Является одним из важнейших конструкционных материалов, поскольку сочетает прочность, твердость и легкость. Однако другие свойства металла весьма специфичны, что делает процесс получения вещества тяжелым и дорогостоящим. И сегодня нами будет рассмотрена мировая технология производства титана, кратко упомянем и .

Существует металл в двух модификациях.

α-Ti – существует до температуры в 883 С, обладает плотной гексагональной решеткой.
β-Ti – имеет объемно-центрированную кубическую решетку.

Переход осуществляется с очень небольшим изменением плотности, поскольку последняя при нагревании постепенно уменьшается.

Во время эксплуатации титановых изделий в большинстве случаев имеют дело с α-фазой. А вот при плавке и изготовлении сплавов металлурги работают с β-модификацией.
Вторая особенность материала – анизотропия. Коэффициент упругости и магнитная восприимчивость вещества зависит от направления, причем разница довольно заметная.
Третья черта – зависимость свойств металл от чистоты. Обычный технический титан не годится, например, для использования в ракетостроении, поскольку из-за примесей теряет свою жаростойкость. В этой области промышленности применяют только исключительно чистое вещество.

О составе титана поведает это видео:

Производство титана

Использовать металл начали только в 50-е годы прошлого века. Его добыча и производство являются сложным процессом, благодаря чему этот относительно распространенный элемент относили к условно редким. И далее мы рассмотрим технологию, оборудование цехов по производству титана.

Сырье

Титан занимает 7 место по распространенности в природе. Чаще всего это оксиды, титанаты и титаносиликаты. Максимальное количество вещества содержится в двуокисях – 94–99%.

Рутил – самая устойчивая модификация, представляет собой минерал синеватого, буровато-желтого, красного цвета.
Анатаз – довольно редкий минерал, при температуре в 800–900 С переходит в рутил.
Брукит – кристалл ромбической системы, при 650 С необратимо переходит в рутил с уменьшением объема.

Более распространены соединения металла с железом – ильменит (до 52,8% титана). Это гейкилит, пирофанит, кричтон – химический состав ильменита весьма сложен и колеблется в широких переделах.
Используется в промышленных целях результат выветривания ильменита – лейкоксен . Здесь происходит довольно сложная химическая реакция, при которой из ильменитовой решетки удаляется часть железа. В результате объем титана в руде повышается – до 60%.
Также используют руду, где металл связан не с закисным железом, как в ильмените, а выступает в виде титаната окисного железа – это аризонит, псевдобрукит .

Наибольшее значение имеют месторождения ильменита, рутила и титаномагнетита. Разделяют их на 3 группы:

магматические – связаны с участками распространения ультраосновных и основных пород, проще говоря, с распространением магмы. Чаще всего это ильменитовые, титаномагнетитовые ильменит-гематитовые руды;
экзогенные месторождения – россыпные и остаточные, аллювиальные, аллювиально-озерные месторождения ильменита и рутила. А также прибрежно-морские россыпи, титановые, анатазовые руды в корах выветривания. Наибольшее значение имеет прибрежно-морские россыпи;
метаморфизированные месторождения – песчаники с лейкоксеном, ильменит-магнетитовые руды, сплошные и вкрапленные.

Экзогенные месторождения – остаточные или россыпные, разрабатываются открытым методом. Для этого используют драги и экскаваторы.

Разработка коренных месторождений связана с проходкой шахт. Полученную руду на месте дробят и обогащают. Применяют гравитационное обогащение, флотацию, магнитную сепарацию.

В качестве исходного сырья может использоваться титановый шлак. Он содержит до 85% диоксида металла.

Технология получения

Процесс производства металла из ильменитовых руд состоит из нескольких стадий:

восстановительная плавка с целью получения титанового шлака;
хлорирование шлака;
производства металла восстановлением;
рафинирование титана – как правило, проводится с целью улучшения свойств продукта.

Процесс это сложный, многоэтапный и дорогостоящий. В результате достаточно доступный металл оказывается весьма дорогим в производстве.

О производстве титана расскажет данный видеосюжет:

Получение шлака

Ильменит является ассоциацией оксида титана с закисным железом. Поэтому целью первого этапа производства является отделение диоксида от оксидов железа. Для этого оксиды железа восстанавливают.

Процесс осуществляют в электродуговых печах. Ильменитовый концентрат загружают в печь, затем вводят восстановитель – древесный уголь, антрацит, кокс, и прогревают до 1650 С. При этом железо восстанавливается из оксида. Из восстановленного и науглероживающегося железа получают чугун, а оксид титана переходит в шлак. Последний в итоге содержит 82–90% титана.

Чугун и шлак разливают по отдельным изложницам. Чугун используют в металлургическом производстве.

Хлорирование шлака

Целью процесса является получение тетрахлорида металла, для дальнейшего применения. Непосредственно хлорировать ильменитовый концентрат оказывается невозможным, из-за образования большого количества хлорного железа – соединение очень быстро разрушает оборудование. Поэтому без стадии предварительного удаления оксида железа обойтись нельзя. Хлорирование проводится в шахтных или солевых хлораторах. Процесс несколько отличается.

Шахтный хлоратор – футерованное цилиндрическое сооружение высотой до 10 м и диаметром до 2 м. Сверху в хлоратор укладывают брикеты из измельченного шлака, а через фурмы подают газ магниевых электролизеров, содержащий 65–70% хлора. Реакция между титановых шлаком и хлором происходит с выделением тепла, что обеспечивает требуемый для процесса температурный режим. Газообразный тетрахлорид титана отводят через верх, а остатки шлака непрерывно удаляют снизу.
Солевой хлоратор , камера, футерованная шамотом и наполовину заполненная электролитом магниевых электролизеров – отработанным. В расплаве содержаться хлориды металлов – натрия, калия, магния и кальция. В расплав сверху подают измельченный титановый шлак и кокс, снизу вдувают хлор. Поскольку реакция хлорирования экзотермична, температурный режим поддерживается самим процессом.

Тетрахлорид титана очищают, причем несколько раз. Газ может содержать углекислый газ, угарный газ, другие примеси, так что очистка производится в несколько этапов.

Отработанный электролит периодически заменяют.

Получение металла

Металл восстанавливают из тетрахлорида магнием или натрием. Восстановление происходит с выделением тепла, что позволяет проводить реакцию без дополнительного обогрева.

Для восстановления используют электрические печи сопротивления. Сначала в камеру помещают герметичную колбу из хромо- сплавов высотой в 2–3 м. После того как емкость прогреют до +750 С, в нее вводят магний. А затем подают тетрахлорид титана. Подача регулируется.

1 цикл восстановления длится 30–50 ч, чтобы температура не повышалась выше 800–900 С, реторту обдувают воздухом. В итоге получают от 1 до 4 тонн губчатой массы – металл осаждается в виде крошек, которые спекаются в пористую массу. Жидкий хлорид магния периодически сливают.

