Titanium, kovina, znana po svojem razmerju med visoko trdnostjo in težo, izjemno korozijsko odpornost in biokompatibilnost, ima široko paleto aplikacij, ki se močno zanašajo na proces učinkovite in visoke čiste čiste in rafinirajo iz rudnih surovin. Titanium in nature mainly exists in the form of rutile (TiO₂) or ilmenite (FeTiO₃), and converting these ores into usable pure titanium is a complex and energy-intensive project, and the core challenge is that titanium is very easy to react violently with oxygen, nitrogen, carbon and other elements at high temperatures to form stable compounds, which makes traditional smelting reduction methods almost impossible to apply neposredno. Zato se množična proizvodnja čistega titana (zlasti titanove gobice) v industriji v glavnem opira na metodo Kroll in njegov izpeljani proces, njegova temeljna ideja pa je, da se titanij najprej pretvori v nestanovitno vmesno spojino - titanijev tetraklorid (Ticl₄), nato pa zmanjšuje in čisti in čisti z visoko vlado.
The purification journey begins with the enrichment and chlorination of titanium ore. ilmenite or rutile is first enriched by beneficiation to increase the TiO₂ content. Titanium-rich materials (such as natural rutile, artificial rutile or high titanium slag) are then chlorinated in fluidized bed reactors with coke and chlorine at high temperatures (about 900-1000°C). This violent exothermic process converts titanium oxides into gaseous titanium tetrachloride (TiCl₄), and impurities such as iron in the ore also produce corresponding chlorides (such as FeCl₃). The newly produced crude TiCl₄ is a complex mixture containing impurities such as silicon, vanadium, iron, aluminum, magnesium, and chloride, especially vanadium impurities (VOCl₃, VCl₄) that are similar to titanium properties, which are the most difficult to separate, so strict distillation and purification are necessary. Using the differences in the boiling points of various chlorides, the impurities with low boiling points (such as SiCl₄) were first removed, and the impurities with high boiling points (such as FeCl₃ and AlCl₃) were enriched and removed in the subsequent kettles. For vanadium, a key impurity, chemical treatment methods are often used, such as adding a reducing agent (such as mineral oil or hydrogen sulfide) to liquid TiCl₄ to reduce V⁵⁺ to V⁴⁺, and then passing hydrogen sulfide to form an insoluble sulfide precipitate (such as VOS), or adding metal reducing agents such as copper powder to selectively reduce it to a low-valence state and then adsorption and filtration to remove it. This series of fine distillation and chemical treatments results in a colorless transparent liquid titanium tetrachloride with extremely high purity (typically required >99,9%), ki je kvalificirano surovino za poznejše korake zmanjšanja.
Po pridobitvi ticl₄ z visoko čistostjo vstopi v proces redukcije za proizvodnjo titanove kovine, glavni postopek pa je magnezijev toplotni zmanjšanje. Velik jekleni reaktor (redukcijska peč), zaščiten z inertnim argonskim plinom, je napolnjen z zadostno količino staljenega magnezija (mg). Rafinirani tekoči ticl₄ počasi vbrizgamo ali razpršimo v staljeno magnezijev kopel pri temperaturi približno 800-900 stopinj s tesno nadzorovanim hitrostjo. Ključne reakcije, ki se pojavijo, so: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). To je intenzivna eksotermična reakcija, ki zahteva natančen nadzor hitrosti hranjenja in temperature, da se prepreči pregrevanje ali leteče temperature. Titanova kovina, ki nastane z reakcijo, ni v staljenem stanju, ampak je odlagana v ohlapni in porozni trdni obliki na notranji steni reaktorja ali na jekleni košarici v sredini, ki tvori tako imenovano "titanovo gobico", in staljeni magnezijev klorid (mgcl₂), ki je nastal nad magnetnim magnetom. Po reakciji se celoten reaktor počasi ohladi pod argonovo zaščito. Ohlajen reaktor vsebuje titanov cavernosum, preostali magnezij (nereaktiven) in strjeno magnezijev klorid. Za ločitev teh komponent in nadaljnjo čiščenje gobice iz titana je potrebna vakuumska destilacija. Reaktor kot celota ali odstranjeni bloki gobice so nameščeni v posebno vakuumsko destilacijsko peč in jih dolgo predelajo pod visoko temperaturo (približno . 920-1010) in visok vakuum (manj kot 0,1 Pa). V tem okolju sta preostali magnezij in magnezijev klorid prednostno hlapni zaradi visokega parnim tlakom in sta kondenzirani in ujeti v hladilni coni peči, medtem ko ima titanij zelo nizek parni tlak in je skoraj nehlapni, tako da ga je mogoče ohraniti in očistiti. Vakuumska destilacija lahko učinkovito odstrani preostali magnezij, magnezijev klorid, vodik, adsorbiran v pore kavernoznega telesa, in končno dobi masivno porozno titanovo gobo s čistostjo običajno od 99,5% do 99,7%. Kot alternativa je načeloma podobno znižanje natrijevega termičnega zmanjšanja z uporabo kovinskega natrija za zmanjšanje ticl₄ z reakcijo ticl₄ + 4 na → ti + 4 NACl. Natrijeva metoda ima nizko reakcijsko temperaturo (približno 550-600 stopinj), proizvedeni natrijev klorid pa je bolj topen v vodi in izpere, vendar mora zdraviti veliko količino odpadne vode natrijeve soli, za delovanje z visoko natrijevo aktivnostjo pa je potrebna večja previdnost.
