Bài giảng Luyện titan - Huỳnh Công Khanh

 – nhỏ hơn 20,2. Bằng cách thay đổi cường độ từ trường, cĩ thể tách manhetit khỏi inmenit, tách inmenit khỏi rutin.Khoáng vật Công thức hóa học Hàm lượng TiO2, % Tỷ trọng, g/cm3 Rutin (biến thể khác - anataz và brukit)InmenitPerovskitSfen TiO2FeO.TiO2CaTiO3CaO.TiO2.SiO2 90 -9552,6658,738,8 4,18 – 4,284,56 – 5,213,95-4,043,4 - 3,56 Thành phần hĩa học một số loại tinh quặng titan Tinh quặng TiO2 Fe2O3 FeO SiO2 Al2O3 Cr2O3 MgO CaO V2O5 ZrO2 RutinRutin-inmenitInmenit 93,250,7842,0 -12,013,8 1,8 Fe tổng33,232,9 2,01,333,50 1,171,472,75 0,27-- -0,602,80 0,22Vết0,77 0,110,880,25 2,5-- Sản phẩm chế biến từ tinh quặng titanTitan clorua (TiCl4): là loại chất lỏng trong suốt, khơng màu (hay cĩ màu vàng nhạt), để sản xuất titan kim loại và titan oxitTitan oxit (TiO2):Các loại sắc tố titan chứa từ 94 đến 98,5% TiO2 và các tạp chất oxit (ZnO, Al2O3, SiO2, đơi khi Sb2O3), cĩ cấu trúc và tính chất hố lý khác nhau. Một loại sắc tố cĩ cấu trúc rutin (hệ chính phương a = 0,4594 mm; c = 0,2958 mm), cịn loại khác – anataz (hệ chính phương a = 0,3785 mm; c = 0,9514 mm). Độ hạt của sắc tố TiO2 cần  1 m.Đối với TiO2 dùng trong luyện kim thì chỉ cần yêu cầu về thành phần hĩa học, cịn cấu trúc của nĩ khơng quan trọng. Ferotitan nhận được từ tinh quặng inmenit bằng phương pháp nhiệt nhơm trong lị điện. Hợp kim chứa 25-30% Ti; 5-8% Al; 3-4,5% Si; cịn lại là sắt.Sơ đồ tổng quát sản xuất TiCl2 và TiO2từ tinh quặng inmenitNấu hồn nguyên inmenit (luyện xỉ titan)Hồn nguyên tinh quặng để tách sắt. Sản phẩm của quá trình này là xỉ titan và gang.Trong cơng nghiệp, việc luyện xỉ titan thường tiến hành trong lị điện hồ quang bapha, cơng suất khoảng 5000 –20.000 kVA Khi luyện xỉ titan, phản ứng xảy ra trong lị rất phức tạp. Cĩ thể nêu một số phản ứng chính như sau:Nhiệt độ đạt đến 1240oC:	 FeTiO3 + C = Fe + TiO2 + CO (8.1)	 3TiO2 + C = Ti3O5 + CO (8.2)Ở vùng nhiệt độ 1270-1400oC:	 2Ti3O5 + C = 3Ti2O3 + CO (8.3)Ở vùng nhiệt độ 1400-1600oC:	 Ti2O3 + C = 2TiO + CO (8.4)Kết quả là trong quá trình luyện sẽ tạo thành các hợp chất phức tạp chủ yếu là anoxovit cĩ thành phần chính là dung dịch rắn trên cơ sở oxit trung gian Ti3O5. Thành phần của anoxovit cĩ thể viết theo cơng thức chung như sau:	 m[(Mg, Fe, Ti)O.2TiO2].n[(Fe, Al, Ti)2O3.TiO2]Ngồi anoxovit, trong xỉ titan cịn chứa một số hợp chất của oxit – cacbua – nitrua [Ti (C, O, N)] dưới dạng dung dịch rắn của TiC, TiN, TiO cĩ mạng tinh thể giống nhau.Lị điện hồ quang để nấu nấu xỉ titan Hình 8.2. Lị điện hồ quang