تیتانیوم چگونه تولید می شود؟

فرآیند کرول

فرآیند کرول بیشتر تیتانیوم با خلوص بالا تولید می کند. این کار با حذف سنگ معدن تیتانیوم، که عمدتاً ایلمنیت یا روتیل است، شروع می شود و سپس از طریق کربوکلرینه کردن به تتراکلرید تیتانیوم (TiCl4) تبدیل می شود. ترکیب میانی با استفاده از تقطیر خالص می شود قبل از اینکه در حضور منیزیم در یک اتمسفر بی اثر احیا شود تا یک اسفنج تیتانیوم به دست آید. اسفنج جامد تیتانیوم به دست آمده جدا می شود، به قطعات کوچک شکسته می شود و دوباره ذوب می شود تا فلز مایع به دست آید. این روش که توسط ویلیام کرول در دهه 1940 توسعه یافت، به دلیل مقرون به صرفه بودن آن در تولید فلز آماده صنعتی، در تولید تیتانیوم مرکزی باقی می ماند.

اهمیت سنگ معدن تیتانیوم در تولید

فرآیند تولید کارآمد و موثر به مواد خام برای ایجاد فلز تیتانیوم نیاز دارد که فقط از منابع سنگ تیتانیوم در دسترس است. امروزه از دو کانه اولیه ایلمنیت و روتیل استفاده می شود. به طور معمول، ایلمنیت (FeTiO3) حاوی حدود 45-60٪ TiO2 است در حالی که روتیل (TiO2) حاوی غلظت بسیار بالاتری تقریباً 90-95٪ است. در نتیجه سختی آن، روتیل نیازمند پردازش کمتری است و آن را به منبعی ارجح تر اما کمیاب تر تبدیل می کند.

پارامترهای فنی کلیدی:

محتوای دی اکسید تیتانیوم: به طور مستقیم به میزان کارآمدی فرآیند کرول بستگی دارد که به میزان خالص بودن سنگ معدن هایی مانند روتیل هم هزینه و هم زمان برای پردازش را کاهش می دهد.

سختی سنگ معدن: هر دو کانی به طور کلی سخت هستند، اما ویژگی های مکانیکی بر فرآیندهای آسیاب و استخراج تأثیر می گذارد.

سطوح ناخالصی: برای حذف ناخالصی هایی مانند آهن از ایلمنیت باید مراحل بیشتری انجام شود. این بر عملکرد و کیفیت کلی تأثیر می گذارد.

تولیدکنندگان می توانند با تامین و فرآوری مناسب سنگ معدن تیتانیوم با کیفیت بالا، عملکرد و سطوح خلوص بالاتر را در فلز تیتانیوم نهایی تضمین کنند و در نهایت کاربرد آن را در صنایع مختلف افزایش دهند.

نقش منیزیم و کلرید در تولید تیتانیوم

منیزیم و کلرید نقش مهمی در فرآیند تولید تیتانیوم با استفاده از فرآیند کرول دارند. به عنوان یک عامل کاهنده، منیزیم تتراکلرید تیتانیوم (TiCl4) را به ماده اولیه خود از اسفنج تیتانیوم تبدیل می کند. این مرحله شامل کلرزنی سنگ معدن تیتانیوم برای به دست آوردن TiCl4 خالص، یک ترکیب فرار است. اکسید تیتانیوم در این مرحله با کمک کلرید به TiCl4 تبدیل می شود.

در واکنش هسته در طی یک اتمسفر بی اثر، منیزیم مذاب با TiCl4 در دماهای بسیار بالا در حدود {0}} درجه مخلوط می شود که باعث کاهش TiCl4 به اسفنج تیتانیوم و تولید MgCl2 به عنوان یک محصول جانبی می شود. واکنش کلی به شرح زیر است:\[ TiCl4 + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl2 \]

بقایای MgCl2 باید معمولاً از طریق تکنیک‌های الکترولیتی که منیزیم را برای استفاده دوباره در این چرخه بازیابی می‌کنند، حذف می‌شوند و در نتیجه آن را پایدار می‌کنند. کارایی سطوح منیزیم و خلوص از نظر کلرید مستقیماً بر عملکرد و کیفیت تولید شده توسط اسفنج‌های تیتانیوم تأثیر می‌گذارد و در نتیجه بر اهمیت آنها در تولید تیتانیوم تأکید می‌کند.