Ako sa vyrába titán?
Proces Kroll
Proces Kroll väčšinou produkuje titán s vysokou čistotou. Začína odstraňovaním titánovej rudy, ktorá je hlavne ilmenitom alebo rutilom, a potom sa karbochloráciou premieňa na chlorid titaničitý (TiCl4). Medziproduktová zlúčenina sa čistí destiláciou a potom sa redukuje v prítomnosti horčíka v inertnej atmosfére, čím sa získa titánová huba. Pevná titánová špongia, ktorá vznikne, sa odstráni, rozbije na malé kúsky a pretaví na tekutý kov. Táto metóda, ktorú vyvinul William Kroll v štyridsiatych rokoch 20. storočia, zostáva ústredným prvkom výroby titánu vďaka jej nákladovej efektívnosti pri výrobe kovu pripraveného na priemysel.
Význam titánovej rudy vo výrobe
Efektívny a efektívny výrobný proces vyžaduje suroviny na výrobu kovového titánu, ktorý je dostupný len zo zdrojov titánovej rudy. V súčasnosti sa bežne používajú dve primárne rudy ilmenit a rutil. Typicky ilmenit (FeTiO₃) obsahuje približne 45-60 % TiO₂, zatiaľ čo rutil (TiO₂) obsahuje oveľa vyššiu koncentráciu približne 90-95 %. V dôsledku svojej tuhosti má rutil nižšie požiadavky na spracovanie, čo z neho robí výhodnejší, ale vzácny zdroj.
Kľúčové technické parametre:
Obsah oxidu titaničitého: Priamo súvisí s tým, ako efektívny bude proces Kroll v závislosti od toho, ako čisté rudy, ako je rutil, znižujú náklady aj čas na spracovanie.
Tvrdosť rudy: Oba minerály sú vo všeobecnosti tvrdé, ale mechanické vlastnosti ovplyvňujú procesy mletia a extrakcie.
Úrovne nečistôt: Na odstránenie nečistôt, ako je železo, z ilmenitu je potrebné vykonať ďalšie kroky; to ovplyvňuje celkový výnos a kvalitu.
Výrobcovia môžu zabezpečiť vyšší výťažok a úroveň čistoty v konečnom titánovom kove správnym získavaním a spracovaním vysokokvalitnej titánovej rudy, čo v konečnom dôsledku zlepšuje jej použitie v rôznych priemyselných odvetviach.
Úloha horčíka a chloridu pri výrobe titánu
Horčík a chlorid zohrávajú významnú úlohu v procese výroby titánu pomocou procesu Kroll. Ako redukčné činidlo horčík mení chlorid titaničitý (TiCl4) na svoj východiskový materiál z titánovej huby. Tento krok zahŕňa chloráciu titánovej rudy, aby sa získal čistený TiCl4, prchavá zlúčenina. Oxid titaničitý sa v tomto štádiu pomocou chloridu mení na TiCl4.
V jadrovej reakcii počas inertnej atmosféry sa roztavený horčík mieša s TiCl4 pri veľmi vysokých teplotách okolo 800-900 stupňa, čo spôsobuje redukciu TiCl4 na titánovú hubu a produkciu MgCl2 ako vedľajšieho produktu. Celková reakcia je nasledovná:\[ TiCl₄ + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl₂ \]
Zvyšky MgCl2 sa musia bežne odstraňovať pomocou elektrolytických techník, ktoré tiež získavajú horčík na opätovné použitie v tomto cykle, čím sa stáva trvalo udržateľným. Účinnosť horčíka a úroveň čistoty z hľadiska chloridov priamo ovplyvňujú výťažok a kvalitu produkovanej titánovými hubami, čím sa zdôrazňuje ich význam pri výrobe titánu.