để nấu nấu xỉ titan 1- Vỏ lị; 2- Gạch chịu lửa (manhezit); 3- Điện cực; 4- má cấp điện; 5- Vịm lị làm nguội bằng nước; 6- Oáng thơng giĩ; 7- Bunke nạp liệu; Hệ thống treo và nâng hạ điện cực; 9- Oáng nạp liệu; 10- Lớp xỉ bám tường lị; 11- Xỉ; 12- Lỗ tháo; 13- gang Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất TiCl4Quá trình clorua hĩa thực hiện ở 700-1000oC. Titan oxit tác dụng với clo theo phản ứng: TiO2 + 2Cl2 = TiCl4 + O2; H 1000 K = 45,8 kcal, Go1000K = 30,4 kcal (8.5)hằng số cân bằng của phản ứng (8.5) bằng:	Theo phản ứng này . Vì vậy khi áp suất tổng bằng 0,1 MPa, áp suất riêng phần của clo bằng: Do đĩ: Từ đĩ tìm được áp suất riêng phần của hơi TiCl4 đối với phản ứng clorua hĩa titan oxit bằng 47,8 Pa, điều này tương ứng với nồng độ của TiCl4 trong hỗn hợp hơi là ~0,05% (thể tích). Điều này cho thấy phản ứng xảy ra rất chậm.Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất TiCl4 khi cĩ cacbon tham giaTrong thực tế, để đạt được tốc độ và hiệu suất clorua hĩa cao ở 700-900oC, quá trình clorua hĩa tiến hành với sự tham gia của cacbon: 	 TiO2 + C + 2Cl2 =TiCl4 + CO2 (8.6) với H1000 K = -52,0 kcal và Go1000 k = -65,2 kcal Ngồi phản ứng (8.6), để tính thành phần pha khí cân bằng, cần tính đến phản ứng hĩa khí: 	CO2 + C ⇄2CO (8.7) và phản ứng tạo fosgen do tác dụng của khí CO và Cl2: 	CO + Cl2 ⇄COCl2 (8.8)Cĩ thể xác định được thành phần pha khí bằng cách giải hệ 5 phương trình. Trong đĩ 3 phương trình (8.6), (8.7), (8.8) thể hiện điều kiện cân bằng. Hai phương trình khác được rút ra từ cân bằng vật liệu và đẳng thức áp suất tổng bằng 0,1 Mpa: (8.9)Bảng 8.3 là kết qủa tính tốn thành phần pha khí cân bằng:Bảng 8.3. Thành phần cân bằng pha khí khi clorua hĩa TiO2 (cĩ mặt cacbon)Nhiệt độ Áp suất riêng phần, MPa CO CO2 TiCl4 Cl2 COCl2 600700800900 0,01700,04100,05880,0635 0,03720,01930,00590,0015 0,04570,03970,03530,0336 4,37.10-111,13.10-92,41.10-99,93.10-9 5,63.10-134,98.10-126,37.10-111,06.10-10 Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất TiCl4 từ xỉ titanSo với tốc độ clorua hĩa tinh quặng titan, ta thấy tốc độ clorua hĩa xỉ titan cao hơn, do trong xỉ titan cĩ nhiều loại titan oxit hĩa trị thấp (như TiO, Ti2O3, Ti3O5), và đơi khi chứa cả oxit-cacbua titan. Các hợp chất này ở 300-400oC đã tác dụng mạnh mẽ với clo kể cả khi khơng cĩ cacbon theo các phản ứng sau:	2TiO + 2Cl2 = TiCl4 + TiO2 (8.10)	 Go 1000 K = -131 kcal;	2Ti2O3 + 2Cl2 = TiCl4 + 3TiO2 (8.11)	 Go 1000 K = -107 kcal;	2Ti3O5 + 2Cl2 = TiCl4 + 5TiO2 (8.12)	 Go 1000 K = -103 kcal;Khi