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.

Популярные изготовители

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:

Что такое титановая руда?

Она представляет собой весьма ценный ресурс. Особенно справедливо данное высказывание для WoW до выхода в свет обновления под названием Cataclysm. Титановая руда до этого момента имела огромное значение практически для любого персонажа данной игры. Дело в том, что она необходима для создания так называемой титановой стали. Такой материал широко используется для получения уникальных по своим характеристикам предметов, в том числе и по-настоящему могущественных.

Как можно получить титановую руду?

На самом деле, имеется сразу несколько способов того, как это сделать. Наиболее простым, видимо, является приобретение подобного материала с рук у других персонажей в WoW. Титановая руда в данном случае может обойтись очень дорого. Её цена целиком и полностью будет зависеть от конкретного сервера. Чем больше игроков на нём, тем обычно ниже стоимость всех продаваемых ресурсов. Кроме этого на аукционе также можно отыскать данный минерал. Руда титана при этом стоит примерно столько же, сколько и при покупке с рук. Наиболее сложным и длительным, но зато экономичным способом получения этого важного минерала является собственноручная его добыча. Для того чтобы научиться получать её из месторождений, придётся изрядно напрячься, ведь для начала необходимо прокачать свой навык горного дела до достаточно высокого уровня. На это может уйти далеко не один день, поэтому рекомендуется брать эту профессию вместе с дополнительной ещё на начальных уровнях. Так процесс прокачки будет значительно проще и быстротечнее.

Где лучше всего добывать титановую руду?

В начальных локациях "Нордскола" подобный материал встречается очень и очень редко. Учитывая достаточно высокую конкуренцию пользователей, добыть титановую руду здесь практически невозможно. Самыми богатыми этим металлом являются такие локации, как "Ледяная Корона", а также "Низина Шолозар". Здесь титановая руда встречается действительно часто, особенно, если сравнивать с прочими локациями.

Как быстро добыть большое количество этого материала?

Слишком уж оперативно собрать полные сумки данной руды не получится. Дело в том, что она нужна многим и встречается хоть и в достаточном количестве в определённых локациях, но, облетев все месторождение в лучшем случае удастся собрать только несколько полных её "пачек". Для того чтобы добыть достаточно много этого ресурса, необходимо для начала разработать подробный маршрут полёта. Естественно, что при этом надо переключить режим поиска на "минералы". Титановая руда обычно располагается по периметру локаций, а также возле горных массивов. Что касается "Низины Шолозар", то её сначала следует облететь по краям, а затем пересечь через большое озеро слева, глубокую впадину с распорядителем полётов посередине и горную гряду справа. Именно так удастся собрать максимальное количество титановой руды. Примерно так же будет выглядеть маршрут полёта и по "Ледяной Короне", с той лишь разницей, что средину локации следует исследовать вдоль стен и очень внимательным нужно быть возле центральной горы, так как там данный минерал встречается наиболе часто.

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.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка диоксида титана можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков