Как из руды получают прочнейший металл титан (6 фото + видео)

Больше века химики не знали, что титан — самый прочный из металлов, потому что им не удавалось все это время получить его в чистом виде. Даже малейшее содержание примесей в титановом сплаве делало его хрупким, непластичным и непрочным. В природе он встречается только в соединениях.

Как из руды получают прочнейший металл титан (6 фото + видео)
Получение титаносодержащей шихты — смеси исходных материалов 

На территории Украины найдено несколько крупных залежей титаносодержащих пород. Ценный металл добывают на ГОК Иршанском, Междуреченском, Вольногорском и Запорожском. Первоисточником титана является черная руда ильменит (FeO-TiO2 или FeTiO3), которая была случайно обнаружена в 1826 г. в Уральских горах немецким геологом Иоганном Менге, активно участвовавшем в поиске драгоценных минералов. Вместо благородных камней он нашел огромный пласт черной руды, названной ильменитом, в котором присутствовало около 50 % титана в виде диоксида и примерно столько же оксида железа. Эта находка позволила поставить добычу титана на поток.

Как добывают и получают чистый титан

Из земли черную руду вынимают с помощью канатных экскаваторов вроде WK-75. Затем в самосвалах типа «БелАЗ» ее переправляют в плавильный цех, где происходит первая реакция.

Как из руды получают прочнейший металл титан (6 фото + видео)
Природный источник титана — ильменит

Сначала из руды удаляют оксиды железа, для этого ее, смешанную с углем, отправляют в плавильные печи. 6 часов ильменит плавится, в процессе чего образуются 2 слоя — чугун и диоксид титана. Дно термочаши занимает чугун, потому что он тяжелее. Затем его сливают в огромную чашу, а шлак, содержащий диоксид титана, в отдельную бадью.

Как из руды получают прочнейший металл титан (6 фото + видео)
Титаносодержащий шлак

Перед тем, как шлак отправится на следующий этап, необходимо подождать, пока некогда кипящая субстанция затвердеет, на это уходит до 10 часов, так как через час на поверхности потемневшей массы температура держится еще на отметке выше 600 °С. После полного остывания начинается отделение кислорода от титана. Связь прочна, но еще в 1940 г. американский научный деятель Уильям Кроу нашел способ расщепления кислорода и титана. Во время опытов он выяснил, что кислород из соединения может вытеснить хлор. Способ оказался действенным, и именно он применяется на плавильных комбинатах до сих пор.

Как из руды получают прочнейший металл титан (6 фото + видео)
Емкости для хлорирования и сепарирования

Застывшую массу дробят и отправляют на хлорирование. В закупоренном сосуде при высокой температуре происходит реакция между диоксидом титана, углеродом и хлором, образуется тетрахлорид титана и угарный газ. Далее при восстановлении тетрахлорида титана в ретортах с помощью магния при 820 °С титан (Ti) освобождается от прочих примесей. Хлорид магния оседает в нижней части реторты и удаляется из нее, а Ti после сепарации по консистенции становится похожим на губку. После охлаждения в реторте остается пористое вещество, искрящееся на свету. Это и есть титан

Внутренний стержень кораллообразной субстанции является высококачественным сырьем, из которого делают обшивку самолета или космической ракеты. От погрузки руды до момента выемки титана из реторты проходит примерно 5 дней.

Как из руды получают прочнейший металл титан (6 фото + видео)
Готовая к формовке губка из титана

При этом хлор и магний, участвующий в реакциях на заводах, где обрабатывается титановая руда, находятся в замкнутом цикле и циркулируют от реакций хлорирования и восстановления, до соединения между собой. Выплавление титана из черной руды — это безопасное и безотходное производство.