cĩ cacbon tham gia, đioxit titan tạo thành theo các phản ứng (8.10)(8.12) sẽ được clo hĩa mãnh liệt hơn rutin.Ngồi titan oxit, khi clorua hĩa các oxit tạp chất chứa trong nguyên liệu sẽ bị clorua hĩa và tạo ra các clorua. Theo xu hướng clorua hĩa, cĩ thể sắp xếp các oxit theo trật tự sau đây:K2O > Na2O > CaO > (MnO, FeO, MgO) > TiO2 > Al2O3 > SiO2Lưu trình cơng nghệ nhận TiCl4 từ xỉ titan trong lị đứngChuẩn bị liệu clorua hĩa trong lị đứngXỉ titan và cốc dầu mỏ đều qua xay nghiền đến cỡ hạt như sau: Xỉ titan: 80% qua sàng 0,1 mm; Cốc dầu mỏ: 80% qua sàng 0,15 mm.Chất dính cĩ thể là pec dầu than đá, pec dầu mỏ, nước bã giấy. Tỷ lệ chất dính phụ thuộc vào thể loại chất dính và điều kiện đĩng bánh. Liệu sau khi trộn, đĩng bánh (chẳng hạn với kích thước 50 x 40 x 35 mm), được đem sấy ở 120oC và cốc hĩa. Mục đích của sấy và cốc hĩa là khử ẩm, khử chất bốc, tăng độ bền của bánh liệu Sơ đồ lị đứng clorua hĩa vận hành liên tục Hình 8.4. Sơ đồ lị đứng clorua hĩa vận hành liên tục1. Cơn làm nguội bằng nước;2. Mắt giĩ cấp clo; 3. Ống gĩp clo;4. Thân lị clorua hĩa;5. Vịm cĩ nước làm nguội;6. Bunke; 7. Cấp liệu kiểu van trượt8. Hộp giảm tốc; 9. Động cơ điện;10. Thùng chứa bã; 11. Vít tháoClorua hĩa trong lị đứngLị cĩ dạng hình trụ trịn (đường kính trong 1,8 m; chiều cao 10 m). Theo chiều cao lị được chia thành 3 phần:Phần dưới cùng (cĩ nhiệt độ dưới 700oC) chứa bã, gồm các oxit khơng được clorua hĩa. Bã clorua hĩa cĩ thành phần như sau, %: 20-40 TiO2; 1,5-2,0 Fe2O3; 4-5 Al2O3; 8-15 SiO2; 0,5-0,7 CaO; 18-25 C. Phần dưới cùng của lị cịn chứa các muối clorua cĩ nhiệt độ sơi cao, thành phần chủ yếu của hỗn hợp muối nĩng chảy này như sau,%: 66-68 CaCl2; 33-35 MgCl2; 1,5-2,0 FeCl2; 0,5-1,0 MnCl2.Phần giữa lị là vùng phản ứng clorua hĩa, nhiệt độ vùng này cĩ thể lên tới 1100oC do các quá trình tỏa nhiệt. Việc clorua hĩa thường tiến hành ở 950-1000oC. Phía trên vùng clorua hĩa là vùng nung nĩng bánh liệu. Ở vùng này, bánh liệu được nung tới 700oC. Ở đây cũng xảy ra phản ứng trao đổi giữa TiCl4 với các oxit kim loại dễ clorua hĩa. Kết quả là tạo ra CaCl2, MgCl2, FeCl3,Lị clorua hĩa trong muối nĩng chảy Hình 8.5. Lị clorua hĩa trong muối nĩng chảy 1. Ống dẫn khí; 2. Vịm lị; 3. Cực điện graphit; 4. Ống thép để dẫn nhiệt ra; 5. Vỏ lị clorua hĩa; 6. Tường lị samơt; 7. Bunke chứa phối liệu; 8. Guồng xoắn cấp liệu; 9. Vách ngăn để tuần hồn muối nĩng chảy; 10. Mắt giĩ cấp liệu; 11 và 12. Điện cực graphit ở đáy; 13. Lỗ tháo muối nĩng chảy Clorua hĩa trong muối nĩng chảyQuá trình cơng nghệ như