Goba iz titana, ki jo dobimo s procesom krme (magnezij ali zmanjšanje natrija) in vakuumsko destilacijo, čeprav je čistost zelo visoka, še vedno vsebuje nečistoče v sledovih (kisik, dušik, ogljik) in preostali klorid, in je v poroznem in ohlapnem stanju. Da bi pridobili industrijske titanove ingote z gostoto, enakomerno sestavo, nižjo vsebnostjo nečistoč in odličnimi mehanskimi lastnostmi, jih je treba taliti in očistiti. Za taljenje se običajno uporabljajo vakuumske samopodobe elektrode. Prvič, goba iz titana je zdrobljena in pregledana, legirni elementi (na primer Al, V itd.) Pa se natančno ujemajo glede na zahtevano sestavo zlitine, enakomerno zmešajo in pritisnejo v bloke elektrod pod velikim pritiskom, nato pa se več elektrodnih blokov privabijo v dovolj dolgo dolgotrajno elektrodo. Elektroda je nameščena v vakuumski ali inertni plin (argon ali helij), zaščitena z atmosfero peči vodno hlajenega bakrenega lončka, lok pa se vžge med elektrodo in ingotno ploščo na dnu monga. Zmogljiva ločna toplota stopi konico elektrode, staljene kapljice pa padejo v lonček, da tvorijo talilni bazen in se strdijo v ingote. Celoten postopek se izvede v vakuumski ali inertni atmosferi, kar učinkovito preprečuje oksidacijo in nitriranje titana. Še pomembneje je, da bodo v staljenem stanju nekatere nečistoče z visokim parnim tlakom (kot so preostali mgcl₂, delni kisik, vodik itd.) Nadaljnje hlapne in odstranjene, proces strjevanja taline pa je tudi za segregacijo in odstranjevanje nečistoč. For high-end applications that require extreme purity and uniformity, such as aero engine blades, two or even three vacuum self-consuming arc melting is usually required, each melting further improves the purity, uniformity and density of the titanium ingot, and finally obtains large titanium alloy ingots with extremely low impurity content (such as oxygen content can be controlled below 0.1%), uniform and dense structure, and Odlične zmogljivosti, ki zagotavljajo kakovostne surovine za nadaljnje valjanje, kovanje in druge procese obdelave.
Če povzamemo, je čiščenje titana kompleksno sistemsko inženirstvo, ki vključuje multidisciplinarne tehnike, kot so visokotemperaturna kemija, ločitev natančnosti, vakuumska metalurgija in elektrometalurgija. Od kloriranja rude do pridobivanja čistega ticl₄ do zmanjšanja magnezija/natrija v kombinaciji z vakuumsko destilacijo za proizvodnjo titanove gobice do večkratnega vakuumskega loka, ki se talira z visoko čistostjo, vsaka korak cilja na to, da se vdor in karbogen, in konceminirajo vdor, in netlinirajo, kot je oksid, ki jih je treba vdor, kot je oksid, in netogena, kot je oksid, in netogena, kot je oksid, ki se ne vpijejo, in netlinirajo, kot je oksid, in netogena, kot je oksid, in netlinirajo, kot je oksid, in netogena, kot je oksid, in netogena, kot je oksid, in netogena, kot je oksid, in netogen ruda v "vesoljske kovine", "morske kovine" in "biofilne kovine", ki podpirajo vrhunska polja, kot so vesoljski, morski inženiring in biomedicina, ki kažejo svojo edinstveno vrednost kot sodobni industrijski biser. Če želite vedeti več informacij o titaniju, kontakt PLS kontaktcatherine@hiriger.com.
