INTRO
Titan, cunoscut sub numele de „metal spațial” și „metal oceanic”, este ușor, puternic și rezistent la coroziune-. Este un material cheie în industria aerospațială, medicală și chimică. Dar știi ce? Titanul este abundent în scoarța terestră (locul 10), dar datorită proprietăților sale chimice foarte reactive și oxidării ușoare la temperaturi ridicate, extracția este extrem de dificilă. Metoda Kroll este metoda principală de producție industrială, care necesită „cinci treceri și șase tăieturi” pe parcursul întregului proces, cu pași complexe și consum mare de energie. Mai jos este procesul complet de fabricație a titanului, de la minereu până la produsul finit
1.Prelucrarea mineralelor
Titanul „brut” extras din roci nu există sub formă metalică pură, ci este depozitat în principal înilmenit(FeTiO₃) șirutil(TiO₂), rutilul având un conținut mai mare de titan și este o materie primă de{0}}înaltă calitate. Mai întâi, zdrobiți și măcinați minereul în pulbere fină; Apoi utilizați separarea magnetică, reselectarea și alte metode pentru a separa concentratele cu conținut ridicat de titan (concentrat de ilmenit sau concentrat de rutil) și îndepărtați impuritățile precum fierul și siliciul.
2.Clorarea
Etapa de bază a transformării titanului într-un „intermediar lichid” (tetraclorura de titan) este transformarea oxidului de titan solid în tetraclorură de titan lichidă (TiCl₄) - un lichid incolor, volatil și foarte coroziv, care facilitează purificarea și reducerea ulterioară. Se amestecă concentratul de titan (TiO ₂) cu cocs (carbon) și se pune într-un cuptor de clorinare; Se încălzește la aproximativ 1000 de grade și se introduce clor gazos (Cl ₂) în același timp; La temperaturi ridicate, reacția generează vapori de tetraclorură de titan, care este răcit pentru a obține tetraclorură de titan brută lichidă amestecată cu impurități precum clorura ferică.
3.Purificare
Tetraclorura de titan brut necesită purificare prin distilare. Această metodă se bazează pe diferențele de punct de fierbere. TiCl₄ fierbe la 136,4 grade, în timp ce clorura de fier fierbe la 315 grade. Lichidul brut este încălzit. Fracția care fierbe la 136,4 grade este colectată ca TiCl₄ cu puritate înaltă-. Impuritățile mai grele rămân ca reziduuri.
4.Reducere
Magneziul „concurează” pentru clor, dând naștere buretelui de titan (pas de bază). Acesta este cel mai critic pas în producția de titan și, de asemenea, nucleul procesului Kroll - de reducere a tetraclorurii de titan cu magneziu metalic pentru a obține titan pur. Pompați tetraclorură de titan pur într-un vas de reacție închis din oțel inoxidabil, umpleți vasul cu gaz argon (gaz inert) și izolați aerul (pentru a preveni oxidarea titanului și a magneziului); Puneți un lingou de magneziu și încălziți-l la 800-850 de grade pentru a topi magneziul în stare lichidă; Magneziul reacționează violent cu tetraclorura de titan pentru a înlocui titanul pur; După ce reacția este completă, produsul este răcit pentru a obține un burete poros precum titanul (cunoscut în mod obișnuit ca „burete de titan”) amestecat cu clorură de magneziu și magneziu nereacționat.
5.Separare: Distilarea în vid, purificarea buretelui de titan
Clorura de magneziu și impuritățile de magneziu din burete de titan trebuie îndepărtate, altfel va afecta procesarea ulterioară:
- Puneți amestecul de burete de titan într-un cuptor de distilare în vid și încălziți-l la temperatură ridicată;
- Într-un mediu de vid, magneziul și clorura de magneziu se vor vaporiza și vor fi condensate pentru reciclare (magneziul poate fi reciclat);
- Rezultatul final este un burete de titan cu o puritate de peste 99,7%, prezentand o structura gri neagra si poroasa.
6.Topirea
De la burete de titan la lingouri de titan. Burete de titan este poros și liber și nu poate fi procesat direct în piese. Trebuie topit în lingouri dense de titan. Burete de titan este presat în electrozi și plasat într-un cuptor de topire cu arc în vid (sau cuptor de topire cu fascicul de electroni); Electricitatea este aplicată într-un mediu de vid, iar arcul generează temperaturi ridicate (depășind 1668 de grade, punctul de topire al titanului), provocând topirea titanului din burete în titan lichid; După răcire, titanul lichid este turnat în lingouri de titan - aceasta este materia primă de bază care poate fi folosită pentru forjare, laminare și prelucrare.
7.Prelucrare
Lingourile de titan pot fi transformate în diverse produse. Lingourile de titan trebuie să fie supuse unei procesări ulterioare înainte de a putea fi transformate în materialele de titan pe care le vedem.
- Forjare/laminare: încălzirea lingourilor de titan și forjarea lor în tije, plăci sau laminate în țevi și folii folosind o presă;
- Aliare: Adăugarea de elemente precum aluminiu și vanadiu pentru a face aliaje de titan (cum ar fi TC4) pentru a spori rezistența și rezistența la temperaturi ridicate;
- Tratamentul suprafeței: lustruire, anodizare etc. pentru a spori rezistența la coroziune și estetica.
De ce este titanul atât de scump?
După ce ați citit procesul, veți înțelege: temperatură ridicată de-a lungul întregului proces, protecție la vid/gaz inert, reacție intermitentă în mai multe-etape, consum extrem de mare de energie și prag tehnic ridicat și costul echipamentului principal (cum ar fi cuptoarele cu vid și vasele de reacție). În plus, titanul are o activitate chimică puternică și este predispus la oxidare și deșeuri în timpul procesării, crescând și mai mult costurile.
Concluzie
Pentru a rezuma fabricarea titanului, este în esență o transformare dificilă din oxid în clorură și apoi în metal pur: ilmenit/rutil → clorură (tetraclorura de titan) → purificare prin distilare → reducerea magneziului (burete de titan) → distilare în vid → topire (lingon de titan) → prelucrare și modelare. Acest proces (metoda Kroll) a fost folosit de peste 80 de ani și este încă curentul principal în industrie. Tocmai din această cauză titanul a devenit un „metal rar” care combină performanța ridicată și valoarea ridicată.