sau: Nghiền xỉ titan tới độ hạt 0,13 + 0,08 mm, và cốc dầu mỏ tới 0,2 + 0,13 mm; nạp vào lị nhờ máy cấp liệu ruột xoắn. Thành phần của hỗn hợp muối này chủ yếu gồm, %: KCl 72-76; NaCl 14-16; MgCl2 4-6. Clo cho vào từ phía dưới lị, qua ống giĩ. Nhiệt độ clorua hĩa 750-800oC. Chi phí clo: từ 40-60 m3/h trên 1 m3 dung dịch muối nĩng chảy. Chiều cao lớp dung dịch muối nĩng chảy: 3,0-3,2 m.Năng suất riêng của lị: > 10 t TiCl4/m2.ngày đêm.Trong quá trình clorua hĩa, các clorua khơng bay hơi (MgCl2, CaCl2, FeCl2 và FeCl3 dưới dạng phức KFeCl3 và KFeCl4) sẽ tích lũy lại trong hỗn hợp muối nĩng chảy. Định kỳ cần tháo một phần dung dịch đĩ và cho vào một lượng dung dịch muối nĩng chảy mới.Khi clorua hĩa trong muối nĩng chảy, hàm lượng CO2 trong pha khí cao [CO2 : CO = (1020) : 1], chứng tỏ, trong muối nĩng chảy tác dụng giữa khí CO2 với các hạt than cốc sẽ khơng thuận lợi.Sự cĩ mặt của sắt clorua trong dung dịch muối nĩng chảy sẽ làm tăng tốc độ clorua hĩa: 4FeCl3- + 2Cl2  4FeCl4- (8.13) 4FeCl4- + TiO2 + 2CO  TiCl4 + 4FeCl3- + 2CO2 (8.14)Sơ đồ hệ thống ngưng tụ Hình 8.6. Sơ đồ hệ thống ngưng tụ (các đường đứt đoạn chỉ đường tuần hồn chất tải nhiệt) 1- Các buồng thu bụi; 2- Thùng chứa clorua rắn; 3- Lọc túi vải; 4- Các thiết bị ngưng tụ; 5- Thiết bị làm lạnh bằng nước; 6- Bơm chìm; 7- Thiết bị làm lạnh đến –10oCThu bụi và ngưng tụHỗn hợp khí đi ra khỏi lị clorua hĩa cĩ thành phần phức tạp, gồm:Các chất khí (CO, CO2, Cl2, COCl2, N2, HCl);Các clorua cĩ nhiệt độ sơi thấp và trong điều kiện bình thường ở thể lỏng (TiCl4, SiCl4, VOCl3);Các clorua cĩ nhiệt độ sơi thấp và trong điều kiện bình thường ở thể rắn (FeCl3; AlCl3)Các clorua cĩ nhiệt độ sơi cao (CaCl2, MgCl2, FeCl2, KCl, NaCl). Các clorua cĩ nhiệt độ sơi cao bị dịng khí cuốn theo dưới dạng sương mù.Sơ đồ này bao gồm:Các buồng thu bụi để thu các clorua rắn; Lọc túi vải với các túi bằng vải thủy tinh để làm sạch thêm hỗn hợp khí-hơi nước khỏi các hạt bụi rắn; Hai thiết bị ngưng tụ, trong đĩ các clorua (TiCl4, SiCl4) được tưới bằng titan tetraclorua làm nguội, trong thiết bị ngưng tụ thứ hai, tetraclorua được làm nguội đến –10oC khi dùng để tưới. Sau đĩ, khi đi qua máy rửa, khí được tưới bằng nhũ vơi để thu một lượng khí clo, fosgen, hiđroclorua, rồi thải ra mơi trường. Làm sạch TiCl4 kỹ thuậtHàm lượng tạp chất trong TiCl4 kỹ thuật dao động trong các phạm vi sau, % (theo khối lượng): Si 0,01-0,3; Al 0,01-0,1; Fe 0,01-0,02; V 0,01-0,3; TiOCl2 0,04-0,5; COCl2 0,005-0,15; Cl 0,003-0,08; S 0,01-0,08.Ngồi các tạp chất trên, trong