарын өзіне сіңіреді. Фтормен 150°С-та, хлормен 300°С-та, иодпен 550°С-та әрекеттесіп, сәйкес галогенидтерін түзеді. Бор, көміртек, селен, кремниймен әрекеттесіп, металға ұқсас қосылыстар түзеді. Титан қосылыстарының балқуы қиын, өте қатты, түстері әр түрлі болып келеді. Титанды өндірісте кентас концентраттарын хлорлап, алынған TіCl₄-ті магниймен (кейде натриймен) тотықсыздандырып, титан кірмесін (губка) алады. Оны вакуумдық доғалы пештерде балқытып, кесек металл алынады. Титан авиация, зымыран, кеме, автомобиль жасауда қолданылатын беріктігі жоғары титан құймаларын (Al, V, Mo, Mn, Cr, Sі, Fe, Sn, Zr, Nb, т.б.) дайындауға және радиоэлектроникада, тамақ, шарап, қағаз, бояу өнеркәсіптеріне қажетті аспаптар мен қондырғылар жасауда кеңінен қолданылады.

 

 

 

                                     

                                       ТИТАН ӨНДІРІСІ

 

1.1  Титан және оның қолданылуы

 

Титан табиғатта өте кең таралғандығына қарамастан тек 1791 жылы ғана ашылды, ал металл күйінде 1910 ж. алынды. Ластану салдарынан ол өте осал болып шықты. Осының себебі титанның металдың иілгіштік қасиеттерін күрт темендететін оттегіні, азот пен сутегіні белсенді сіңіруі өзіне тән ерекшелігі болып табылады. Сыртқы түрі бойынша титан болатқа ұксайды. Оның механикалық беріктігі, таға темірге қарағанда 2 есе көпалюминийге қарағанда 6 есе жоғары. Титан таза күйінде иілгіш және механикалық өндеуге оңай беріледі.

Титан (Tіtanіum), Tі – элементтердің периодтық жүйесінің IV тобындағы хим. элемент, атомдық нөмірі 22, атомдық массасы 47,88. Табиғатта массалық саны 46 – 50 болатын 5 тұрақты және жасанды жолмен алынған 5 радиоактивті изотоптары бар. Титанды алғаш ТіО2 түрінде ағылшындық әуесқой-минеролог У.Грегор ашқан (1790). 1795 ж. неміс химигі М.Г. Клапрот (1743 – 1817) Грегор тапқан “менакит” элементі металдың табиғи тотығы ТіО2 екендігін анықтады, ал таза күйіндегі титанды нидерландық зерттеушілер А. ван Аркел мен де Бур алды (1925). Бос күйінде кездеспейді, тек оксидтер түрінде болады. Титан кең тараған элемент, жер қыртысындағы салмақ мөлшері 0,57%. Құрамында титаны бар 70-тен астам минералдардың ішіндегі ең маңыздылары: рутил (оның түрөзгерістері анатаз буркит), ильменит, титаномагнетит, перовскит, лопарит, титанит (сфен), лейкоксен. Түсі күмістей ақ, созылғыш және берік; 882°С-тан төмен температурада кристалдық торы гексагональды тығыз жинақталған (°-Ті), одан жоғары – кубтық көлемді орталықтандырылған (°-Ті); тығызд. 4,505 г/см³ (°-Ті) және 4,32 г/см³ (°-Ті), балқу t 1668°С, қайнау t 3330°С. Титан химиялық активті ауыспалы элемент, тотығу дәрежесі +4, сирек +3, +2. 500 – 550°С-қа дейінгі температурада металл бетінде оксид қабаты пайда болатындықтан ауада, теңіз суында, ылғал хлорда, хлоридтер мен азот қышқылы ерітінділерінде, күкірт қышқылы мен сілтілердің сұйытылған ерітінділерінде коррозияға тұрақты. Бөлме температурасында HCl, H₂SO₄, CCl₃COOH, HCOOH, қыздырғанда оттек (400 – 500°С), азот (600°С-тан жоғары), көміртек және кремниймен (1800°С-тан жоғары) әрекеттесіп, сутек және басқа да ауа газдарын өзіне сіңіреді. Фтормен 150°С-та, хлормен 300°С-та, иодпен 550°С-та әрекеттесіп, сәйкес галогенидтерін түзеді. Бор, көміртек, селен, кремниймен әрекеттесіп, металға ұқсас қосылыстар түзеді. Титан қосылыстарының балқуы қиын, өте қатты, түстері әр түрлі болып келеді. Титанды өндірісте кентас концентраттарын хлорлап, алынған TіCl₄-ті магниймен (кейде натриймен) тотықсыздандырып, титан кірмесін (губка) алады. Оны вакуумдық доғалы пештерде балқытып, кесек металл алынады.

