Высокое содержание железа (40-48 % FeO + Fe203) затрудняет получение хлорида титана из ильменита. При прямом хлорировании концентрата на образование хлорида железа затрачивается много хлора, регенерация которого из хлорного железа затруднительна.
Для отделения железа проводят восстановительную плавку ильменита с получением чугуна и титанового шлака (80-87% TiO2). Разделение титана и железа в этом процессе основано на большом различии сродства к кислороду у железа и титана.
Восстановительную плавку ведут в трехфазных электродуговых печах, подобных применяемым в производстве ферросплавов, мощностью 5-20 МВт (рис. 40). Ванна печи футерована магнезитовыми огнеупорами. Для защиты футеровки стен от быстрого разъедания шлаком на них предварительно наращивают гарниссаж - слой застывшего тугоплавкого шлака.
Охлаждаемый свод печи - съемный. Герметизация печи осуществляется с помощью песочного затвора между основанием свода и кожухом печи. Через отверстия в своде в ванну вводят закрепленные в электрододержателях три графитированных электрода (диаметром 0,5 м), связанные с системой их перепуска. Перепуск электродов приводится в действие по мере их выгорания при отключенной печи на высоту примерно 100-150 мм.
Плавку ведут с закрытым колошником, т.е. с дугами, закрытыми шихтой (электроды глубоко погружены в шихту). Шихту (концентрат в смеси с коксом) из бункеров по трубо-течкам загружают возле электродов и между ними. Плавку ведут на порошковой или брикетированной шихте. Применяют также комбинированную шихту из смеси брикетов и порошковой шихты.
В процессе плавки образуются сложные соединения, кристаллизующиеся при затвердевании шлака. Главное из них - аносовит, в основе которого промежуточный оксид Ti3Os. Состав аносовита можно представить общей формулой:
m[(Mg, Fe, Ti)0-2 TiO2] • л[(А1, Fe, Ti)203 • TiOj.
В аносовите титан находится в состояниях окисления Ti4+, Ti3+, Ti2+. Кроме аносовита, а также некоторых других сложных соединений в шлаках может присутствовать ок-сикарбонитрид Ti(C,0,N), который представляет собой твердые растворы TiC, TiO и TiN, обладающие однотипной кристаллической решеткой. Оксикарбонитрид образуется при температурах выше 1600 С.
Низшие оксиды и особенно оксикарбонитрид повышают температуру плавления и вязкость шлаков. Эти параметры можно снизить добавками флюсов (CaO, MgO, А1203). Однако стремятся проводить бесфлюсовую плавку для получения более богатых по Ti02 шлаков. Режим плавки включает загрузку шихты, набор электронагрузки до максимума, получение первичного шлака, его доводку, отстой и перегрев, выпуск шлака и чугуна. Количество углерода в шихте рассчитывают так, чтобы получать шлак с содержанием 3-5 % FeO.
Продукты плавки (чугун и шлак) обычно выпускают вместе через одну летку в общую изложницу. Температура шлака на выпуске 1570-1650 °С. После расслаивания и затвердевания чугун и шлак разделяют.
Расход электроэнергии при плавке в закрытых печах равен 1900 кВт-ч/т шлака.