titan clorua thường chứa các tạp chất clorua niobi, tatan, crom và các tạp chất hữu cơ, ví dụ, các axetylclorua (CCl3COCl, CH2ClCOCl), hexaclorobenzen C6Cl6 v.vViệc làm sạch TiCl4 khỏi phần lớn các tạp chất dựa vào nguyên tắc của phương pháp tinh cất (các clorua cĩ nhiệt độ sơi khác nhau).Khử vanađiDùng bột đồng (hoặc bột nhơm) để hồn nguyên VOCl3 đến VOCl2 ít hịa tan trong titan tetraclorua. Quá trình hồn nguyên bằng bột đồng theo các phản ứng sau:	 Cu + TiCl4 = CuTiCl4 (8.15)	 CuTiCl4 + VOCl3 = VOCl2 + CuCl + TiCl4 (8.16)Kết tủa đồng – vanađi nhận được chứa, %: 6-8 Ti; 4-6 V; ~45 Cl; cịn lại là oxi và các tạp chất khác. Do bột đồng cĩ giá cao, để hồn nguyên VOCl3, người ta sử dụng bột nhơm. Nhơm tác dụng với TiCl4 tạo ra TiCl3 và TiCl3 hồn nguyên VOCl3: 3TiCl4 + Al = 3TiCl3 + AlCl3 (8.17) TiCl3 + VOCl3 = VOCl2 + TiCl4 (8.18)Ngồi ra cịn xảy ra phản ứng: TiOCl2 + AlCl3 = AlOCl + TiCl4 (8.19)Kết tủa chứa VOCl2, TiCl3, AlCl3 được đưa đi thu hồi vanađi. Sơ đồ thiết bị làm sạch TiCl4 bằng tinh cất Hình 8.7. Sơ đồ thiết bị làm sạch TiCl4 bằng tinh cất 1. Thùng chứa titan clorua kỹ thuật; 2. Thiết bị nung nĩng sơ bộ; 3. Cột tinh cất để tách clorua cĩ nhiệt độ sơi thấp; 4. Nồi chưng bay hơi; 5.Dây nungcĩ vỏ bọc; 6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu; 7. Van điều chỉnh; 8. Bơm; 9. Nồi chưng bay hơi; 10. Dây nung hở; 11. Cột tinh cất để tách TiCl4; 12. Van phân phối; 13. Thùng chứa TiCl4 sạch. Quá trình tinh cấtGiai đoạn 1: Tách SiCl4 (cĩ nhiệt độ sơi 58oC) và các tạp chất bay hơi khác (CCl4, CS2, SOCl2 v.v). Ở giai đoạn này giữ nhiệt độ hơi trên đỉnh cột bằng 132-135oC và áp suất dư 0,66-4 kPa. Nhiệt độ nồi chưng 140-150oC. Các khí khơng ngưng tụ (CO2, Cl2, N2, COCl2) từ thiết bị ngưng tụ hồi lưu được đưa qua cửa chắn nước vào hệ thống làm sạch khí. Sau khi tách SiCl4, trong nồi chưng cịn lại TiCl4 và các tạp chất khĩ bay hơi.Giai đoạn 2: tách TiCl4 (cĩ nhiệt độ sơi 136oC) khỏi các tạp chất cịn lại. Ở giai đoạn này nhiệt độ trên đỉnh cột duy trì 134-136oC, nhiệt độ phần dưới cột 137-138oC. Phần cất là TiCl4 sạch. Các tạp chất cĩ nhiệt độ sơi cao (TiOCl2, FeCl3, AlCl3, NbCl5) nằm lại trong bã nồi chưngSau hai giai đoạn tinh cất thu được TiCl4 sạch, cĩ các tạp chất như sau, %: V 0,004; Si 0,006; Fe 0,004; Al 0,004 và O2 0,001-0,002. Hiệu suất thu hồi trong cơng đoạn này đạt 96%.Sản xuất TiO2 từ tinh quặng inmenit Phương pháp axit gồm 4 giai đoạn: Phân hủy tinh quặng bằng H2SO4; Khử sắt trong dung dịch; Thủy phân để tách axit metatitanic từ dung dịch; Nung