Ćw 1. Otrzymywanie Se i Te z pyłów pochodzących z przerobu szlamów anodowych:
Własności chemiczne, fizyczne, odmiany alotropowe Se i Te. Rudy, minerały, surowce wtórne i odpady. Zastosowanie Se i Te i ich związków. Przerób szlamów anodowych. Odzysk Se i Te z gazów i pyłów pochodzących z przerobu szlamów anodowych. Otrzymywanie Te metalicznego.
Ćw 2. Przeróbka rud wolframu:
Temperatura topnienia i wrzenia wolframu. Rudy, zastosowanie W. Metody otrzymywania (kwaśna, alkaliczna, stapianie z solami, chlorowanie). Otrzymywanie W z WO3 za pomocą redukcji H2, C oraz poprzez elektrolizę.
Ćw 3. Prażenie molibdenitu:
Temperatura topnienia i wrzenia molibdenu. Rudy, zastosowanie Mo. Przeróbka rud molibdenowych. Otrzymywanie molibdenu metalicznego.
Ćw 4. Otrzymywanie tytanu metodą Krolla:
Temperatura topnienia i wrzenia tytanu. Minerały, zastosowanie Ti. Metody otrzymywania Ti (kwaśna, alkaliczna, chlorowanie, Krolla).
Ćw. Otrzymywanie tytanu metodą Krolla:
Temperatura topnienia i wrzenia tytanu:
Temperatura topnienia – 1669oC
Temperatura wrzenia – 3330oC
Minerały:
Największe znaczenie praktyczne spośród tlenków tytanu posiada dwutlenek tytanu TiO2.
W przyrodzie występuje on w postaci trzech odmian krystalicznych noszących jako minerały nazwy: anataz, brukit, rutyl.
Anataz – ma kryształy tetragonalne, ciężar właściwy 3,82 – 3,95 g/cm3, zabarwiony wskutek domieszek Fe2O3 na kolor brunatny do czarnego.
Brukit – krystalizuje w układzie rombowym, kolor żółty, czerwony, brązowy lub czarny. Ciężar właściwy 4 g/cm3.
Rutyl – kryształy tetragonalne, ciężar właściwy 4,18 – 4,25 g/cm3, kryształy mogą posiadać bardzo zróżnicowane ubarwienie pochodzące od domieszek, od żółtej do czarnej, rzadko zielone lub niebieskie. Temperatura topnienia 1850C. Znacznie częściej spotykany w porównaniu z anatazem i brukiem.
Tytaniany:
Ilumenit (FeTiO3 = FeO*TiO2) – układ heksagonalny, ciężar właściwy 4,5 – 5,0 g/cm3, Z powodu swej izomorficzności z Fe2O3 zawierać może znacznie mniej TiO2, niż wynikałoby to ze stechiometrii.
Perovskit (CaTiO3 = CaO*TiO2) – tworzy kryształy pseudoregularne o barwie żółtej, żółtawo – czarne, pomarańczowej do czarnej, ciężar właściwy 4 g/cm3
Właściwości tytanu:
- b. plastyczny
- wytrzymałość tytanu i jego stopów jest zbliżona do stali jakościowej
- zachowanie wytrzymałości w temp. 400-500 oC
Zastosowanie tytanu:
- silniki;
- elektronika próżniowa;
- narzędzia lekarskie;
- urządzenia w przemyśle chemicznym;
- stale wysokojakościowe;
- węgliki tytanu – narzędzia skrawające;
- przemysł morski;
- piece wielkiej częstotliwości (duża wartość stałej dielektrycznej);
Metoda kwaśna:
Wsad – głównie ilumenit (FeO.TiO2)
Rozpuszczanie – kwas (80-98%) początkowa temp. 50-70 oC, potem egzotermiczne tworzenie siarczanów i temp. rośnie do 120-130 oC.
