Прямое (одностадийное) восстановление диоксида титана.

Старинный способ получения металлов из их окисных руд - восстановление углем

МеО + С = Ме + СО

До сих пор большинство металлов получают этим способом, восстанавливая окислы углеродом или другими элементами. Но из-за высокой химической прочности оксида титана TiO₂ нельзя применять углерод, потому что даже при температуре 2450 °С будет образовываться только карбид ТiС. А восстановление TiO₂ водородом, кремнием, натрием, магнием возможно только до низших окислов Ti₂O, TiO, Ti₂O₃.

Восстановление TiO₂ полностью возможно кальцием и только в вакууме при 3000 °С, но полученный металл всегда будет загрязнён азотом, водородом и кислородом, кроме того, титан образует твёрдые растворы с восстановителем и примесями в сырье, да к тому же рафинированный кальций весьма дорог.

2) Двухстадийное восстановление двуокиси титана с получением металла или сплава, а затем очистка от примесей. Например, кальциегидридныйспособ с получением гидрида титана, который сильно загрязнен примесями.

ТiO₂ + СаН₂ = ТiH₄ + СаО

Из ТiH₄ выделяют металлический титан и рафинируют, что очень дорого и не даёт нужного качества Тi.

3) Электролиз двуокиси титана или соединений титана. Технически сложные, но перспективные методы, при использовании: электролита из очень чистых солей, герметичного электролизёра и инертной газовой среды. Электролитические способы получения титана более экономичны, чем металлотермические, но нужны производительные и технологичные электролизёры. Электролиз хлоридов титана – самый дешёвый по сырью и оборудованию, но титан получается низкого качества.

4) Хлорный способ. Отсутствие удовлетворительных методов получения титана и других редких металлов (ниобий, тантал, цирконий, ванадий, германий, кремний и др.) непосредственно из их оксидов послужило причиной бурного развития хлорной металлургии: перевод оксидов в хлориды и восстановление их металлом (алюминием, кальцием, магнием, натрием). Так как щелочные и щелочноземельные элементы (за исключением бериллия) не взаимодействуют с титаном, большая активность этих металлов к кислороду и галоидам легли в основу технологии получения чистого титана путем термических реакций восстановления галоидных соединений титана.

В России, Японии и США промышленный способ получения титана – магниетермический– восстановление титана из TiCl₄ магнием. В Канаде и Европе применяется натриетермический способ: титан из TiCl₄ восстанавливают металлическим натрием. Процесс проводят при температуре, титан меньше загрязняется примесями, но натриетермический способ технически более сложен.

Иодидный способ применяют для получения небольших количеств титана очень высокой чистоты, до 99,99%. Он основан на реакции Ti+2I₂ = TiI₄, которая при 100 - 200 °С идет слева направо (образование Til₄), а при 1300 - 1400 °С — в обратном направлении (разложение ТiI₄). Рафинируемую титановую губку помещают в реторту и нагревают до 100-200 °С; внутрь реторты вводят и разбивают ампулу с йодом, взаимодействующим с титаном по реакции Ti+2I₂ =TiI₄. Разложение TiI₄ на Ti+2I₂ и выделение титана происходит на титановых проволоках, натянутых в реторте, нагретых до 1300 - 1400 °С пропусканием тока.

Альтернативные способы получения титана. Свойства титана, замечательные для применения и сложные для производства, обусловили особенности его металлургии. Титан взаимодействует со многими элементами, что дает возможность получать его различными методами: термическими, электролизом, восстановление водородом, углеродом и др. Можно получать различные объемы производства: промышленные, полупромышленные, опытно-промышленные, исследовательско - лабораторные. Но главная сложность - создание аппаратуры для получения чистого титана. Поэтому, несмотря на большое разнообразие методов, основной промышленный способ получения титана в нашей стране – восстановление магнием, а за рубежом - натрием из TiCl₄. Конечно, развитие техники, науки, новых технологий сделают возможным в будущем получать титан тем способом, который раньше считался нетехнологичным.