Titanium, metallet, der er kendt for sit høje styrke-til-vægt-forhold, enestående korrosionsbestandighed og biokompatibilitet, har en bred vifte af anvendelser, der er meget afhængige af processen med effektiv og højrulhedsekstraktion og raffinering fra malmråmaterialer. Titanium i naturen eksisterer hovedsageligt i form af rutil (TiO₂) eller ilmenit (fetio₃), og at konvertere disse malm til brugbar rent titanium er et komplekst og energikrævende projekt, og kerneudfordringen er, at titan er meget let at reagere voldsomt med ilt, nitrogen, kulstof og andre elementer ved høje temperaturer til form stabilt sammensætter, hvilket gør traditionel smeltning, der er underlagt reduktion, nitrogen, det kan anvendes til at anvende til høje temperaturer til form til form, der er sammensat, hvilket gør traditionel smelting, hvilket gør traditionel reduktion af reduktion, der kan anvendes til at anvende til høje temperaturer til form til form til form, hvilket kompenserer, hvilket gør traditionelt smeltning, hvilket gør traditionel reduktion af reduktion, der kan anvendes til at anvende til høje temperaturer til form til form til form, der er sammensat af direkte. Derfor er masseproduktionen af ren titanium (især titaniumsponge) i industrien hovedsageligt afhængig af Kroll -metoden og dens derivatproces, og dens kerneidee er først at omdanne titanium til et flygtigt mellemforbindelse - titaniumtetrachlorid (ticl₄) og derefter reducere og rense det høje luritetsmidler.
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%), som er et kvalificeret råmateriale til efterfølgende reduktionstrin.
Efter at have opnået ticl₄ med høj renhed går den ind i reduktionsprocessen for at producere titaniummetal, og mainstream-processen er magnesiumtermisk reduktion. En stor stålreaktor (reduktionsovn) beskyttet af inert argongas er fyldt med en tilstrækkelig mængde smeltet magnesium (Mg). Den raffinerede flydende ticl₄ injiceres langsomt eller sprøjtes i et smeltet magnesiumbad ved en temperatur på ca. 800-900 grad i en tæt kontrolleret hastighed. De vigtigste reaktioner, der opstår, er: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Dette er en intens eksoterm reaktion, der kræver præcis kontrol af fodringshastigheden og temperaturen for at undgå overophedning eller flyvende temperaturer. Det titaniummetal produceret af reaktionen er ikke i en smeltet tilstand, men deponeres i en løs og porøs fast form på den indre væg af reaktoren eller på stålkurven i midten, hvilket danner den såkaldte "titanium svamp", og det smeltede magnesium (mgCl₂) producerede floats over molten magnesiumlag, fordi dens densitet er nedrivet end det af magnesiet. Efter reaktionen afkøles hele reaktoren langsomt under argonbeskyttelse. Den afkølede reaktor indeholder titanium cavernosum, resterende magnesium (ureageret) og størknet magnesiumchlorid. For at adskille disse komponenter og yderligere rense titaniumssvampen kræves vakuumdestillation. Reaktoren som helhed eller de fjernede svampblokke anbringes i en speciel vakuumdestillationsovn og forarbejdes i lang tid under høj temperatur (ca. . 920-1010 grad) og høj vakuum (mindre end 0,1 pa). I dette miljø er den resterende magnesium og magnesiumchlorid fortrinsvis flygtige på grund af deres høje damptryk og er kondenseret og fanget i kølzonen i ovnen, mens titanium har et meget lavt damptryk og er næsten ikke-flygtigt, så det kan bevares og oprenses. Vakuumdestillation kan effektivt fjerne resterende magnesium, magnesiumchlorid, hydrogen adsorberet i porerne i det kavernøse legeme og til sidst opnå massiv porøs titan -svamp med en renhed på normalt 99,5% til 99,7%. Som et alternativ ligner natriumtermisk reduktion i princippet ved anvendelse af metalnatrium til at reducere ticl₄ med reaktionen af ticl₄ + 4 na → ti + 4 NaCl. Natriummetoden har en lav reaktionstemperatur (ca. 550-600 grad), og det producerede natriumchlorid er mere opløseligt i vand og vasket væk, men den skal behandle en stor mængde natriumsalt spildevand, og operationen med høj natriumaktivitet kræver mere forsigtighed.
Titanium svamp opnået ved crower -processen (magnesium- eller natriumreduktion) og vakuumdestillation, selvom renheden er meget høj, indeholder stadig sporafhængurer (ilt, nitrogen, kulstof) og resterende chlorid og er i en porøs og løs tilstand. For at opnå industrielle titaniumindhold med tæthed, ensartet sammensætning, lavere urenhedsindhold og fremragende mekaniske egenskaber er det nødvendigt at smelte og rense dem. Vakuum-selvforbrugende elektrode-lysbue-ovne bruges normalt til smeltning. For det første knuses og screenes titaniumssvampen, og de legeringselementer (såsom Al, V osv.) Matches nøjagtigt i henhold til den krævede legeringssammensætning, blandes jævnt og presses til elektrodeblokke under et stort tryk, og derefter svejses flere elektrodeblokke til tilstrækkeligt lang selvkonsumerende elektroder. Elektroden anbringes i et vakuum- eller inert gas (argon eller helium) beskyttet atmosfæreovnskammer i et vandkølet kobber-digel, og lysbuen antændes mellem elektrode og ingotpladen i bunden af diglen. Den kraftfulde buevarme smelter elektrodespidsen, og de smeltede dråber falder ned i diglen for at danne en smeltepool og størkne til ingots. Hele processen udføres i en vakuum eller en inert atmosfære, hvilket effektivt forhindrer oxidation og nitridering af titanium. Vigtigere er det, i den smeltede tilstand, vil nogle urenheder med højt damptryk (såsom resterende MGCL₂, delvis ilt, hydrogen osv.) Blive yderligere flygtige og fjernet, og størkningsprocessen for smeltepuljen er også befordrende for adskillelsen og fjernelse af urenheder. Til avancerede applikationer, der kræver ekstrem renhed og ensartethed, såsom aero-motorsklinger, kræves to eller endda tre vakuum-selvforbrugende bue-smeltning normalt, hver smelter yderligere forbedrer renheden, ensartethed og tæthed i titaniumindholdet, og til sidst får stort titan-legering med ekstremt lavt urenhed indhold (såsom oxycen-indhold kan kontrolleres under 0,1%), udformet og tæt og tæt og tætte og tætte og tætte struktur Fremragende ydelse, der leverer råvarer af høj kvalitet til efterfølgende rullende, smedning og andre behandlingsprocesser.
Sammenfattende er oprensningen af titanium en kompleks systemteknik, der inkorporerer multidisciplinære teknikker, såsom høj-temperaturkemi, præcisionsseparation, vakuummetallurgi og elektrometallurgi. Fra klorering af malm til opnåelse malm til "rummetaller", "marine metaller" og "biofile metaller", der understøtter banebrydende felter såsom rumfart, marineknik og biomedicin, der viser dens unikke værdi som en moderne industriel perle. Hvis du vil vide mere titaniumoplysninger, skal du kontaktecatherine@hiriger.com.
