Введение к работе
Актуальность работы. Титан и сплавы на его основе являются ваэзшми конструкционными материалами, находящими широкое применение во многих отраслях техніки, круг их потребителей постоянно расширяется.
В настоящее время сырьевая база титана достаточна и сдерживающим фактором в расширении областей применения титана является его высокая стоимость, обусловленная главным образом низким выходом металла в конечные изделия. При получении I кг готовых изделий из титана и его сплавов образуется 1,46 кг отходов. Стоимость металла в отходах в несколько раз меньше, чем в титановой губке. В перспективе качество добываемых и перерабатываемых руд будет ухудшаться, а горнотехнические условия эксплуатации месторождений усложняться. Поэтому по мере роста объемов производства и потребления титана отхода титановых сплавоз могут стать основным сырьем для титановой прмкшленности.
Основная часть отходов титана, образующихся в процессе механической переработки полуфабрикатов в изделия, представляет собой металл с окисленной поверхностью. Такой металл не используется для подшихтовки при выплавке слитков. Наиболее распространенным видом окисленных титановых отходов является стружка. Поэтому рациональное использование окисленной титановой стружки как металлического сырья; максимальное содержание кислорода в котором не превышает 2%, и 80% которого сконцентрировано на поверхности металла в виде оксидной пленки, является одной из важнейших проблем металлургии титана. Таким образом, тема диссертации является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.
Диссертация выполнялась согласно тематике НИР Запорожского индустриального института и по его учебным планам, а также в соответствии с отраслевой программой "По дополнительному вовлечению в производство и повышению эффективности переработки лома и отходов цветных, редких и тугоплавких металлов и сплавов на период I989-I99S годы".
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы являлось разработка теоретических основ и создание технологии вовлечения окисленной титановой стружки в сферу обращения титана путем удаления
, >* '-
оксидной пленки с ее поверхности.
Для достижения цели поставлены и решались следующие задачи:
-
Изучить состав и структуру пленки, образующейся на поверхности окисленной титановой стружки.
-
Выбрать способ удаления оксидной пленки с поверхности окисленной титановой стружки.
-
Исследовать химизм и определить кинетические характеристики процесса удаления оксидной пленки с поверхности окисленной титановой стружки.
-
Разработать технологическую схему переработки окисленной титановой стружки, ЕыОрать оптимальные параметры процесса удаления оксидной пленки на осноеє лабораторных исследований.
-
Изучить свойства и возможность применения материалов, полученных из деоксидлрованной титановой стружки.
Методы исследований. Основные экспериментальные и расчетные данные диссертационной работы получены с привлечением следующих методов физико-химического анализа: растровой электронной микроскопии, рентгенофазового и кристаллооптического анализов, элект-ронографических исследований, элекронной Оже-спектроскопии. Химический анализ стружки и порошков, полученных из деоксидированной стружки, проводился с применением методов восстановительной плавки в потоке носителя, ЯМР-спектроскопии, нейтронно-активационно-го, газовохроматографического. спектрального анализов и др. Метод оптимального планирования эксперимента применялся при подготовке и проведении опытов, а также на стадии обработки экспериментальных данных с помощью ПЭВМ.
Научная новизна. Впервые исследовано и установлено определяющее влияние фторида натрия и пероксида водорода на скорость и полноту удаления оксидной пленки с поверхности титана в солянокислых растворах.
Предложен химизм удаления оксидных пленок в присутствии фторида натрия и пероксида водорода. Оценен состав промежуточных продуктов, определена роль ионов металлов высших валентностей, присутствующих в травильных растворах, и их влияние на химизм деоксидирования.
Экспериментально обоснована технологическая возможность pea-
лизации. процесса гидрометаллургической переработки окисленной стружки титана и его сплавов с целью получения порошков и исходного очищенного сирья для выплавки титановых слитков. Экспериментально установлена взаимосвязь между основными параметрами гидрометаллургического деоксидирования.
Новизна технологического решения подтверждена Авторским свидетельством СССР J* I69G583.
Практическая ценность работы. Разработана новая технология и предложена технологическая схема гидрометаллургической переработки окисленной стружки титана и его сплавов с целью получения порошков и исходного очищенного сырья для выплавки титановых слитков. Предложенная технология позволяет утилизировать окисленную титановую стружку с минимальными издержками при максимальной отдаче. Вовлечение титановых отходов указанного класса в рециркуляцию металлического титана расширяет возможности применения титана в различных областях техники, снижает стоимость изделий из' титана и его сплавов.
Реализацию результатов исследований запланировано осуществить на Запорожском металлургическом опытном заводе Института титана в 1993-1995 г. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемой технологші при годовом выпуске титанового порошка 2000 т может составить 1,39 млн. рублей (в ценах 1988 г.).
К результатам исследований проявлен интерес некоторыми Российскими организациями (ПО"Прометей", г.Санкт-Петербург) и иностранными фирмами (Интрзсил Кэмикл, Израиль).
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 7 работ и получено Авторское свидетельство.
Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на Всесоюзной межвузовской конференции "Совершенствование технологии производства цветных металлов с целью повышения эффективности производства и комплексности использования сырья" (г.Красноярск, 1989 г.), Украинской республиканской конференции "Безразмольные метода получения порошков для технической керамики и напыления покрытий" (г.Киев,1990 г.), республиканском совещании "Перспективные проницаемые материалы, технологии и изделия на их основе" (г.Минск,1991 г.), а также отражены в отчетах по научно-
исследовательским работам (номера государственной регистращш ОІ88003Є636 И 0I8900II006).
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 117 наименований и приложений.