Титан авиация, зымыран, кеме, автомобиль жасауда қолданылатын беріктігі жоғары титан құймаларын (Al, V, Mo, Mn, Cr, Sі, Fe, Sn, Zr, Nb, т.б.) дайындауға, радиоэлектроникада, тамақ, шарап, қағаз, бояу өнеркәсіптеріне қажетті аспаптар мен қондырғылар жасауда кеңінен қолданылады

Титан ауада әдеттегі температурада тұрақты. Оны 550°С жоғары қыздырған кезде қарқынды тотығады және оттегі мен басқа газдарды жұтады. Газдар мен басқа да қоспалар титанға осалдық береді. Титан көміртегімен жоғары қаттылығы бар нашар балқитын карбидтер түзеді. 

Кез келген концентрацияда қоспаланған  күкірт және азот қышқылдары мен сілтілердің  әлсіз ерітінділері титанмен өте  баяу реакцияласады. Ол теңіз суында коррозияға қарсы өте төзімді. Титан  күкірт және балқыту қышқылымен концентрацияланған күкірт қышқылында балкиды.

Титанның жоғары коррозиялық төзімділігі  үстіңгі бетте, металл массасымен ТіО₂ диоксидінің жұқа (5-15 мкм) тұтас қабыршағын түзу қабілетіне байланысты. Оксидтік қабыршақ түзетін реагенттер титан коррозиясын түзеді.

Титанньщ химиялық қосылыстары  қатарынан ТіО₂ диоксиді, ТiCl₄ тетрахлориді және титан ТіІ₄ иодиді анағұрлым практикалық және технологиялық қызығушылық тудырады.

 

 

1.2 Титанды алуға арналған шикізат

 

Титанның белгілі минералдары  қатарынан екеуінің: рутил мен  ильминиттің негізгі өнеркәсіптік маңызы бар. Рутил - ТіО₂ титанның табиғи оксиді титан өндірісі кезінде шикізаттың ең жақсы түрі болып табылады, бірақ рутил рудаларының ірі кен орындары сирек кездеседі. Ильменит ҒеТіОз - титанның анағұрлым кең таралған минералы. Ильминиттік рудалар көбінесе Ғе₃О₄ магнитетит қоспасында кездесетін шашылғыш тау жыныстары болып табылады. Осындай рудаларды титан магнетитет деп атайды. 40 % дейін ильменит өзен және теңіз жағалауы маңындағы құмдардан өндіріледі. Осы рудаларда титанның мелшері 35% дейін жетеді.

Титанды алудың перспективалы кұралы перовскиттік СаТіО₃ және сфена CaО·TiО₂·SiО₂ рудалары болып табылады. Оларды пайдалану тек кешендік қайта өндеу кезінде ғана рентабельді бола бастайды. Титанның рудалардағы құнды серіктес элементтері тантал, ниобий, цирконий және сирек жер элементтері болып табылады.

Кейбір титанды-магнетиттік рудалар  механикалық байытуға көнбейді. Бұл  жағдайда титанды бөліп алу үшін шойын мен бай титан қожын (80-87% ТіО₂) ала отырып, тотықсыздандырып қорытуды пайдаланады. Тотықсыздандырып қорытуды титан мен темірді бөлу мақсатында ильмениттік концентраттарды бастапқы өндеу үшін қолданады.