Пористая масса впитывает довольно много хлорида магния. Поэтому после восстановления осуществляют вакуумную отгонку. Для этого реторту прогревают до 1000 С, создают в ней вакуум и выдерживают 30–50 часов. За это время примеси испаряются.

Восстановление натрием протекает почти таким же образом. Разница наличествует только в последнем этапе. Чтобы удалить примеси хлорида натрия, титановую губку измельчают и выщелачивают из нее соль обычной водой.

Рафинирование

Полученный описанным выше образом технический титан вполне годится для производства оборудования и емкостей для химической промышленности. Однако для областей, где требуется высокая жаростойкость и однородность свойств, металл не годится. В этом случае прибегают к рафинированию.

Рафинирование производится в термостате, где поддерживается температура в 100–200 С. В камеру помещают реторту с титановой губкой, а затем с помощью специального устройства в закрытой камере разбивают капсулу с йодом. Йод реагирует с металлом, образуя йодид титана.

В реторте натянуты титановые проволоки, по которым пропускают электрический ток. Проволока раскаляется до 1300–1400 С, полученный йодид разлагается на проволоке, формируя кристаллы чистейшего титана. Йод освобождается, вступает в реакцию. С новой порцией титановой губки и процесс продолжается, пока не исчерпается металл. Получение останавливают, когда благодаря наращиванию титана диаметр проволоки становится равным 25–30 мм. В одном таком аппарате можно получить 10 кг металла с долей в 99,9–99,99%.

Если необходимо получить ковкий металл в слитках, поступают иначе. Для этого титановую губку переплавляют в вакуумной дуговой печи, поскольку металл при высокой температуре активно впитывает газы. Расходуемый электрод получают из титановых отходов и губки. Жидкий металл затвердевает в аппарате в кристаллизаторе, охлаждаемом водой.

Плавку, как правило, повторяют дважды, чтобы улучшить качество слитков.

Из-за особенностей вещества – реакции с кислородом, азотом и впитывание газов, получение всех титановых сплавов также возможно лишь в электрических дуговых вакуумных печах.

Про Россию и другие страны-производители титана читайте ниже.

Запасы на месторождениях титановой руды в 2012 году, *

Китай	200.0
Австралия	118.0
Индия	85.0
ЮАР	71.3
Норвегия	37.0
Прочие страны	180.7
Всего запасы	692.0

* данные US Geological Survey

Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а не восстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки - порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl4. Образующиеся пары TiCl4 при 850 °C восстанавливают магнием.
Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.
Производство диоксида титана в мире начиная с 2000 года непрерывно росло и в 2008 году составило 5,1 млн тонн, что почти на 30% больше, чем в 2000 году. В 2009 году в следствие мирового экономического объемы производства диоксида титана упали до 4,7 млн тонн, однако годом позже произошло восстановление до 5,0 млн тонн. Определяющим для роста мирового производства диоксида титана стало увеличение его производства в Китае. С 2000 по 2011 год производство диоксида титана в этой стране увеличилось в шесть раз и составило 1,8 млн тонн. Мировое производство диоксида титана в 2012 году немного снизилось по сравнению с предыдущим годом и составило 5,3 млн тонн.
В мировой промышленности титана, которая отвечает быстро растущему спросу со стороны производителей самолетов и изготовителей промышленного оборудования, продолжают создаваться новые мощности по производству титановой губки, особенно в Китае, но также и во всех основных производящих титан странах. Производство губки увеличилось с 74 тыс. тонн в 2003 году - 176 тыс. тонн в 2008 году. В конце 2008 года, глобальный экономический спад и задержки производства A380 и авиалайнеров B787 вызвали острое падение спроса на титан, в то время как новые проекты титановой губки приближались к завершению. В результате, в 2009 и 2010 годах, мощности по производству губки были излишними, в Китае были закрыты некоторые заводы, а мировое производство упало до 120 тыс. тонн. К середине 2010 года стало ясно, что спрос на титановую губку в Китае сильно вырос, и мировое производство, согласно оценкам, составило 150 тыс. тонн.
В 2012 году в США производитель титановой губки в Роули, штат Юта, закончил процесс квалификации стандартного сорта, необходимый для того, чтобы производить титан для космоса, индустриальных, и медицинских применений. Новый проект по производству порошка титана мощностью 1,800 тонн ежегодно близится к завершению в Оттаве, штат Иллинойс. Новый производственный объект по получению титана был открыт в Мартинзвилль, штат Вирджиния, и предназначен для производства титановых продуктов для коммерческой авиакосмической промышленности. Производительность, как ожидают, составит 6,300 тонн ежегодно.
Титановые продукты и компоненты производятся преимущественно в США, России, Японии и Китае, а их ежегодный объем производства составляет более 100 тысяч тонн.

* данные US Geological Survey

В чистом виде и в виде сплавов металл применяется в: химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводная арматура), военной промышленности (бронежилеты, броня и противопожарные перегородки в авиации, корпуса подводных лодок), промышленных процессах (опреснительных установках, процессах целлюлозы и бумаги), автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, украшениях для пирсинга, медицинской промышленности (протезы, остеопротезы), стоматологических и эндодонтических инструментах, зубных имплантатах, спортивных товарах, ювелирных изделиях (Александр Хомов), мобильных телефонах, лёгких сплавах и т.д. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
Титановое литье выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литье по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей, в художественном литье используется ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве.
Титан является легирующей добавкой во многих легированных сталях и большинстве спецсплавов. Нитинол (никель-титан) - сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике. Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов. Титан является одним из наиболее распространённых геттерных материалов, используемых в высоковакуумных насосах.
В виде соединений Белый диоксид титана (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.
Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.
Карбид титана, диборид титана, карбонитрид титана - важные компоненты сверхтвёрдых материалов для обработки металлов. Нитрид титана применяется для покрытия инструментов, куполов церквей и при производстве бижутерии, т.к. имеет цвет, похожий на золото. Титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3 и ряд других титанатов - сегнетоэлектрики.
Существует множество титановых сплавов с различными металлами. Легирующие элементы разделяют на три группы, в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения: на бета-стабилизаторы, альфа-стабилизаторы и нейтральные упрочнители. Первые понижают температуру превращения, вторые повышают, третьи не влияют на неё, но приводят к растворному упрочнению матрицы. Примеры альфа-стабилизаторов: алюминий, кислород, углерод, азот. Бета-стабилизаторы: молибден, ванадий, железо, хром, никель. Нейтральные упрочнители: цирконий, олово, кремний. Бета-стабилизаторы, в свою очередь, делятся на бета-изоморфные и бета-эвтектоидообразующие. Самым распространённым титановым сплавом является сплав Ti-6Al-4V (в российской классификации - ВТ6).
Вследствие возрастающих цен на сырье для промышленности, подавленных экономических условий в Европе и Китае и истощении существующих запасов, мировое потребление пигмента TiO2, согласно оценкам, снизилось в 2012 году.
Потребление и производство пигмента TiO2, во многом, определялись Китаем, и несколько производителей пигмента TiO2 в Китае приостановили производство с уменьшением рыночного спроса. Внутреннее производство пигмента TiO2 в 2012 году, согласно оценкам, осталось таким же как в 2011 году. Очевидное потребление пигмента TiO2 в США увеличилось на 19% вследствие 15%-ого уменьшения экспорта в 2012 году по сравнению с 2011 годом.
Потребление металла титана в коммерческой авиакосмической промышленности продолжало увеличиваться и в 2012 году достигло примерно 60 тыс. тонн. Япония и Казахстан были ведущими источниками импорта титановой губки в США в 2012 году. Увеличение импорта титановой губки наблюдалось также из Украины и Японии. В таблице ниже указаны данные по потреблению титановых продуктов в мире (без учета Китая и России). Данные за 2012 год носят оценочный характер (прогнозы Roskill и других аналитиков рынка).