axit metatitanic.Phân hủyCác phản ứng chủ yếu xảy ra khi phân hủy như sau:	FeTiO3 + 3H2SO4 = Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2O (8.20)	FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O (8.21)	Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O (8.22)Trong sản xuất người ta dùng dầu Cuporos (92-94%) hoặc olêum (H2SO4 đậm đặc, chứa 20% SO3) để phân hủy tinh quặng inmenit Khử sắt trong dung dịchMuốn làm sạch dung dịch khỏi phần lớn tạp chất sắt, phải dùng phoi sắt để hồn nguyên Fe3+ đến Fe2+ :	 Fe2(SO4)3 + Fe = 3FeSO4 (8.23)Khi tồn bộ Fe3+ đã hồn nguyên thành Fe2+ thì dung dịch chuyển sang màu tím, tức là khi đĩ một phần Ti4+ đã bị hồn nguyên đến Ti3+ : 2TiOSO4 + Fe + 2H2SO4 = Ti2(SO4)3 + FeSO4 + 2H2O (8.24)Phản ứng (8.23) chỉ tiến hành sau khi phản ứng (8.22) đã hồn thành.Quá trình hồn nguyên được kết thúc khi nồng độ Ti3+ trong dung dịch bằng 3-5 g/l. Sau đĩ cho kết tinh sunfat FeSO4.7H2O bằng cách làm lạnh dung dịch, ví dụ, đến –5oC Thủy phân Khi thuỷ phân TiOSO4 sẽ tạo ra axit metatitanic: 	TiOSO4 + 2H2O = H2TiO3 + H2SO4 Cĩ thể thủy phân bằng cách pha lỗng dung dịch hoặc bằng cách dùng mầm kết tinhAxit metatitanic được lọc trên máy lọc tang trống hoặc máy lọc chân khơng Nung H2TiO3Để tách H2O và SO3 khỏi tinh thể TiO2 cần nung ở 200-300oC (đối với nước) và ở 500-950oC (đối với SO3). Khi nung ở nhiệt độ dưới 950oC sẽ thu được TiO2 ở dạng rutinĐể sản xuất 1 tấn TiO2 cần:	Tinh quặng inmenit 42% TiO2 3.1 tấn	H2SO4 4,7 tấn	Phoi sắt	 0,24 tấnNhược điểm của phương pháp này là lưu trình phức tạp, giá thành cao do lượng chi H2SO4 lớn (dùng để hịa tan sắt trong inmenit). Sản xuất TiO2 từ TiCl4Phương pháp này dựa trên phản ứng:	TiCl4 + O= = TiO= + 2Cl=, Go1100K = -19,5 kcal (8.26)Ở 900-1000oC, phản ứng xảy ra với tốc độ đủ lớn. Clo tạo thành được đưa trở lại quá trình clo hĩa nguyên liệu titan.Người ta thực hiện phản ứng trong buồng phản ứng cĩ đặt các mắt giĩ để thổi oxi và hơi titan tetraclorua đã được nung nĩng trước đến 1000-1100oC. Sản xuất titan kim loại và tinh luyện titanHồn nguyên TiCl4 bằng mage kim loạiQuá trình hồn nguyên TiCl4 bằng mage tiến hành trong thiết bị kín, bằng thép, trong mơi trường khí trơ (Ar, He) như sơ đồ hình 8.9.Sau khi tồn bộ mage nĩng chảy và nhiệt độ đạt 740-760oC, bắt đầu truyền TiCl4 vào lị. Một số trường hợp truyền TiCl4 ở nhiệt độ 650-700oC. Khi đĩ phản ứng chủ yếu như sau:	TiCl4 (h) + 2Mg(l)  Ti (r) + 2MgCl2 (l) (8.27)Trong quá trình hồn nguyên, để đảm bảo titan cĩ thành phần đồng đều, thường cho một lượng