Redukcja rozpuszczania
FeTiO3+3H2SO4 = Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2O
Redukcja Fe
Fe2(SO4)3 = FeSO4
Rozcieńczanie wodą
FeSO4 + 3H2O = 3Fe(OH)↓ + H2SO4
Hydroliza
Ti(SO4)2 + 3H2O = TiO.SO4 + H2SO4
Prażenie
TiO.SO4 = TiO2↓ + SO2 + 1/2O2
TiO2 – czystość 99 – 99,5%
Metoda alkaliczna:
Wsad – koncentrat rutylowy
Można też stapiać z NaHSO4 lub Na2SO4 + C
Na2O.TiO2 + 2H2SO4 = TiO.SO4↓ + Na2SO4 + 2H2O
Gdy HCl
Na2O.TiO2 + HCl = NaCl + H2O + TiO2
Metoda chlorowania:
Wsad – rutyl lub żużel tytanowy
TiO2 + 2Cl2 = TiCl4 + O2 – bardzo mała szybkość reakcji:
K(w 1000K)=(pTiCl4*pO2)/pCl22 = 2,24*10-7
Dopiero dodatek węgla przyspiesza reakcję
1. TiO2 + 2CO + 2Cl2 = TiCl4 + 2CO2 + (CO, COCl2)
2. CO2 + C = 2CO
Reakcja sumaryczna:
TiO2 + C + 2Cl2 = TiCl4 + CO2
K(1000K) = 1014
W 600C pojawia się fosgen, gaz trujący
CO + Cl = COCl
2Ti3O5 + 2Cl2 = TiCl4 + 5TiO2
2Ti2O3 + 2Cl2 = TiCl4 + 3TiO2
2TiO + 2Cl2 = TiCl4 + TiO2
Przepuszczanie nad rozgrzanymi wiórami Cu
FeCl3 + Cu = FeCl2 + CuCl
VCl4 + Cu = VCl2 + CuCl
FeCl2, VCl2 – nielotne w czasie procesu rektyfikacji Tw > 1000 oC
Skład technicznego TiCl4
Si – 0,01-0,3%
Al – 0,01-0,1%
Fe – 0,01-0,1%
V – 0,01-0,3%
TiOCl2 – 0,04-0,5%
COCl2 – 0,005-0,15%
Cl – 0,03-0,08%
S – 0,01-0,03%
Ti metaliczny otrzymuje się metodami:
1. Krolla – redukcja TiCl4 magnezem
2. Redukcja TiO2 wapnem
3. Redukcja TiCl4 sodem
4. Elektroliza w solach stopionych
Ad 1.
TiCl4(g) + 2Mg(c) = Ti(s) + 2MgCl2(c)
Temp procesu 800-950 oC gdyż w wyższej temperaturze tworzy się stop Fe-Ti
Otrzymuje się gąbkę tytanową zanieczyszczoną Mg (10-20%) oraz MgCl2 (20-30%), z tego względu poddaje się ją oczyszczaniu
1. Metoda ługowa II etapy
a) 1% HCl – rozpuszczanie MgCl2
b) 10% HCl – rozpuszczanie Mg
Mg + HCl = MgCl2 + H2
2. Metoda destylacji próżniowej Temp – 925C, p = 10-3 mmHg
Ad 2.
TiO2 + 2Ca(c) = Ti + CaO T = 1000-1100 oC, czas 1h
Tytan w formie proszku >10μm, CaO wypłukuje się wodą i alkoholem
Ad 3.
I etap: TiCl4(g) + 2Na(c) = 2NaCl(s) + TiCl2(s) 230oC
II etap: TiCl2(s) + 2Na(g) = 2NaCl + Ti(s) gąbka
Zużycie energii 31 [kWh/kg gąbki]
Ad 4.
T = 800-8500C
Gęstość prądowa – 0,5 -1,5 [A/cm2]
Elektrolit – stopiony NaCl + roztwór TiCl4...
cycu83