Потребление титановых продуктов в мире, тыс.тонн*

год	2008	2009	2010	2011	2012
Аэро-космическая промышленность	46.9	29.8	41.2	47.0	60.0
Оборонная промышленность	6.4	5.8	6.7	6.0	6.0
Прочая промышленность	43.0	27.6	36.9	52.1	53.0
Развивающиеся рынки	5.3	1.7	2.4	3.0	3.0
Всего	101.6	64.9	87.1	108.1	122.0

* данные TIMET

Наметившийся в 2000-е годы рост цен на диоксид титана был прерван разразившимся экономическим кризисом. С сентября 2008 года по март 2009 года цены на диоксид титана как анатазной, так и рутильной модификаций сначала резко опустились, затем по мере улучшения положения в отрасли стали подниматься, а в конце этого периода повели себя различно в различных регионах и для различных видов продукта. Цены на диоксид титана анатазной модификации демонстрировали некоторую тенденцию к снижению во всех регионах, за исключением Китая, где цены вновь заметно упали. В стране очень велика доля производителей диоксида титана анатазной модификации, поэтому этот рынок в условиях низкого спроса, естественно, сыграл на понижение. Диоксид титана рутильной модификации также резко упал в цене в Китае, но в ряде других стран (Австралии, Саудовской Аравии, США, Тайване) цены на этот пигмент в марте 2009 года увеличились.
В мае-августе 2009 года китайская среднеэкспортная цена диоксида титана пигментных марок находилась в пределах 1592 - 1634 долл./т, а среднеимпортная - 2131 - 2192 долл./т. В этот же период средняя импортная цена США составляла 1,97 - 2,35 долл./кг, а средняя импортная цена материала, поставляемого в США из Китая, равнялась всего 1,36 - 1,47 долл./кг.
Во второй половине 2009 года цены на диоксид титана во всех регионах мира начали расти. В Европе они достигли почти докризис-ного значения (около 3200 долл./т). Осенью 2009 г. фактические цены на диоксид титана рутильной модификации были самыми низкими в Австралии, Индии и Китае - 2050 - 2215 долл./т, тогда как в Японии, Саудовской Аравии и США они находились в пределах 2350 - 2480 долл./т.
На внутреннем рынке Китая в первой половине июня 2012 года цены на диоксид титана рутиловой модификации составляли 2700 - 3100 долл./т, а на диоксид титана анатазной модификации 2300 - 2500 долл./т.
В январе-апреле 2012 года сразу на трех крупнейших рынках отметилось охлаждение спроса на двуокись титана. Это привело не к падению, а к стабилизации цен на пигмент в США, Европе, Азии. И лишь в мае 2012 года, с оживлением строительных работ, стал наблюдаться подъем.
Так, если среднестатистическая цена TiO2 в Европе еще в апреле 2012 года составляла на FD, Europe EUR2630 за тонну, то в начале мая котировки выросли до EUR3100-3400. В США май также спровоцировал рост цен на двуокись титана. Если в апреле ее стоимость на FD, N America составляла 3234 долл./т, то в мае она поднялась до отметки 4100-4674 долл./т. На 700-1000 долл./т вырос пигмент в Азии. Майские котировки продукта подтянулись до уровня 4000-4300 долл./т.
Цены на металлический титан в 2012 году после нескольких лет падения также выросли с составили примерно 11,75 долл./кг, что выше, чем 9,93 долл./кг годом ранее, однако существенно ниже пика 20,62 долл./кг в 2006 году.

Согласно прогнозам экспертов, мировой рынок диоксида титана к 2015 году вырастет до 7 млн. т. Однако с учетом того, что спрос на продукцию в 2012 году был вялый, существует вероятность второго витка кризиса в отрасли.
Мировой рынок титановых продуктов, как ожидается, будет расти ежегодно на 6% до 2015 года. Это приведет к росту производсва титановых продуктов до 140 тыс. тонн в год, что потребует ежегодно до 200 тыс. тонн титановой губки.
Согласно Обзору рынка титана до 2018 года, опубликованному Roskill, волатильность рынка связана с большей дифференцированностью промышленности. В Европе и Северной Америке, на долю авиационно-космической промышленности регулярно приходится более 60% спроса. Производство титановой губки и проката в этих регионах также в значительной степени ориентировано на аэрокосмический рынок. Стремительный рост производства губки и проката в Китае является следствием растущего внутреннего спроса в промышленном секторе страны, на долю которого пришлось более 80% потребления в 2012 году.
Аэрокосмический сектор является главным потребителем на рынке титана - около 60 тыс. тонн проката в 2012 году. В новом поколении больших пассажирских самолетов A380 и A350 от Airbus и Boeing B787 используется больше армированных полимеров из углеродного волокна (carbon fibre reinforced polymers, CFRP) на единицу продукции. CFRP совместимы с титаном, но не с алюминием, что добавляет уверенности в том, что применение титана в качестве ключевого материала в производстве самолетов продолжит расти. Российская корпорация ВСМПО-АВИСМА стала ведущим поставщиком проката для аэрокосмической промышленности с объем поставки более 20 тыс. тонн в 2012 году.
Однако применение титана для промышленных нужд является более чувствительным к цене, чем в случае с аэрокосмической отраслью, а также присутствует жесткая конкуренция со стороны производителей других металлов и сплавов. Эта чувствительность к цене более очевидна в Европе и Северной Америке, чем в Китае, на который в настоящее время приходится половина всего промышленного спроса в мире. Похоже, что использование титана предпочтительнее (дешевле) по сравнению с другими материалами для использования на китайских промышленных предприятиях.
После падения до 124 тыс. тонн в 2009 году, глобальные поставки титановой губки росли в среднем на 26,5% в год с 2010 по 2012 году и достигли примерно 241 тыс. тонн; 20 тыс. тонн излишек по отношению к спросу. Однако, большая часть этого роста пришлась на Китай, а дополнительные объемы были использованы в промышленности страны. Губка для космических технологий в основном производится в Японии, России, США и Казахстане. В соответствии с данными Roskill, ее более чем достаточно, чтобы удовлетворить текущий и прогнозный спрос, поскольку еще имеются некоторые неиспользуемые мощности на рынке. Импорт в США составляет более половины мировой торговли титановой губкой и американские предприятия сильно зависят от импорта из Японии и Казахстана, хотя поставки из Казахстана падают по мере увеличения доли продукции, которая перерабатывается на месте.

