Кто производит титан в мире. Экспорт титана из России: Россия была и останется в числе лидеров. Импортеры титановой продукции

Производство титана и его сплавов: особенности технологического процесса

Кто производит титан в мире. Экспорт титана из России: Россия была и останется в числе лидеров. Импортеры титановой продукции

Титан 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 его свойства и область применения изделий.

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:

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.

Также:

  • 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:

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-никелевых 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.

Рынок производства титана достаточно закрытый. Как правило, страны, производящие большое количество металла, сами же и являются его потребителями.

В России самой большой и едва ли не единственной компанией, занимающейся получением титана, является «ВСМПО-Ависма». Она считается крупнейшим изготовителем металла, но это не совсем верно. Компания производит пятую часть титана, однако мировое потребление его выглядит иначе: около 5% расходуется на изделия и приготовление сплавов, а 95% – на получение диоксида.

Итак, производство титана в мире по странам:

  • Ведущей страной-производителем является Китай. Страна обладает максимальными запасами титановых руд. Из 18 известных заводов по получению титановой губки 9 расположены в Китае.
  • Второе место занимает Япония. Интересно, что в стране на авиакосмический сектор уходит только 2–3% металла, а остальной используется в химической промышленности.
  • Третье место в мире по производству титана занимает Россия и ее многочисленные заводы. Затем следует Казахстан.
  • США – следующая в списке страна-производитель, расходует титан традиционным образом: 60–75% титана использует авиакосмическая промышленность.

Производство титана – процесс технологически сложный, дорогостоящий и длительный. Однако потребности в этом материале настолько велики, что прогнозируется изрядное увеличение выплавки металла.

О том, как происходит резка титана на одном из производств в России, расскажет это видео:

Источник: http://stroyres.net/metallicheskie/vidyi/tsvetnyie/titan/proizvodstvo-osobennosti-protsessa.html

В минприроды посчитали, сколько в россии титана

Кто производит титан в мире. Экспорт титана из России: Россия была и останется в числе лидеров. Импортеры титановой продукции

Запасы TiO2, что заключены в недрах России, превышают 600 млн т. На отечественном сырье работает единственно Соликамский магниевый завод. Ведущие предприятия по выпуску губчатого титана и пигментного диоксида титана полностью зависят от импортного сырья.

Титан ‒ один из важнейших конструкционных материалов. Он сочетает в себе прочность, твердость и легкость. Правда, процесс его получения легким не назовешь. К тому же, он еще и дорогостоящий. Начало его использования пришлось на 50-е годы прошлого века.

Развал Союза нанес непоправимый ущерб титановой отрасли.

О современном ее состоянии, о том, сколько в России титана, мы узнаем, обратившись к последнему госдокладу Министерства природных ресурсов и экологии РФ о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов.

Экскурс в историю

Этот металл уверенно держит 7 место по распространенности в природе. То, что мы сегодня называем титаном, было открыто в конце 18 века. Первооткрыватели Уильям Грегор (Англия) и Мартин Клапрот (Германия) имели дело с его диоксидом – минералом под названием «рутил». Титан 99,9%-ной чистоты впервые получен был в 1925 г.

Хотя существует работа российского химика Д.К. Кириллова, подтверждающая, что этот металл в чистом виде был впервые получен именно им еще в 1875 году.

Состав и характеристики металла

Чистый TiO2 тверже алюминия в 12 раз, железа и меди – в 4 раза. Зато титановая пластина весит наполовину меньше стальной при одинаковой прочности.

Преимущественно мы имеем дело с оксидами, титанатами и титаносиликатами. В двуокисях содержится 94–99% вещества. Это максимум.

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

Его особенности:

  1. При эксплуатации титановых изделий, как правило, работают с α-фазой, а при плавке – с β-модификацией.
  2. Коэффициент его упругости и магнитная восприимчивость зависят от направления.
  3. Свойства металла зависят от его чистоты. Примеси влияют на жаростойкость.

Материал в тему! Какие бывают пробы золота.

Титановая отрасль Советской России

В СССР к 1990 году уже была создана целая титановая индустрия, крупнейшая в мире. Объем производства металла и его сплавов превышал уровень производства США, Японии, Англии, Германии, Франции и Китая вместе взятых.

Рис. 1. Титановый рудный узел, обнаруженный на территории Пензенской, Рязанской, Тамбовской областей и Республики Мордовия

Трудился союзный народно-хозяйственный комплекс, в котором РСФСР – не самая большая часть:

  • 40% производства титановой губки;
  • титановые слитки и полуфабрикаты.

Добыча и обогащение титансодержащих руд были сосредоточены на Украине.

С распадом СССР новая Россия осталась без собственных источников титанового сырья. А ведь именно РФ потребляла 75% металла и его сплавов.