Қазіргі кезде өнеркәсіптерде шығарылатын  титанның басым көпшілік бөлігі титан  тетрахлоридін магниймен тотықсыздандыру  жолымен жүргізіледі. Хлорлау алдында  бастапқы шикізатты титан қожына тотықсыздандырып қорыту арқылы пирометаллургиялық дайындық жүргізеді. Тотықсыздандырып корьггуга ильмениттік концентраттар немесе титанды-магнетиттік рудалар түсе алады. Қорытпа мақсаты темір оксидтерін таңдап тотықсыздандыру болып табылады. Осы процесте титан мен темірді бөлу мүмкіндігі титан мен темір оксидтерінің беріктігіндегі үлкен айырмашылыққа негізделген. Тотықсыздандырып қорыту кезінде темір оксидтері металл күйіне дейін тотыксызданады, ал титан ТіО₂ түрінде қожға айналады. Тотықсыздандырып қорытуды жүргізу қажеттігі, темір мөлшерлі концентраттарды тікелей хлорлау - хлордың одан әрі пайдалануы қиын темір хлоридін түзуде косымша үлкен шығындарды талап ететіндігіне байланысты.

Ильмениттік концентраттарды тотықсыздандырып қорытуды электр пештерінде жүргізеді. Балқытудың негізгі процесі жалпы түрде тендеумен сипатталады:

ҒеТіОз + С —> Ғе + ТіО₂ + СО

 

Қорытпаны, қождағы ТіО₂ мөлшерін 82-87 %-дан кем төмендетпес үшін кождамаларды минимум косу арқылы немесе соларсыз жүргізуге тырысады. Титандық қожда жоғары балқу температурасы (>1500°С) және айтарлықтай тұтқырлық болады, бұл электр пештерін тотықсыздандырып балқыту үшін пайдалануды тудырады.

Қорыту кезінде тотықсыздандырғыш  ретінде кокс немесе антрацит колданады. Қож бен шойынды мезгіл сайын ағын езек аркылы жалпы құйма қалыпқа кұяды. Шығарылардағы қож температурасы 1570-1650°С құрайды. Қабыршықтанып, қатайғаннан кейін шойын мен қожды бөліп, соған сәйкес қайта өцдеуге жөнелтеді. Титанды кожға алып шығу 96-96,5 % құрайды.

Металдық титанды - титандық қождан және тотыққаншикізаттың басқа түрлерінен алу технологиясы екі негізгі  кезеңнен құралады. Ең алдымен бастапқы шикізат материалдарын газ тәріздес хлормен хлорлау арқылы титан  тетрахлоридін мына реакция бойынша  алады:

 

ТiO₂+2С1₂+2С→ТiСl₄+2СО

 

Сосын техникалық тетрахлоридті қоспалардан  ректификация арқылы тазартқаннан кейін, оны металл титанға дейін магний- термиялық тотықсыздандыруға жатқызады.

 

TiCl_4(газ)+2M_(c)=Ti_қ+2MgCl_(c)+519кДж

 

Магнийлік электролизерлердің анодты газ түріндегі газ тәріздес хлоры  және титанды алуға қажетті металл магний - магний өндіріснен түседі, ал реакция бойынша алынатын магний хлориді магнийді электролитnік жолмен алуға қайтадан оралады. Титан және магний өндірісінің технологиялық  кооперациясы жаңа заманғы титан-магний өнеркәсібінің маңызды атрибуты болып табылады.

Титанды өзінің тетрахлоридінен магний арқылы тотықсыздандыруды 750-850°С кезінде, яғни оның балқу температурасынан айтарлықтай  төмен температурада жүргізеді. Сол себепті металды пісірілген кристалдар - кеуектер түрінде алады. Кеуекті титан (титан кеуегі) титанды-магний комбинаттарының тауарлық өнімі  болып табылады. Шағын титан құйма  кесектерін металл өңдеу кәсіпорындарында алады.