Производство титана в России
Титану приказано выжить за счет западных инвестиций
Титановая промышленность России, которая после распада Союза и реализации конверсионных программ осталась и без сырья, и без потребителей, пытается решить свои проблемы. Иногда самостоятельно, иногда с помощью правительства. Недавно Виктор Черномырдин подписал распоряжение #892-р о комплексе неотложных мер по сохранению и развитию титанового производства в России в рамках целевой федеральной программы (1993-2002 годы). В этом документе акцент делается на привлечение иностранных инвестиций под государственные гарантии правительства России. Ъ анализирует ситуацию в титановой промышленности России.

История развития отрасли
В 1960-1990 годах в СССР была создана крупнейшая в мире титановая индустрия. К началу 90-х годов объем производства титана и его сплавов в Союзе превышал общий уровень производства США, Японии, Англии, Германии, Франции и Китая. Титановая промышленность бывшего СССР проектировалась в масштабах всего союзного народно-хозяйственного комплекса. Добыча и обогащение титансодержащих руд сосредоточены на Украине, производство лигатур осуществляется на Украине и в Таджикистане. 40% производства титановой губки приходится на Россию (Березняковский титано-магниевый комбинат, ныне АО "АВИСМА"), 40% — на Казахстан (Усть-Каменогорский титано-магниевый комбинат) и 20% — на Украину (Запорожский комбинат). Титановые слитки и полуфабрикаты производились в основном в России на Верхнесалдинском металлургическом производственном объединении (ВСМПО), Белокалитвинском, Ступинском и других предприятиях. На базовом предприятии отрасли — ВСМПО — в 1989 году было произведено 105 тыс. тонн продукции. Основным потребителем металла в СССР была оборонная промышленность — авиа- и ракетостроение, космическое машиностроение и судостроение. Еще в начале 90-х годов до 75-78% продукции ВСМПО приходилось на нужды оборонного и авиакосмического комплекса.
После распада СССР Россия — основной потребитель титана и его сплавов (на ее долю приходилось 72,5% потребления СССР) — осталась практически без собственных источников титанового сырья. Сегодня титановая промышленность России представлена двумя основными предприятиями — АО "АВИСМА" (производство титановой губки) и ВСМПО (слитки, сплавы и полуфабрикаты). Сложная ситуация усугубилась тем, что в странах СНГ (на Украине и в Таджикистане) приступили к разработке собственных программ по развитию титановой промышленности. Поэтому поставки титансодержащего сырья, концентратов и титановой губки в Россию неуклонно сокращались. Единственный же производитель титановой губки в России Березняковский комбинат, который получает сырье с Украины, в состоянии "закрыть" лишь около 40% перспективных потребностей. В 1994 году выпуск титановой губки в России составил немногим более 30% от уровня 1989 года.
С началом конверсии потребление титана и его сплавов значительно сократилось. В 1994 году спрос на металл основных гражданских отраслей-потребителей по сравнению с 1989 годом только в авиакосмическом комплексе снизился на 50%. Авиационный сектор, некогда занимавший 55% в структуре продаж ВСМПО, сократился до 10-15%. Как следствие к концу 1994 года объемы производства упали до 18-20% от уровня 1989-1990 годов. ВСМПО произвело всего 17 тыс. тонн титановой продукции. Руководство предприятия выражает серьезную обеспокоенность сокращением сырьевой базы. К тому же отношения двух российских предприятий титановой промышленности, завязанных в одну технологическую цепочку, довольно сложные. АО "АВИСМА" поставляет на ВСМПО титановую губку для дальнейшей переработки, однако сегодня эта схема дает сбой — АВИСМА хочет продавать свою продукцию за деньги (желательно по предоплате), а ВСМПО не всегда может выполнить эти условия.
В последние год-два около 40% своей продукции АО "АВИСМА" поставляет на экспорт. ВСМПО приходится использовать другие возможности получения сырья, например нереализованные остатки. Дело в том, что титановая продукция имела стратегическое значение и поэтому запасы ее накапливались в госрезерве. В последние годы эти резервы распродавались, в том числе и на ВСМПО. Правда, запасы госрезерва небезграничны.

В России продукция есть — рынка нет
Проблемы титановой промышленности России довольно типичны для многих отраслей: нет сырья и нет рынка сбыта. Следует отметить, что предприятия самостоятельно занимаются маркетингом своей продукции и вполне в этом преуспели. АО "АВИСМА" экспортирует почти половину своей продукции. Сокращение внутреннего рынка заставило и ВСМПО сосредоточить усилия на развитии экспортных программ. Структура российского экспорта титановой продукции значительно отличается от структуры экспорта развитых стран. В США и Японии около 80% внешних поставок приходится на готовую продукцию (товары глубокой переработки), а в России 80% составляют полуфабрикаты (слитки, слябы и биллетсы) и только 20% — трубы, листы, плиты, прутки. Тем не менее в 1994 году ВСМПО удалось отправить на экспорт 3800 тонн титановой продукции (в два раза больше, чем в 1993 году) и занять третье место после США и Японии. Список потребителей расширился до 33 фирм из США, Японии и Европы. В 1992 году доля экспорта в общем объеме продаж ВСМПО составляла 12% ($2 млн), в 1994 году — 35% ($58 млн), а в 1995 году она должна возрасти до 60-65% ($100 млн).
ВСМПО уделяет огромное внимание сертификации изделий. Как образно выразился директор по качеству и сертификации ВСМПО Анатолий Строшков, сертификат на продукцию — это ключ к двери в помещение, где находится рынок. Еще в 1991 году на предприятии стали создавать систему обеспечения качества, отвечающую требованиям международных стандартов. К настоящему времени ВСМПО сертифицировало некоторые виды продукции. Например, продукция для судостроения сертифицирована фирмой Lloyds Register Surveyor (Великобритания). Главное назначение титана — аэрокосмическая индустрия, поэтому основная работа по сертификации ведется именно в производстве изделий для этой области. Здесь система сертификации несколько отличается от других — она проводится потребителем. ВСМПО работает сразу с тремя ведущими производителями авиадвигателей в мире — Rolls Royce, General Electric и Pratt & Whitney. Rolls Royce после длительной процедуры сертификации продукции ВСМПО сделала предварительный заказ на поставку двух тонн титанового прутка диаметром 30 мм под штамповку лопаток компрессоров авиадвигателей. По мнению менеджеров компании General Electric Aircraft Engines, которая уже завершила сертификацию и тоже сделала заказ на поставку прутков под штамповку лопаток, ВСМПО "отвечает тем жестким требованиям, которые компания предъявляет к сотрудничающим с нами фирмам, и мы рады причислить его к кругу наших международных поставщиков". Имеет ВСМПО договоренность о проведении такой работы и с американской фирмой Pratt & Whitney, благодаря которой ВСМПО сможет стать поставщиком для 90% рынка газотурбинных авиационных двигателей в мире.
Верхнесалдинское объединение через иностранных субпоставщиков продает Boeing титановые слитки. Переговоры о начале прямых поставок идут. Правда, Boeing очень долго рассматривает вопросы, связанные со сменой поставщиков. Поэтому в ближайшее время вряд ли будут приняты какие-нибудь решения. Намерение Boeing использовать больше титана в конструкциях своих самолетов позволит ВСМПО увеличить объемы поставок титановых слитков, слябов и заготовок через субпоставщиков американской корпорации. Кроме того, ожидается, что в ближайшее время Boeing проведет сертификацию титановых полуфабрикатов, полученных непосредственно от ВСМПО. Работает объединение и с европейскими производителями самолетов, прежде всего с фирмой Airbus Industrie, выпускающей аэробусы серии А-300. Наличие сертификатов дало основание ВСМПО требовать от заказчиков платить за продукцию по мировым расценкам. В большинстве случаев западные покупатели с этим соглашаются.

