It-titanju, il-metall magħruf għall-proporzjon għoli ta 'saħħa għal piż tiegħu, reżistenza eċċezzjonali ta' korrużjoni, u bijokompatibilità, għandu firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet li jiddependu ħafna fuq il-proċess ta' estrazzjoni effiċjenti u ta 'purità għolja u jirfinaw mill-materja prima Ore. It-titanju fin-natura jeżisti prinċipalment fil-forma ta 'rutile (tio₂) jew ilmenite (fetio₃), u l-konverżjoni ta' dawn il-minerali fi titanju pur li jista 'jintuża huwa proġett kumpless u intensiv fl-enerġija, u l-isfida ewlenija hija li t-titanju huwa faċli ħafna biex jirreaġixxi b'mod vjolenti ma' ossiġnu, in-nitroġenu, il-karbonju, il-karbonju applika direttament. Għalhekk, il-produzzjoni tal-massa ta 'titanju pur (speċjalment sponża tat-titanju) fl-industrija tiddependi prinċipalment fuq il-metodu Kroll u l-proċess tad-derivattiv tagħha, u l-idea ewlenija tagħha hija li l-ewwel tikkonverti titanju f'kompost intermedju volatili - tetrachloride tat-titanju (ticl₄), u mbagħad tnaqqas u tippurifika l-intermedja ta' purità għolja.
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%), li hija materja prima kwalifikata għal passi ta 'tnaqqis sussegwenti.
Wara li tinkiseb ticl₄ ta 'purità għolja, jidħol fil-proċess ta' tnaqqis biex jipproduċi metall tat-titanju, u l-proċess mainstream huwa tnaqqis termiku tal-manjeżju. Reattur tal-azzar kbir (forn għat-tnaqqis) protett minn gass argon inert huwa mimli b'ammont suffiċjenti ta 'manjeżju mdewweb (mg). Il-likwidu raffinat Ticl₄ jiġi injettat bil-mod jew imbexxex f'banju tal-manjeżju mdewweb f'temperatura ta 'madwar 800-900 grad b'rata kkontrollata sewwa. Ir-reazzjonijiet ewlenin li jseħħu huma: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Din hija reazzjoni eżotermika intensa li teħtieġ kontroll preċiż tar-rata u t-temperatura tat-tmigħ biex tevita sħana żejda jew temperaturi li jtajru. Il-metall tat-titanju prodott mir-reazzjoni ma jinsabx fi stat imdewweb, iżda huwa depożitat f'forma solida maħlula u poruża fuq il-ħajt ta 'ġewwa tar-reattur jew fuq il-basket tal-azzar fiċ-ċentru, li jifforma l-hekk imsejjaħ "sponża tat-titanju", u l-kloridu tal-manjesju mdewweb (MgCl₂) ipproduċa floats' Wara r-reazzjoni, ir-reattur kollu jitkessaħ bil-mod taħt il-protezzjoni tal-argon. Ir-reattur imkessaħ fih titanju cavernosum, manjesju residwu (mhux reazzjoni), u klorur tal-manjeżju solidifikat. Biex tissepara dawn il-komponenti u tippurifika aktar l-isponża tat-titanju, hija meħtieġa distillazzjoni bil-vakwu. Ir-reattur kollu kemm hu jew il-blokki ta 'l-isponoż imneħħija huma mqiegħda f'forn speċjali ta' distillazzjoni bil-vakwu u pproċessat għal żmien twil taħt temperatura għolja (madwar . 920-1010 grad) u vakwu għoli (inqas minn 0.1 PA). F'dan l-ambjent, il-manjeżju residwu u l-klorur tal-manjeżju huma volatilizzati b'mod preferenzjali minħabba l-pressjoni għolja tal-fwar tagħhom u huma kondensati u maqbuda fiż-żona tat-tkessiħ tal-forn, filwaqt li t-titanju għandu pressjoni tal-fwar baxxa ħafna u huwa kważi mhux volatili, u għalhekk jista 'jinżamm u jiġi ppurifikat. Id-distillazzjoni bil-vakwu tista 'effettivament tneħħi l-manjeżju residwu, il-klorur tal-manjeżju, l-idroġenu assorbit fil-pori tal-ġisem tal-kaverna, u finalment jikseb sponża massiva poruża tat-titanju b'purità ta' 99.5% sa 99.7%. Bħala alternattiva, it-tnaqqis termali tas-sodju huwa simili fil-prinċipju, bl-użu ta 'sodju tal-metall biex inaqqas it-ticl₄ bir-reazzjoni ta' ticl₄ + 4 na → ti {+ 4 NaCl. Il-metodu tas-sodju għandu temperatura baxxa ta 'reazzjoni (madwar 550-600 grad), u l-klorur tas-sodju prodott huwa aktar solubbli fl-ilma u maħsula' l bogħod, iżda jeħtieġ li jittratta ammont kbir ta 'ilma mormi tal-melħ tas-sodju, u l-operazzjoni b'attività għolja tas-sodju teħtieġ aktar prudenza.