Пришлось решать проблему создания собственной сырьевой базы, вовлечь в эксплуатацию новые месторождения.  Даже появилось правительственное распоряжение № 892-р, которым утверждалась ФЦП 1993-2002 гг. по сохранению и развитию титанового производства в России.

За первые десять лет существования новой России (в период до 2010 г.) запасы TiO2 выросли в 1,5 раза – разведаны и поставлены на учет месторождений Чинейское, Юго-Восточная Гремяха, а также ряд россыпных.

Запасы полезного ископаемого в РФ

По состоянию на 1 января 2018 года, запасы диоксида титана, что заключены в недрах России, превышают 600 млн т.

Таблица. 1. TiO2 по категориям, млн тонн

Запасы – всегоВ том числе категории
А+В+С1С2
2008490,7173,3317,4
2009540,4212,9327,5
2010542,0212,8329,2
2011563,5232,6330,9
2012569,2238,3330,9
2013591,4254,7336,7
2014592,2254,2338,0
2015600,4261,4339,0
2016600,2260,9339,3
2017601,2260,8340,4

Источник: Минприроды РФ

Значительная часть запасов в разрабатываемых, осваиваемых и разведываемых месторождениях представлена труднообогатимыми рудами. Именно поэтому доля России в мировом производстве в концентратах составляет всего 0,4%. 

Рис. 2. Доля РФ в мировых ресурсах, запасах и производстве TiO2, %

В России из титановых концентратов производят губчатый титан. Его перерабатывают в слитки и продукцию из сплавов.

А из произведенного пигментного диоксида титана делают покрытия сварочных электродов и сварочную проволоку. Только Соликамский магниевый завод работает на отечественном сырье.

Ведущие предприятия по выпуску губчатого титана и пигментного диоксида титана полностью зависят от импорта.

При этом Россия поставляет Штатам титан, необходимый для производства самолетов и прочей авиатехники, и пока воздерживается от контрсанкционных мер.

Таблица 2. Использование сырьевой базы TiO2 РФ в 2016-2017 гг., тыс. т

Показатель20162017
Добыча368369
Титановые концентраты
производство40,610
экспорт72,30,8
импорт237,7270,6
Губчатый титан
производство38,940,0
экспорт7,47,3
импорт
Пигментный диоксид титана
производство7570
экспорт38,340,6
импорт43,147,8
Титановый прокат
производство28,830
экспорт12,215,2
импорт

Источник: Минприроды РФ

Госбаланс запасов полезных ископаемых РФ учитывает всего 35 месторождений, из них 19 ‒ коренных и 16 ‒ россыпных. В распределенном фонде недр их 19. В них заключено 196,7 млн т диоксида титана. Это треть запасов страны.

Остаются нелицензированными:

  • Юго-Восточная Гремяха;
  • Кручининское;
  • Бешпагирское (его Камбулатский и Константиновский участки считаются весьма перспективными для освоения).

Таблица 3. Запасы TiO2 распределенного и нераспределенного фондов

МесторожденияРегионПредприятияЗапасы млн. т (А+В+С1/С2)Доля в запасах России, %
ЯрегскоеРеспублика КомиОАО «Ярега Руда»

ООО «Лукойл Коми»

66,8/211,846,4
МедведевскоеЧелябинская областьООО «Медведевский ГОК»20,9/9,55
Большой СэйимАмурская областьООО «Уралмайнинг»20,8/1,73,7
ЛовозерскоеМурманская областьООО «Ловозерский ГОК»3,1/5,31,4
ЦентральноеТамбовская областьООО «ГПК «Титан»6,4/01,1
ТуганскоеТомская областьАО «Туганский ГОК «Ильменит»2,5/00,4
Юго-Восточная ГремяхаМурманская областьНераспределенный фонд39,7/10,18,3
КруининскоеЗабайкальский край24,8/25,28,3
БешпагирскоеСтавропольский край0,4/0,10,1

Источник: Минприроды РФ

Коренные месторождения доминируют в структуре минерально-сырьевой базы российского титана. В них заключено 97% запасов, только в Ярегском нефтетитановом – 46%.

Коренные месторождения:

  • Большой Сейим и Куранахское, Амурская обл.;
  • Юго-Восточная Гремяха, Мурманская обл.;
  • Ярегское, Республика Коми.

С рассыпными объектами связано всего 3% запасов. Расположены они в пределах Восточно-Европейской и Западно-Сибирской россыпной провинций.

Россыпные месторождения:

  • Бешпагирское, Ставропольский край;
  • Лукояновское Нижегородская область;
  • Центральное, Тамбовская обл.;
  • Георгиевское и Туганское, Томская обл.;
  • Ордынское, Новосибирская обл.;
  • Тарское, Омская обл.

Рис. 3. Схема размещения основных месторождений TiO2 России

! Топ-5 самых дорогих металлов в мире

О создании в России производства диоксида титана в видеосюжете:

Источник: https://yakapitalist.ru/finansy/skolko-v-rossii-titana/

Законный совет
Добавить комментарий