Титановые предприятия ищут выход из кризиса
Титановая промышленность России встала перед необходимостью создания собственной сырьевой базы, вовлечения в эксплуатацию новых месторождений. Сырьевая проблема весьма серьезна, и решить ее предприятия самостоятельно просто не в силах. С 1992 года руководство ВСМПО самостоятельно и через областную администрацию обращалось в федеральные органы власти с просьбой о помощи промышленности, имеющей стратегическое значение для народно-хозяйственного комплекса России. В 1992 году федеральное правительство приняло комплексную программу развития производства титана в России. Она направлена на решение вопросов обеспечения титановой промышленности России собственным сырьем, повышения качества проката и заготовок до уровня мировых стандартов, создания условий для более экономного использования металла на всех переделах, обеспечения всех отраслей народного хозяйства полуфабрикатами и заготовками в полном объеме.
Объем инвестиций для реализации предусмотренных программой мероприятий в ценах 1991 года оценивается в 3,7209 млрд руб. Мероприятия по реконструкции и техническому перевооружению производства слитков, заготовок и полуфабрикатов из титановых сплавов должны были быть реализованы за счет кредита, погашаемого ежегодными отчислениями из собственных средств (до 73% чистой прибыли) предприятий, участвующих в реализации программы. Часть кредита в виде валютных средств в размере $161 млн (с учетом 15% импортной пошлины от контрактной стоимости) намечалось направить на приобретение импортного металлургического оборудования для обеспечения производства высококачественного проката из титановых сплавов на уровне требований мировых стандартов. Однако программа не выполняется. Во многом это объясняется тем, что львиную долю средств предполагалось получить из государственного бюджета (2,9524 млрд руб. — 79,35%). Остальную часть (0,7685 млрд руб. — 20,65%) — за счет кредитов государственного банка.
Попытки реализации федеральной программы наглядно продемонстрировали, что на государственное финансирование надеяться бессмысленно. Государство пытается внедрить в сознание промышленников, что инвестиции они могут привлечь, размещая свои акции на открытом рынке. Однако на ВСМПО, как, впрочем, и на многих других предприятиях, директорат боится потерять контроль над управлением предприятием и не верит в серьезность намерений стратегических инвесторов. Во время приватизации дирекция ВСМПО не позволила скупить акции сторонними инвесторам (самый крупный из них имеет не более 6%), ни один из них не прошел в совет директоров. Во избежание скупки акций у работников предприятия на объединении было создано АОЗТ "Союз "Верхняя Салда"", куда трудовой коллектив вошел почти в полном составе. Однако АО "АВИСМА" ведет себя по-другому — крупным пакетом его акций владеет банк "Менатеп". По имеющимся сведениям, "Менатеп" вместе с предприятием разработал инвестиционную программу. Однако на сегодняшний день она практически не реализуется. По некоторым сведениям, это происходит из-за того, что "Менатеп" стремится получить дополнительные гарантии возврата вложенных средств.
На ВСМПО же с редким упорством ждут государственной поддержки в рамках целевой программы. Для расширения сортамента, повышения качества титановой продукции и ее конкурентоспособности на мировом рынке требуются инвестиции — $65 млн на реконструкцию и $108 млн на модернизацию, внедрение новых технологий. Скажем, доля контрольно-испытательного оборудования в стоимости активной части основных фондов составляет всего 0,6%, хотя в соответствии с мировым стандартом требуется 5-6%.
В результате регулярных командировок в столицу представители созданной в Верхней Салде ассоциации "Титан" добились от федерального правительства определенных решений. По распоряжению премьера Виктора Черномырдина правительство признало необходимым привлечь иностранный инвестиционный кредит в объеме $65 млн под свою гарантию для технического перевооружения Верхнесалдинского металлургического производственного объединения. Кроме того, Роскомметаллургии с участием Минфина РФ, Внешэкономбанка и ВСМПО поручено провести переговоры с иностранными кредиторами о привлечении в 1995-1996 годах кредита в объеме $100 млн. Он будет использован на условиях проектного финансирования для увеличения экспортных поставок титановой продукции более глубокой переработки. Одновременно Минэкономики РФ, Минфин РФ и Роскомметаллургии обязаны в 1995 году выделить ассигнования из федерального бюджета ВСМПО и АО "АВИСМА" на содержание мобилизационных мощностей. В 1995 году будут проведены переговоры с соответствующими организациями Казахстана и Украины о подготовке проектов долгосрочных межправительственных соглашений о сотрудничестве в области титановой промышленности, в том числе по созданию межгосударственных финансово-промышленных групп.

ВИКТОР Ъ-СМИРНОВ, ПЕТР Ъ-ИВАНОВ

Источники титанового сырья и его использование

В природе известно 70 минералов в различных количествах содержащих титан. На сегодняшний день, промышленными источниками титанового сырья являются месторождения, содержащие ильменит, рутил, лейкоксен и, в последнее время, анатаз. Львиная (около 90%) часть ильменитовых, лейкоксеновых и рутиловых концентратов используются для производства диоксида титана. Из ильменитовых концентратов получают синтетический рутил и титановые шлаки, которые можно использовать как для производства губчатого титана, так и диоксида титана. На производство металлического титана используется 7-10% сырья. Природный рутил, кроме того, используется частично и для обмазки сварочных электродов. Значительные количества титана содержатся в титаномагнетите и его рудах, однако титаномагнетитовый концентрат преимущественно используется как источник железорудного сырья и выплавки природнолегированных сталей, а шлаки, образующиеся при его переработке и содержащие ванадий - для получения пентоксида ванадия.