dư mage (hiệu suất sử dụng mage thường từ 75 đến 85%), cho vào từ từ và nhiệt độ hồn nguyên thích hợp là 800 – 920oC. Nhiệt độ giới hạn để hồn nguyên phải cao hơn nhiệt độ chảy của MgCl2 (714oC) và thấp hơn 975oC, vì trên 975oC titan phản ứng mạnh với sắt làm bẩn bọt titan và chĩng hỏng nồi phản ứng.Thiết bị hồn nguyênHình 8.9. Thiết bị hồn nguyên1. Ống gĩp để cấp khơng khí thổi vào nồi lị;2. Tai treo lị; 3.Các mặt bích làm nguội bằng nước của nồi lị và nắp lị4. Thể xây của lị; 5. Ống nối với hệ thống chân khơng và đường truyền Ar;6. Ống rĩt mage lỏng; 7. Bộ phận cấp TiCl4;8. Nắp lị; 9. Nồi lị phản ứng; 10. Các cặp nhiệt để đo nhiệt độ thành và nắp của nồi lị;11. Thanh nung; 12. Giá đỡ hệ thống rĩt;13. Cửa van cát; 14. Kim van của hệ thống rĩt15. Đáy giảGia cơng sản phẩm của quá trình hồn nguyênCĩ hai phương pháp làm sạch bọt titan: phương pháp hịa tách và phương pháp chưng cất chân khơng.Phương pháp hịa tách bao gồm các khâu sau: - Hịa tách sản phẩm (được lấy ra từ bình bằng khoan hay bằng đục khí nén) bằng dung dịch HCl 1% nhằm tách một lượng chủ yếu Mg và MgCl2; - Nghiền bọt titan trong máy nghiền bi và hồ tách bằng dung dịch HCl 10% ở 45oC để rửa phần Mg và MgCl2 cịn lại; - Rửa bột titan bằng nước; - Sấy và tuyển từ tách sắt (lẫn vào khi khoan bọt titan).Phương pháp chưng cất chân khơng:Cơ sở của phương pháp này là khi nung một thời gian lâu ở độ chân khơng khoảng 0,013 Pa, Mg và MgCl2 bay hơi và ngưng tụ ở phần trên được làm nguội bằng nước. Như vậy tách được Mg và MgCl2 ra khỏi titan.Sơ đồ thiết bị phương pháp chưng cất chân khơng Hình 8.10. Sơ đồ thiết bị phương pháp chưng cất chân khơng (khơng lấy bọt titan ra khỏi bình hồn nguyên):1. Lị điện; 2. Bọt titan;3. Nồi lị để hồn nguyên4. Ống nối với hệ thống chân khơng5. Vịng lĩt cao su;6. Màn chắn;7. Thiết bị ngưng tụ làm nguội bằng nước8. Chất ngưng tụ (Mg và MgCl2)Hồn nguyên TiCl4 bằng natriQuá trình này tiến hành ở 801-883oC. Phản ứng chủ yếu là tác dụng giữa hơi TiCl4 và natri lỏng: 	 TiCl4 (h) + 4Na(l) = Ti(r) + 4NaCl(l) + 172,8 kcal (8.30)Vì ở 801oC áp suất hơi của natri khoảng 340 mmHg, cho nên một phần phản ứng sẽ tiến hành trong pha hơi trên bề mặt của natri lỏng.	 TiCl4 (h) + 4Na(h) = Ti(r) + 4NaCl(l) + 262 kcal (8.31)Dùng natri làm chất hồn nguyên cĩ các ưu điểm sau: 1) Nhiệt nĩng chảy của natri thấp (to nĩng chảy Na = 98oC) nên dễ vận chuyển trong ống và truyền vào bình phản ứng cùng với việc truyền TiCl4. 