Титанды алудың электролиттік тәсілі анағұрлым перспективалы болып  табылады. Оның басты басымдығы - тапшы  металл тотықсыздандырғышының жоқтығы. Осы әдісті жасауда және жетілдіруде айтарлықтай табыстарға қол жеткізілді. Электролиз процесінің жалпы принциптері титанды электролиттік (мысалы, сапасыз кеуекті металды, титан балқымалары мен оның қорытпаларының қалдықтарын) тазарту кезінде өнеркәсіптік практикада пайдаланылып жүр. 

  

 

1.3 Титан алу әдістері

 

Қазіргі уақытта титан өндірісінде  хлорлы технология пайдалануда, одан көп  көлемде қалдықтар қалады. Шыққан өнімнің құрамынағы қоспаның хлормен  әрекеттесуі олардың пайда болуларының  негізі болып табылады.Соңғы жылдарда өнім сапасы төмендеді, бұл 1 көрсеткіште.Титанның жоғары әрекеттесу қабілеті және оның құрамының төмендеуі, қоспаның аз көлемде  көтерілуі оның өндірісіндегі негізгі  технологияны қолдану мен көрсетіледі.  

Б.Ұ.Ұ және шет елдерде титан  өндірісі бұл металлотермиялық, онда титан хлориді магнимен немесе натримен қалыптастырады. Сондықтан да өнеркәсіптегі  кен өнімі құрамы, хлорлы әдісімен өңдеуге қанағаттандыра алатын болуы  керек. Қоспаның аз көлемде алынған  өнімді хлорлауға түскені, сол көлемде  титан хлоридінен титанды айыруға  болады, хлордың аз шығыны, еңбек  етудің жақсы жағдайы болады. Құрамында  титан бар концентраттарды үздіксіз хлорлау, хлорлау әдісін өте қиындатады және де титан хлоридін қоспалардан  тазартуда да кедергі келтіреді, хлорлаудан бұрын концентраттан  темір қоспасын бөліп алса жеңілірек  болады. Басқа шет елдер зауыттарында мысалы Жапон фирмасы “Осака титаниум”  титан хлориды өндірісі құрамында 94-96% титан қос тотығы бар бай  рутил концентратын пайдалануда. Рутилдің табиғатта сирек кездесуіне байланысты оны ильменит концентраттарына технологиялық сызба көмегімен ала бастады. Өндірісте технологиялық сызбалардың өте ауқымды пайдалануы, темірді ерітінділеп оның оксидін қышқылдармен әрекеттестіріп, ильмениттен темір тотығы мен титанның қос тотығын алдын-ала термиялық әдіспен өңдейді. Таңдамалы ерітінділеуді күкірт және тұз қышқылдарында жүргізеді. Тұз қышқылы күкірт қышқылының жанында құрамында темірі бар өнімдерді алуда өте қарапайым болып келеді. Осы мақсатпен тұз қышқылы ерітіндісі құрамында темір хлориді бар, 800-9000С тен жоғарғы пар гидролизіне ұшырап, соның нәтижиесінде үш валентті темір оксиді түзіледі. Өндірісте технологиялық сызбалардың өте ауқымды пайдалануы, темірді ерітінділеп оның оксидін қышқылдармен әрекеттестіріп, ильмениттен темір тотығы мен титанның қос тотығын алдын-ала термиялық әдіспен өңдейді.

1.4 Өскемен титан-магний комбинаты

Қазақстан қор биржасында Өскемен титан-магний комбинатының 15,5 проценттік мемлекеттік акциялар пакетінің 10 процентін сату шарасы басталды.

Қазақстан қор биржасында Өскемен титан-магний комбинатының 15,5 проценттік мемлекеттік акциялар пакетінің 10 процентін сату шарасы басталды,- деп хабарлайды KZ-today тілшісі. Бір акцияға бастапқы ұсынылған баға 15 мың теңгені құрайды.

ҚР қаржы министрлігінің мемлекеттік мүлік және жекешелендіру комитеті 167260 қарапайым акциядан құралған мемлекеттік пакетті (15,5%) екі лотпен сатуға шешім қабылдады. Атап айтсақ, 107910 акция немесе пакеттің 10 проценті біртұтас лотпен сатылса, 59350 акция немесе 5,5 проценті бір акциядан сатылады.