Наиболее богатыми по содержанию диоксида титана являются рутиловые концентраты (93–96%), ильменитовые содержат 44–70% диоксида титана, а концентраты из лейкоксеновых руд содержат до 90% TiO 2 . Всего в мире выявлено более 300 месторождений титановых минералов, в т. ч. 70 магматических (69% мировых запасов), 10 в корах выветривания (около 10% запасов) и более 230 россыпных (20%). Мировые запасы титана содержатся в ильмените (более 82%), анатазе (менее 12%) и рутиле (6%). Россыпи получили наибольшее промышленное значение и являются наиболее вовлеченными в коммерческую эксплуатацию источниками рутилового сырья и примерно половины ильменитового. В настоящее время, в мире эксплуатируются два коренных месторождения ильменита в Канаде и Норвегии с содержанием диоксида титана соответственно 26 и 18%.

Запасы и ресурсы титана

Мировые запасы и база запасов титановых минералов на конец 2006г., по оценке Геологической службы США (вероятно, базируется на коммерческих запасах), характеризовались следующими данными (млн. тонн, по содержанию TiO2):

Тип сырья и страна	Ильменит
Тип сырья и страна		База запасов	База запасов


Австралия*


Норвегия


Мозамбик

Бразилия

Сьерра-Леоне

*Наиболее крупными эксплуатируемыми месторождениями являются прибрежные россыпи, содержащие титан, цирконий и редкоземельные элементы, расположенные вдоль берегов Индии, Бангладеш, Шри-Ланки, Вьетнама, Австралии, Новой Зеландии.

**Большинство месторождений в Китае относятся к магматическим рудам и являются источником титана и железа.

Производство концентратов ильменита и рутила из титана

96% объемов производства ильменитового концентрата в 2005-2006гг. было сосредоточено в 10 странах, три из которых обеспечили около 70% мирового производства: это Австралия (45%), Норвегия (13%) и Украина (12%). В 2005г в мире было выпущено 4,8 млн. тонн, в пересчете на двуокись титана, ильменитового концентрата (включая рутил США). Австралия является также единственным крупным продуцентом лейкоксенового концентрата, выпуск которого составил 57 тыс. тонн.

Производство рутилового концентрата в 2005-2006гг. велось в шести странах, около 90% его произведено в трёх из них: Австралии (44%), ЮАР (30%) и Украине (15%). Всего в мире в 2005г. было выпущено 360 тыс. тонн рутилового концентрата, в пересчете на двуокись титана (без рутила США).

Продукты переработки титановых концентратов

Кроме ильменитового, рутилового, лейкоксенового и анатазового концентратов, коммерческими видами титановой продукции являются титановые шлаки, синтетический рутил, диоксид титана, губчатый титан, компактный (металлический) титан, полуфабрикаты из сплавов титана. Основными продуктами переработки ильменитовых и рутиловых концентратов являются титановые шлаки и диоксид титана (постепенно вытесняет прочие пигменты), который затем используется в лакокрасочной промышленности, производстве бумаги, пластмасс, резинотехнических изделий и пр. Производство диоксида титана осуществляется двумя способами: сульфатным, основанным на разложении ильменитовых концентратов, содержащих 45-56% TiO2, или титановых шлаков с содержанием 75-80% TiO2 серной кислотой с последующим переводом сульфатов титана в диоксид. Хлоридный, более экономичный, способ заключается в хлорировании природных рутиловых концентратов, синтетического рутила или титановых шлаков с содержанием TiO2 равным и большим 85%, а также специальных шлаков, прошедших дополнительную обработку и содержащих более 92% TiO2, и получении тетрахлорида титана с последующим его окислением в диоксид титана.

Металлический титан производится из рутиловых концентратов, синтетического рутила и титановых шлаков, иногда из технического диоксида титана, полученного сульфатным способом. Из этого сырья хлорированием получают тетрахлорид титана, который подвергают магние - или натриетермическому восстановлению до металлического титана в виде губки (процесс происходит при температуре 750-850 (C), значительно ниже температуры плавления титана (1668 (C)). Компактный (металлический) титан получают дуговой вакуумной плавкой титановой губки. Металлический титан находит все большее применение как конструкционный материал в авиа -, ракето -, кораблестроении и других отраслях машиностроения, благодаря своим свойствам: легкости, тугоплавкости, ковкости, вязкости, коррозионностойкости. В последние годы сфера применения расширяется: из титановых сплавов производятся профессиональное спортивное снаряжение, медицинское оборудование и пр.

Титановые рынки

Региональные рынки конечного применения титана весьма различаются - наиболее ярким примером своеобразия является Япония, где на гражданский авиакосмический сектор приходится всего 2-3% при использовании 30% от общего потребления титана в оборудовании и конструкционных элементах химических заводов. Примерно 20% от общего спроса в Японии приходится на атомнуюэнергетику и на электростанции на твёрдом топливе, остальная доля приходится на архитектуру, медицину и спорт. Противоположная картина наблюдается в США и Европе, где исключительно большое значение имеет потребление в аэрокосмическом секторе - 60-75% и 50-60% для каждого региона соответственно. В США традиционно сильными конечными рынками являются химическая промышленность, медицинское оборудование, промышленное оборудование, в то время как в Европе наибольшая доля приходится на нефтегазовую промышленность и строительную промышленность.Сильная зависимость от аэрокосмической отрасли была давним предметом беспокойства титановой промышленности, которая пытается расширить области применения титана, что особенно актуально в условиях текущего спада в гражданской авиации в мировом масштабе.По данным Геологической службы США в первом квартале 2003 года произошёл значительный спад импорта титановой губки - всего лишь 1319 тонн, что на 62% меньше 3431 тонн за аналогичный период 2002 года.

Российский производитель титана ВСМПО-АВИСМА

1 июля1933 года в Подмосковье был пущен завод № 45. С этого дня начинается отсчет истории Верхнесалдинского металлургического производственного объединения (ВСМПО). Предприятие должно было стать основным поставщиком полуфабрикатов из алюминия и его сплавов для зарождавшегося советского самолетостроения. Это была главная задача. Но кроме этого заводу отводилась роль научной базы, где разрабатывались новые сплавы. Например, для изготовления силовых элементов скоростного бомбардировщика АНТ-40 был создан сплав повышенной прочности М-95. А в 1935 году освоены ковкие алюминиевые сплавы АК 5 и АК 6.

Великая Отечественная война резко нарушила привычный ритм работы. В октябре 1941 года Государственный комитет обороны СССР постановил полностью эвакуировать завод в Свердловскую область, в город Верхняя Салда. В тех же цехах бывшей верхнесалдинской «Стальконструкции» разместился завод № 519 Наркомата цветной металлургии, оборудование которого прибыло из Кольчугино и с двух ленинградских предприятий. Новаторские традиции подмосковных алюминщиков были перенесены на уральскую землю. Уже в декабре 1941-го, буквально полтора месяца спустя после постановления об эвакуации, завод выдал первую продукцию на новом месте.

Весной 1942 года производство алюминиевых деталей уже вышло на довоенный уровень, а в 1943 году проектная мощность предприятия была перекрыта в 6 раз! Потребности советского авиастроения были удовлетворены полностью. Помимо этого производимые в Верхней Салде полуфабрикаты широко использовались в судо- и танкостроении, производстве боеприпасов и вооружения.

