A titán, a nagy szilárdság-súly arányról, a kivételes korrózióállóságról és a biokompatibilitástól ismert fém, széles körű alkalmazásokkal rendelkezik, amelyek nagymértékben támaszkodnak a hatékony és nagy tisztaságú extrakció folyamatára és az érc nyersanyagokból történő finomításra. A titán természetben főként rutil (tio₂) vagy ilmenit (fetio₃) formájában létezik, és ezeknek az érceknek a felhasználható tiszta titánvá történő átalakítása összetett és energiaigényes projekt, és az alapvető kihívás az, hogy a titán nagyon egyszerűen reagálható az oxigén, nitrogén, szén és más elismerések során, amelyek közvetlenül a dedicitást alkalmazzák. Ezért a tiszta titán (különösen a titán szivacs) tömegtermelése az iparban elsősorban a Kroll módszerre és annak származékos folyamatára támaszkodik, és alapvető ötlete az, hogy a titánt először átalakítsák egy illékony közbenső vegyületgé - titán -tetraklorid (TICL₄), majd csökkentsék és tisztítsák meg a magas peruritás közbenső közbenső terméket.
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%), amely képesített alapanyag a későbbi csökkentési lépésekhez.
A nagy tisztaságú ticl₄ megszerzése után a redukciós folyamatba kerül a titánfém előállításához, és a mainstream eljárás a magnézium-termikus redukció. Egy nagy acélreaktor (redukciós kemence), amelyet inert argongáz véd, elegendő mennyiségű olvadt magnézium (mg). A finomított folyékony ticl₄ lassan injektálják vagy permetezik egy olvadt magnéziumfürdőbe, körülbelül 800-900 fokos hőmérsékleten szorosan szabályozott sebességgel. A felmerülő legfontosabb reakciók a következők: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Ez egy intenzív exoterm reakció, amely megköveteli a táplálkozási sebesség és a hőmérséklet pontos ellenőrzését a túlmelegedés vagy a repülési hőmérsékletek elkerülése érdekében. A reakció által előállított titánfém nem olvadt állapotban van, hanem laza és porózus szilárd formában helyezkedik el a reaktor belső falán vagy a közepén lévő acélkosáron, az úgynevezett "titán szivacsot" képezve, és az olvadt magnézium-klorid (mgcl₂) az olvadt magizódréteg felett úszik, mivel a dentium alacsonyabb. A reakció után az egész reaktor lassan lehűlt argon védelem alatt. A hűtött reaktor titán cavernosumot, maradék magnéziumot (nem reagált) és szilárd magnézium -kloridot tartalmaz. Ezen összetevők elválasztásához és a titán szivacs további tisztításához vákuum desztillációra van szükség. A reaktor egészét vagy az eltávolított szivacsblokkokat speciális vákuum desztillációs kemencébe helyezzük, és hosszú ideig feldolgozzuk magas hőmérsékleten (kb. {. 920-1010 fok) és nagy vákuumban (kevesebb, mint 0,1 PA). Ebben a környezetben a maradék magnézium- és magnézium-kloridot elsősorban nagy gőznyomásuk miatt illékonyítják, és a kemence hűtési zónájában kondenzálódnak és csapdába esnek, míg a titán nagyon alacsony gőznyomással rendelkezik, és szinte nem-véletlenszerű, így megtartható és tisztítható. A vákuum desztilláció hatékonyan eltávolíthatja a maradék magnéziumot, a magnézium -kloridot, a hidrogénnel adszorbeált hidrogént, és végül hatalmas porózus titán szivacsot kap, általában 99,5% és 99,7% tisztasággal. Alternatív megoldásként a nátrium -termikus redukció elvben hasonló, fém -nátriumot használva a ticl₄ csökkentésére a ticl₄ + 4 na → ti + 4 naCl reakciójával. A nátrium-módszer alacsony reakcióhőmérséklete (kb. 550-600 fokos), és a keletkező nátrium-klorid jobban oldódik a vízben és elmosta, de nagy mennyiségű nátrium-só-szennyvíz kezelésére van szükség, és a magas nátrium-aktivitású működést nagyobb óvatosság szükséges.