2) Phản ứng hồn nguyên titan clorua tiến hành trong NaCl nĩng chảy, trong đĩ hịa tan các titan clorua hĩa trị thấp và natri kim loại. Điều đĩ cho phép tiến hành quá trình khơng dư chất hồn nguyên và khơng phải tháo NaCl được tạo ra, do đĩ đơn giản về thiết bị và thao tác. 3) NaCl tạo ra khơng thủy phân. Hơn nữa, trong hỗn hợp phản ứng cĩ một lượng khơng đáng kể natri kim loại, cho phép tách titan ra khỏi hỗn hợp phản ứng bằng cách dùng nước axit hĩa nhẹ để rửa.Nhược điểm của phương pháp này: hiệu ứng nhiệt của phản ứng cao (lớn hơn khi dùng mage khoảng 70%), vì vậy phải cĩ biện pháp lấy bớt nhiệt; thể tích của thiết bị hồn nguyên lớn hơn và lượng NaCl tính cho 1 kg titan cũng lớn hơn so với trường hợp dùng mage, đồng thới phải nghiêm ngặt hơn về mặt bảo hiểm vì hoạt tính của natri cao hơn của mage.Điện phân tinh luyện titan và hợp kim cơ sở titanPhương pháp này dựa trên cơ sở điện phân tinh luyện cực dương hịa tan. Dùng chất điện phân là NaCl hoặc hỗn hợp KCl + NaCl. Nồng độ TiCl2, TiCl3 trong dung dịch điện phân khoảng 1,5-5%. Khi điện phân tinh luyện, titan ở cực dương chuyển vào dung dịch điện phân dưới dạng ion Ti2+ và một phần ở dạng Ti3+:	Ti –2e  Ti2+ (8.32)	Ti2+ -e  Ti3+ (8.33)Cịn trên cực âm:	Ti3+ + e  Ti2+ (8.34)	Ti2+ + 2e  Ti (8.35)Cơ sở để tách các tạp chất ra khỏi titan là dựa vào sự khác nhau về thế điện cực của titan và một số nguyên tố thường gặp: Mn/Mn2+ -1,41; Zr/Zr2+ -1,36; Ti/Ti2+ -1,36; Al/Al3+ -1,24; V/V2+ -1,08; Cr/Cr3+ -0,97; Fe/Fe2+ -0,88; Mo/Mo3+ -0,65.Sơ đồ bể điện phântinh luyện titan Hình 8.11. Sơ đồ bể điện phân tinh luyện titan.1. Bunke thu; 2. Van kín;3. Xe rùa;4. Buồng catơt;5. Bunke nạp liệu;6. Dầm ngang;7. Dao để tách kết tủa;8. Thiết bị làm tơi liệu;9. Catơt;10. Nồi lị;11. Lị;12. Giỏ anơt;13. Vít để chuyển dịch catơt;14.Động cơ điệnTinh luyện titan bằng phương pháp iơtPhương pháp tinh luyện titan dựa trên cơ sở nhiệt phân hơi TiI4 trên sợi dây vonfram (hoặc titan) ở nhiệt độ 1300-1500oC và kết tinh titan trên sợi dây đĩ. Sơ đồ của quá trình như sau: Ti (thơ) + 2I2 (hơi) 180 – 200 C TiI4 (hơi) 1300-1500 C Ti (sạch) + 2I2 (hơi) Các tạp chất oxi và nitơ được khử trong quá trình này là do titan nitrua và titan oxit khơng liên kết với iơt ở nhiệt độ nhận TiI4.Phần lớn các tạp chất kim loại khơng tạo thành các hợp chất iơt bay hơi cũng được khử.Quá trình gồm các giai đoạn sau: - Tác dụng của iơt với titan thơ ở nhiệt độ thấp (180-200oC) để tạo ra TiI4; - Chuyển hơi TiI4 đến bề mặt sợi dây vonfram (hoặc titan) nung nĩng; - Phân hủy TiI4 trên bề mặt sợi dây kim loại ở 1300-1500oC; - Chuyển hơi iơt từ sợi kim loại đến titan thơ.