Як виробляють титан?
Процес Кролла
Процес Кролла здебільшого виробляє титан високої чистоти. Це починається з видалення титанової руди, яка в основному є ільменітом або рутилом, а потім перетворюється на тетрахлорид титану (TiCl₄) шляхом карбохлорування. Проміжну сполуку очищають за допомогою дистиляції перед відновленням у присутності магнію в інертній атмосфері з отриманням титанової губки. Тверду титанову губку, що утворюється, видаляють, розбивають на дрібні шматочки та переплавляють, щоб отримати рідкий метал. Розроблений Вільямом Кроллом у 1940-х роках, цей метод залишається центральним у виробництві титану через його економічну ефективність у виробництві готового для промисловості металу.
Значення титанової руди у виробництві
Ефективний і результативний виробничий процес вимагає сировини для створення металевого титану, який доступний лише з джерел титанової руди. В даний час широко використовуються дві основні руди - ільменіт і рутил. Як правило, ільменіт (FeTiO₃) містить приблизно 45-60% TiO₂, тоді як рутил (TiO₂) містить набагато вищу концентрацію приблизно 90-95%. Через свою жорсткість рутил має менші вимоги до обробки, що робить його кращим, але дефіцитним ресурсом.
Основні технічні параметри:
Вміст діоксиду титану: безпосередньо залежить від того, наскільки ефективним буде процес Кролла залежно від того, наскільки чисті руди, такі як рутил, зменшують витрати та час на переробку.
Твердість руди: обидва мінерали, як правило, тверді, але механічні характеристики впливають на процеси подрібнення та видобутку.
Рівні домішок: необхідно вжити додаткових заходів для видалення домішок, таких як залізо, з ільменіту; це впливає на загальну врожайність і якість.
Виробники можуть забезпечити вищий вихід і рівень чистоти кінцевого металевого титану шляхом належного пошуку та переробки високоякісної титанової руди, зрештою покращуючи її застосування в різних галузях промисловості.
Роль магнію та хлоридів у виробництві титану
Магній і хлорид відіграють важливу роль у процесі виробництва титану за допомогою процесу Кролла. Як відновник, магній перетворює тетрахлорид титану (TiCl₄) на вихідний матеріал із титанової губки. Цей етап передбачає хлорування титанової руди для отримання очищеного TiCl₄, леткої сполуки. На цьому етапі за допомогою хлориду оксид титану перетворюється на TiCl₄.
Під час реакції в ядрі під час інертної атмосфери розплавлений магній змішується з TiCl₄ за дуже високих температур близько 800-900 градусів, що спричиняє відновлення TiCl₄ до титанової губки та утворення MgCl₂ як побічного продукту. Загальна реакція така:\[ TiCl₄ + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl₂ \]
Залишки MgCl₂ зазвичай потрібно видаляти за допомогою електролітичних методів, які також відновлюють магній для повторного використання в цьому циклі, що робить його стійким. Ефективність магнію та рівень чистоти з точки зору хлориду безпосередньо впливають на вихід і якість титанових губок, тим самим підкреслюючи їх значення у виробництві титану.