A vékonysági eljárás (magnézium vagy nátriumcsökkentés) és a vákuum desztillációval nyert titánszivacs, bár a tisztaság nagyon magas, továbbra is nyomrés -szennyeződéseket (oxigén, nitrogén, szén) és maradék -kloridot tartalmaz, és porózus és laza állapotban van. Annak érdekében, hogy sűrűséggel, egyenletes összetételsel, alacsonyabb szennyezősági tartalommal és kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezzen ipari titán rúdokkal, meg kell olvadni és megtisztítani azokat. A vákuum önkéntes elektróda-ívkemencéket általában az olvadáshoz használják. Először, a titánszivacsot összetörik és átvizsgálják, és az ötvöző elemeket (mint például Al, V stb.) Pontosan egyeztetik a szükséges ötvözet kompozícióval, egyenletesen keverve, és hatalmas nyomás alatt elektródablokkokba nyomják, majd több elektróda blokkot hegesztenek elegendő, önfogyasztási elektróda. Az elektródot vákuumban vagy inert gáz (argon vagy hélium) védett légköri kemence kamrájába helyezzük egy vízhűtéses réz tégelyből, és az ívet az elektróda és a tégely alján lévő rostos lemez között meggyújtják. Az erőteljes ív hő megolvasztja az elektróda hegyét, és az olvadt cseppek a tégelybe esnek, hogy olvadékmedencét képezzenek, és megszilárduljanak a rúdba. A teljes folyamatot vákuumban vagy inert atmoszférában hajtják végre, hatékonyan megakadályozva a titán oxidációját és nitridálását. Ennél is fontosabb, hogy az olvadt állapotban a magas gőznyomású szennyeződéseket (például a maradék MGCL₂, a részleges oxigént, a hidrogént stb.) Tovább illékonyodnak és eltávolítják, és az olvadékkészlet megszilárdulási folyamatát szintén elősegítik a szennyeződések elkülönítéséhez és eltávolításához. A szélsőséges tisztaságot és egységességet igénylő csúcskategóriás alkalmazásokhoz, például aero motorpengékhez, általában két vagy akár három vákuum önfogyasztási ív olvadásra van szükség, mindegyik olvadás tovább javítja a titánrögzítés tisztaságát, egyenletességét és sűrűségét, és végül nagy titánötvözet-szerelvényeket kap, amelyek rendkívül alacsony ideiglenes tartalommal rendelkeznek, és az oxigéntartalom 0,1%alatti, és az egyenruhát, és az egyenruhát, és az egyenruhát, és az egyenruhát, és kiváló teljesítményt nyújthatják, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújtanak, és kiváló teljesítményt nyújthatnak, és kiváló teljesítményt nyújtanak. Anyagok a későbbi gördüléshez, kovácsoláshoz és egyéb feldolgozási folyamatokhoz.
Összefoglalva: a titán tisztítása egy komplex rendszerfejlesztés, amely magában foglalja a multidiszciplináris technikákat, például a magas hőmérsékletű kémiát, a precíziós elválasztást, a vákuum kohászatot és az elektrometallurgiát. Az érc klórozásától a tiszta ticl₄-tól kezdve a magnézium/nátriumcsökkentésig, a vákuum desztillációval kombinálva, hogy titánszivacsot termeljenek, a többszörös vákuum ív megolvadva, hogy a nagy tisztaságú sűrű titánbetéteket, például az oxigén és az nitrogén, és a szén-dioxidot, és végül az átmenetet, és végül az oxigén, az oxigén és a szénhidrogén, az oxigén, az oxigén és a szénhidrogén betolakodása céljából elítélik, hogy az oxigénbe kerülj "űrfémek", "tengeri fémek" és "biofil fémek", amelyek támogatják az élvonalbeli mezőket, mint például az űrkutatás, a tengeri mérnöki és az orvosbiológiai orvosok, megmutatva annak egyedi értékét, mint modern ipari gyöngyként.catherine@hiriger.com.
