Titanium, kov známy pre svoj vysoký pomer pevnosti k hmotnosti, výnimočná odolnosť proti korózii a biokompatibilita, má širokú škálu aplikácií, ktoré sa vo veľkej miere spoliehajú na proces efektívnej a vysokokvalitnej extrakcie a rafinácie zo surovíných surovín. Titán v prírode existuje hlavne vo forme rutilného (Tio₂) alebo ilmenitu (fetio₃) a prevod týchto rúd na použiteľný čistý titán je komplexným a energeticky náročným projektom a hlavnou výzvou je to, že titán je to, že titán je veľmi ľahko reagujúci na to, aby sa tradičné rekordy mohli veľmi ľahko reagovať na to, aby tradičné rekordy uplatňovali, aby tradičné rekordné metódy uplatňovali. Preto sa hmotnostná produkcia čistého titánu (najmä titánovej špongie) v priemysle spolieha hlavne na Kroll metódu a jej derivátový proces a jej hlavnou myšlienkou je najprv previesť titán na prchavé medziprodukty tetrachloridu titánu (TICL₄) a potom znížiť a vyčistiť vysokokvalitný medziprodukt.
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%), čo je kvalifikovaná surovina pre následné kroky redukcie.
Po získaní vysokokvalitných Ticl₄ vstúpi do procesu redukcie na výrobu titánového kovu a hlavným procesom je tepelná redukcia horčíka. Veľký oceľový reaktor (redukčná pec) chránený inertným argónovým plynom je naplnený dostatočným množstvom roztaveného horčíka (MG). Rafinovaná tekutina Ticl₄ sa pomaly injektuje alebo nastrieka do roztaveného horčíkového kúpeľa pri teplote asi 800-900 stupňov pevne kontrolovanou rýchlosťou. Kľúčové reakcie, ktoré sa vyskytujú, sú: Ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Toto je intenzívna exotermická reakcia, ktorá si vyžaduje presnú kontrolu rýchlosti a teploty kŕmenia, aby sa predišlo prehriatiu alebo letu. Titánový kov produkovaný reakciou nie je v roztavenom stave, ale je uložený vo voľnej a poréznej tuhej forme na vnútornej stene reaktora alebo na oceľovom košíku v strede, ktorý tvorí takzvanú „titánovú špongiu“ a roztavený chlorid horčíka (mgCl₂) vytvoril plaváky nad rozštiepnou vrstvou, pretože jeho hustota je nižšia ako z čelného magnézového chloridu. Po reakcii sa celý reaktor pomaly ochladí pri ochrane argónu. Chladený reaktor obsahuje titánový javric, zvyškový horčík (nezreagovaný) a solidný chlorid horčíka. Na oddelenie týchto komponentov a na ďalšie čistenie titánovej špongie je potrebná vákuová destilácia. Reaktor ako celok alebo odstránené špongiové bloky sa umiestnia do špeciálnej vákuovej destilačnej pece a spracúvajú sa po dlhú dobu pri vysokej teplote (približne . 920-1010) a vysokom vákuu (menej ako 0,1 Pa). V tomto prostredí sú zvyškový horčík a chlorid horečnatý prednostne naprcha v dôsledku vysokého tlaku pary a sú kondenzované a zachytené v chladiacej zóne pece, zatiaľ čo titán má veľmi nízky tlak pary a je takmer neprchavý, takže sa môže zachovať a čistiť. Vákuová destilácia môže účinne odstrániť zvyškový horčík, chlorid horečnatý, vodík adsorbovaný v póroch kavernózneho tela a nakoniec získať masívnu pórovú špongiu titánu s čistotou obvykle 99,5% až 99,7%. Ako alternatívu je v zásade podobná redukcia sodného, pričom sa s reakciou Ticl₄ + 4 na → ti + 4 NaCl použije kovový sodík. Metóda sodíka má nízku reakčnú teplotu (asi 550-600 stupňov) a produkovaný chlorid sodný je rozpustnejší vo vode a premyje sa, ale musí ošetrovať veľké množstvo odpadovej vody sodnej a operácia s vysokou aktivitou sodíka vyžaduje opatrnosť.
Titánová špongia získaná procesným procesom Crower (redukcia horčíka alebo sodíka) a vákuová destilácia, hoci čistota je veľmi vysoká, stále obsahuje nečistoty na stopovej medzere (kyslík, dusík, uhlík) a zvyškový chlorid a je v poréznom a voľnom stave. Aby sa získali priemyselné ingoty titánu s hustotou, rovnomerným zložením, nižším obsahom nečistôt a vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami, je potrebné ich roztaviť a očistiť. Na topenie sa zvyčajne používajú vákuové samostatné elektródové oblúkové pece. Po prvé, titánová špongia je rozdrvená a skrínovaná a legované prvky (ako AL, V atď.) Sú presne zladené podľa požadovaného zloženia zliatiny, zmiešané rovnomerne a stlačené do elektródových blokov pod obrovským tlakom a potom sa viac elektródových blokov zvára do dostatočne dlhých samostatných elektród. Elektróda je umiestnená vo vákuu alebo inertnom plyne (argón alebo héliu) chránenou atmosférickou komorou s vodou chladenou meďou a oblúk sa zapáli medzi elektródou a ingotovou doskou na spodnej časti téglika. Výkonný oblúkový teplo topí špičku elektródy a roztavené kvapôčky spadajú do téglika, aby vytvorili taveninu a tuhali do ingotov. Celý proces sa vykonáva vo vákuu alebo inertnej atmosfére, ktorá účinne bráni oxidácii a nitridingu titánu. A čo je dôležitejšie, v roztavenom stave sa ďalej prchavia a odstránia určité nečistoty s vysokým tlakom pary (ako je zvyškový MGCL₂, čiastočný kyslík, vodík atď.) A odstránený a proces tuhnutia v oblasti taveniny tiež vedie k segregácii a odstraňovaniu nečistôt. V prípade špičkových aplikácií, ktoré vyžadujú extrémnu čistotu a rovnomernosť, ako sú čepele aero motorových lopatiek, dva alebo dokonca tri vákuové samonosné topenie oblúkových oblúkov, ktoré topí ďalej, ďalej zlepšuje čistotu, jednotnosť a hustota titánu ingot a konečne sa vytvára veľké a poskytuje veľké a poskytuje extrémne nízky obsah s nízkym obsahom nízky Kvalitné suroviny pre následné procesy valcovania, kovania a ďalšie procesy spracovania.
Stručne povedané, čistenie titánu je komplexné systémové inžinierstvo, ktoré zahŕňa multidisciplinárne techniky, ako je vysokohodná chémia, presná separácia, vákuová metalurgia a elektrometalurgia. Od chlorácie rudy, aby sa získalo čisté tikl₄, až po redukciu horčíka/sodíka v kombinácii s vákuovou destiláciou, aby sa vytvorila titánová špongia, na viacnásobné vákuové oblúkové topenie, aby sa vrhlo vysokokvalitné husté titánové ingoty titánu, pričom každý krok sa zameriava na vysokú chemickú aktivitu na prenosu a konečne transformuje a transformuje sa v prípade transformácie alebo do transformácie alebo do transformácie a do transformácie v prípade transformácie a do transformácie a do transformácie a do transformácie v prípade transformácie a akej „Vesmírne kovy“, „morské kovy“ a „biofilné kovy“, ktoré podporujú špičkové polia, ako je letectvo, morské inžinierstvo a biomedicín, ukazujúc svoju jedinečnú hodnotu ako modernú priemyselnú perlu.ak chcete vedieť viac informácií o titáne, PLS Contact.catherine@hiriger.com.