Стремительное развитие передовых технологий в послевоенный период потребовало применения новых материалов. Решением Совета министров СССР от 21 июня 1956 года заводу была поставлена историческая задача: начать крупносерийное производство слитков и полуфабрикатов из титановых сплавов. В феврале 1957 года из заводских печей вышел первый титановый слиток диаметром 100 мм и весом 4 кг. Этот небольшой металлический цилиндр стал первой ступенькой к восхождению будущего ВСМПО-АВИСМА на мировой титановый Олимп. Мы стали вторыми в мире, сумевшими начать производство «космического металла». США опередили нас на 9 лет. Но с этого исторического момента начала отсчет новая эра производства ВСМПО – титановая.

Генеральный директор корпорации ВСМПО-АВИСМА Владислав Тетюхин, участник первой титановой плавки на заводе, отмечает: «Говоря о начале промышленного освоения производства титана, мы отдаем дань уважения и признательности первопроходцам и основателям высокотехнологичной отрасли нашей страны, которая сегодня позволяет вести на равных диалог с руководителями самых представительных фирм и компаний в области мирового самолетостроения. Более того, они протягивают нам руку сотрудничества и готовы к совместному продвижению вперед самых грандиозных проектов».

В маленьком уральском городке Верхняя Салда должно было производиться порядка 80% всего титанового проката Советского Союза. Такое решение приняло Министерство авиапромышленности СССР.

Предприятие стало одним из крупнейших в мире производителей слитков и большинства видов проката из титановых сплавов. Все авиакосмические проекты в нашей стране проходили с его участием. До 75% титановой продукции и до 95% изделий из алюминиевых сплавов направлялись для авиационно-космического комплекса и оборонных отраслей промышленности.

Объединение в содружестве со специалистами ВИЛСа, ВИАМа, с КБ самолетостроительных и двигателестроительных заводов создавало изделия для критических узлов всех отечественных авиадвигателей, а также для планеров и шасси самолетов и вертолетов: ИЛ-76, ИЛ-86, ИЛ-114, Ту-204, Ту-160, АН-124 («Руслан»), АН-225 («Мрия»), АН-22 («Антей»), Су-27, МиГ-29, Ми-26, ИЛ-96-300, АН-70, МиГ-31 и других. ВСМПО участвовало в научно-технических разработках стыковочного узла космического комплекса «Союз-Аполлон», в корабле многоразового использования «Буран», в ракетоносителе «Энергия».

В 1982 году предприятие стало называться ВСМПО – Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение. Продолжает развиваться титановое производство, поставившее в конце восьмидесятых абсолютный мировой рекорд ежегодного производства слитков – свыше 100 тыс. тонн.

ВСМПО производит изделия и детали для авиаракетостроения и для оборонной промышленности, это предприятие использует титановую губку высокого качества и к продукции ОАО «АВИСМА» предъявляет соответствующие требования. Однако на мировом рынке «продвинутого» титанового передела продукция ВСМПО пока практически неконкурентоспособна, так что объединению, по сути, приходится ограничиваться поставками полуфабрикатов. Металлургические же предприятия используют в своём производстве губчатый титан низших марок. Отношения «Ависмы» и ВСМПО осложняются желанием верхнесалдинцев, как основных владельцев березниковского предприятия, покупать губку по фиксированнму курсу доллара, на много меньше установленного ЦБ РФ.

В США самыми крупными потребителями российской губки являются компании RMI Titanium, которая в недавнем прошлом оставила своё производство губчатого титана из-за экологической вредности производства, Axel Johnson, Wyman-Gordon, Titanium Heart Technologies. Американские потребители титановой губки составляют 30% от мировых потребителей губчатого титана. Если в 1996 году мировой лидер самолётостроения, американская компания Boeing, выпустила 220 самолётов, то в 1997 году - 340, а в 1998 году планирует довести производство до 43 лайнеров в месяц. Причём, если на самолёте Boeing 747 масса деталей и узлов из титановых сплавов составляет около 4,5 тонны, то на новейшей 777-й модели, по некоторым оценкам, от 40 до 45 тонн! Предполагается, что потребности в титане одной только корпорации Boeing в 1998 году достигнут 12 тыс. тонн. Растет потребление титана и в такой экзотической сфере применения, как изготовление клюшек для гольфа. В 1996 году на долю гольф-клубов приходилось 11% общего объёма потребления металлического титана в США.

Титан как элемент открыт в 1791 г. Его промышленное производство началось в 50-х годах XX века и получило быстрое развитие. Титановые сплавы имеют наиболее высокую удельную прочность среди всех металлических материалов, а также высокую жаропрочность и коррозионную стойкость и находят все более широкое применение в авиационной технике, химическом машиностроении и других областях техники. Титан используют для легирования сталей. Двуокись титана TiO 2 используют для производства титановых белил и эмалей; карбид титана TiC - для особо твердых инструментальных сплавов.

Титан по распространению в природе занимает четвертое место среди металлов и входит в состав более чем 70 минералов. К основным промышленным титаносодержащим минералам относятся рутил (более 90% ТiO 2) и ильменит TiO 2 -FeO (60%TiO 2). Ильменит входит в состав титаномагнетитов - его смеси с магнитным железняком; они содержат до 20% ТiO 2 . К перспективным рудам относятся сфен CaO-SiO 2 -TiO2 (32-42% TiO 2) и перовскит СаО- TiO (60% ТiO 2).

Сырьем для получения титана являются титаномагнетитовые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий 40 ... 45 % ТiO 2 , -30 % FеО, 20 % Fе 2 О 3 и 5 ... 7 % пустой породы. Название этот концентрат получил по наличию в нем минерала ильменита FеО-ТiO 2 .

Ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углем, антрацитом, где оксиды железа и титана восстанавливаются. Образующееся железо науглероживается, и получается чугун, а низшие оксиды титана переходят в шлак. Чугун и шлак - разливают отдельно в изложницы. Основной продукт этого процесса - титановый шлак - содержит 80 ... 90 % ТiO 2 , 2 ... 5 % FеО и примеси SiO 2 , А1 2 О 3 , СаО и др. Побочный продукт этого процесса - чугун - используют в металлургическом производстве.

Полученный титановый шлак подвергают хлорированию в специальных печах. В нижней части печи располагают угольную насадку, нагревающуюся при пропус-кании через нее электрического тока. В печь подают брикеты титанового шлака, а через фурмы внутрь печи - хлор. При температуре 800 ... 1250 °С в присутствии углерода образуется четыреххлористый титан, а также хлориды СаС1 2> МgС1 2 и др.:

ТiO 2 + 2С + 2С1 2 = ТiСl + 2СО.

Четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов благодаря различию температуры кипения этих хлоридов методом ректификации в специальиых установках.