L-isponża tat-titanju miksuba mill-proċess tal-crower (tnaqqis tal-manjeżju jew tas-sodju) u distillazzjoni bil-vakwu, għalkemm il-purità hija għolja ħafna, għadha fiha impuritajiet ta 'traċċi (ossiġenu, nitroġenu, karbonju) u kloridu residwu, u jinsab fi stat poruż u maħlul. Sabiex jinkisbu ingotti tat-titanju industrijali b'densità, kompożizzjoni uniformi, kontenut ta 'impurità aktar baxx, u proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti, huwa meħtieġ li jdubu u jippurifikahom. Il-fran tal-ark tal-elettrodi li jikkonsmaw lilhom infushom ġeneralment jintużaw għat-tidwib. L-ewwel, l-isponża tat-titanju hija mgħaffeġ u skrinjata, u l-elementi tal-liga (bħal Al, V, eċċ.) Huma mqabbla b'mod preċiż skont il-kompożizzjoni tal-liga meħtieġa, imħallta b'mod uniformi, u ppressati fi blokki ta 'elettrodi taħt pressjoni enormi, u mbagħad blokki ta' elettrodi multipli huma wweldjati f'elettrodi li jikkonsmaw biżżejjed. L-elettrodu jitqiegħed f'kamra tal-forn tal-atmosfera protetta bil-vakwu jew tal-gass inert (argon jew elju) ta 'griġjol tar-ram imkessaħ bl-ilma, u l-ark huwa mixgħul bejn l-elettrodu u l-pjanċa tal-ingot fil-qiegħ tal-griġjol. Is-sħana qawwija tal-ark idub il-ponta tal-elettrodu, u l-qtar imdewweb jaqgħu fil-griġjol biex jiffurmaw pixxina ta 'tidwib u jissolidifikaw fl-ingotti. Il-proċess kollu jitwettaq f'atmosfera ta 'vakwu jew inerti, li jipprevjeni b'mod effettiv l-ossidazzjoni u n-nitriding tat-titanju. Aktar importanti minn hekk, fl-istat imdewweb, xi impuritajiet bi pressjoni għolja tal-fwar (bħal mgCl₂ residwu, ossiġnu parzjali, idroġenu, eċċ.) Se jiġu volatilizzati u mneħħija aktar, u l-proċess ta 'solidifikazzjoni tal-ġabra ta' tidwib qed iwassal ukoll għas-segregazzjoni u t-tneħħija ta 'l-impuritajiet. Għal applikazzjonijiet high-end li jeħtieġu purità estrema u uniformità, bħal xfafar tal-magna aero, żewġ jew saħansitra tliet vakwu li jdubu l-awto-konsumatur huwa ġeneralment meħtieġ, kull tidwib itejjeb aktar il-purità, l-uniformità u d-densità tal-ingot tat-titanju, u fl-aħħar jikseb ingotti kbar ta 'liga tat-titanju (bħal kontenut ta' impurità estremament baxx (bħal kontenut ta 'ossiġnu jista' jkun ikkontrollat taħt 0.1%), uniformi Prestazzjoni, li tipprovdi materja prima ta 'kwalità għolja għal proċessi sussegwenti ta' rolling, forġa u proċessar ieħor.
Fil-qosor, il-purifikazzjoni tat-titanju hija inġinerija tas-sistema kumplessa li tinkorpora tekniki multidixxiplinarji bħal kimika ta 'temperatura għolja, separazzjoni ta' preċiżjoni, metallurġija bil-vakwu, u elettrometallurġija. Mill-klorinazzjoni tal-minerali biex tinkiseb ticl₄ pur, għat-tnaqqis tal-manjeżju / sodju flimkien mad-distillazzjoni tal-vakwu biex tipproduċi sponża tat-titanju, għall-ark tal-vakwu multiplu li jdub biex jitfa 'l-ingoti tat-titanju densa ta' purità għolja, kull pass għandu l-għan li jtaffi l-attività kimika għolja tat-titanju, jelimina l-intrużjoni ta 'impuritajiet bħal ossiġnu, nitrogen "Metalli spazjali", "metalli tal-baħar" u "metalli bijofiliċi" li jappoġġjaw oqsma avvanzati bħal aerospazjali, inġinerija tal-baħar, u bijomediċina, li juru l-valur uniku tagħha bħala perla industrijali moderna. Jekk trid tkun taf aktar informazzjoni dwar it-titanju, kuntatt PLScatherine@hiriger.com.