Титан из четыреххлористого титана восстанавливают в реакторах при температуре 950 ... 1000 °С. В реактор загружают чушковый магний; после откачки воздуха и заполнения полости реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористый титан. Между жидким магнием и четыреххлористым титаном происходит реакция

ТiС1 2 = Тi + 2МgС1 2 .

Производство титана является технически сложным процессом. Двуокись титана TiO 2 - химически прочное соединение. Металлический титан (t ПЛ = 1725 °С), обладает большой активностью. Он бурно реагирует с азотом при температуре 500-600 °С и кислородом воздуха при 1200-1300 °С, поглощает водород, взаимодействует с углеродом и т. д. Наиболее широкое распространение получил магниетермический способ, осуществляемый по следующей технологической схеме: титановая руда ® обогащение ® плавка на титановый шлак ® получение четыреххлористого титана TiCl 4 ® восстановление титана магнием.

Обогащение титановых руд. Титаномагнетиты и другие бедные руды обогащают электромагнитным и другими способами, получая концентрат, содержащий до 50 % TiO 2 и около 35 % Fe 2 O 3 и FeO.

Плавку на титановый шлак проводят в электродуговой печи. Шихтой служат прессованные брикеты, состоящие из мелкоизмельченного концентрата, антрацита или угля и связующего (сульфитный щелок). В результате плавки получают богатый титановый шлак, содержащий до 80 % TiO 2 . Побочным продуктом является чугун, содержащий до 0,5 % Ti. Измельченный шлак подвергают магнитной сепарации (для удаления железосодержащих частиц), смешивают с мелким нефтяным коксом и связующим и спрессовывают в брикеты. После обжига при 700-800 °С брикеты направляют на хлорирование.

Получение четыреххлористого титана TiCl 4 в герметизированных электрических печах представлено на рис. 2.9.

Нижнюю часть печи заполняют угольной (графитовой) насадкой, которая служит электрическим сопротивлением и нагревается при пропускании электрического тока. В реакционной зоне печи выше уровня угольной насадки развивается температура 800…850 °С. При хлорировании образуется четыреххлористый титан по реакции TiO 2 +2C-T2Cl 2 =TiCl 4 +2CO. Пары четыреххлористого титана находятся в паро-газовой смеси, содержащей SiCl 4 и другие хлориды; СО, С1 2 и другие газы.

Ее очищают от твердых частиц и охлаждают в конденсаторах, в результате чего получают жидкий четыреххлористый титан. Для более полной очистки от твердых частиц конденсат отстаивают и фильтруют.

Четыреххлористый титан отделяют от других хлоридов путем ректификации конденсата, основанной на различии температур кипения различных хлоридов. Жидкий четыреххлористый титан направляют на восстановление.

В настоящее время для получения четыреххлористого титана начинают применять другие способы хлорирования: в хлоратоpax непрерывного действия, в солевом расплаве; перспективным является хлорирование в кипящем слое.

Восстановление титана магнием из TiCl 4 проводят в герметичных реакторах (ретортах) из нержавеющей стали, установленных в электрических печах сопротивления. После установки в печь из реторты откачивают воздух и заполняют ее очищенным аргоном; после нагрева до температуры 700° С заливают расплавленный магний и начинают подачу жидкого TiCl 4 . Титан восстанавливается магнием по реакции TiCl 4 +2Mg=Ti+2MgCl 2 . Эта реакция сопровождается выделением большого количества тепла и в реакторе поддерживается необходимая температура 800…900 °С без дополнительного нагрева за счет регулирования скорости подачи TiCl 4 . Частицы восстановленного титана спекаются в пористую массу (титановая губка), пропитанную магнием и хлористым магнием. Расплав хлористого магния периодически удаляют через патрубок в дне реактора. В промышленных реакторах (емкостью до 2 т) получают титановую губку, содержащую до 60% Ti, 30 °/o Mg и 10 % MgCl 2.

Рафинирование титановой губки производят методом вакуумной дистилляции. Крышку охладившейся реторты снимают и вместо нее устанавливают водоохлаждаемый конденсатор; затем реторту снова устанавливают в печь. Дистилляция проводится при 950…1000 °С и вакууме около 10 -3 мм рт. ст. Примеси титановой губки Mg и MgCl 2 расплавляются, частично испаряются и затем выделяются в конденсаторах. Получаемый оборотный магний возвращается в производство, MgCl 2 используют для производства магния.

Получение титановых слитков . Титановые слитки получают переплавкой титановой губки в вакуумных электрических дуговых печах. Расходуемый электрод изготавливают прессованием из измельченной титановой губки. Электрическая дуга горит между расходуемым электродом и ванной расплавленного металла, постепенно заполняющего изложницу, затвердевающего и образующего слиток.

Наличие вакуума предохраняет металл от окисления и способствует его очистке от поглощенных газов и примесей.

Для получения слитков может быть использована дробленая титановая губка, загружаемая в печь дозатором. В этом случае дуга горит между расплавленным металлом и графитовым электродом, поднимаемым по мере заполнения изложницы металлом.

Для обеспечения высокого качества слитков плавку повторяют два раза. При второй плавке расходуемым электродом служит слиток, полученный при первой плавке.

Титановые сплавы выплавляют в электрических дуговых вакуумных печах, аналогичных применяемым для переплавки титановой губки. В качестве шихтовых материалов используют титановую губку и легирующие элементы в соответствии с заданным химическим составом сплава. Из шихты прессованием при 280….330 °С изготавливают переплавляемый (расходуемый) электрод. Плавку ведут в вакууме или в атмосфере аргона. Перед началом плавки на поддон в качестве затравки насыпают слой стружки из сплава такого же состава. Для более равномерного распределения легирующих элементов в сплаве полученный слиток переплавляют вторично.

Натриетермический способ получения титана отличается от магниетермического тем, что титан из TiCl 4 восстанавливают металлическим натрием. Этот процесс проводят при относительно невысокой температуре, и титан в меньшей степени загрязняется примесями. Вместе с тем натриетермический способ технически более сложен.

Кальциееидридный способ основан на том, что при взаимодействии двуокиси титана TiO 2 с гидридом кальция СаН 2 образуется гидрид титана ТiH2, из которого затем выделяется металлический титан. Недостаток этого способа состоит в том, что получаемый титан сильно загрязнен примесями.

Иодидный способ применяют для получения небольших количеств титана очень высокой чистоты, до 99,99%. Он основан на реакции Ti+2I 2 « TiI 4 , которая при 100 …200 °С идет слева направо (образование Til 4), при 1300…1400 °С -в обратном направлении (разложение ТiI 4).

Рафинируемую титановую губку помещают в реторту и нагревают до 100…200 °С; внутрь реторты вводят и разбивают ампулу с йодом, взаимодействующим с титаном по реакции Ti+2I 2 ® TiI 4 . Разложение TiI 4 ® Ti+2I 2 и выделение титана происходит на титановых проволоках, натянутых в реторте, нагретых до 1300… 1400 °С пропусканием тока.

Другое