Titan, metallet som er kjent for sitt høye styrke-til-vekt-forhold, eksepsjonell korrosjonsmotstand og biokompatibilitet, har et bredt spekter av applikasjoner som er avhengige av prosessen med effektiv utvinning av høy renhet og raffinering fra malm råvarer. Titan i naturen eksisterer hovedsakelig i form av rutile (tio₂) eller ilmenitt (fetio₃), og å konvertere disse malmene til brukbar rent titan er et komplekst og energikrevende prosjekt, og kjerneutfordringen er at titan-reduksjon er veldig lett å reagere voldelig med oksygen, nitrogen, karbon og andre elementer med høye temper for å mestee formaterende for å få direkte. Derfor er masseproduksjonen av rent titan (spesielt titansvamp) i industrien hovedsakelig avhengig av Kroll -metoden og dens derivatprosess, og dens kjerneidee er å først konvertere titan til en flyktig mellomliggende forbindelse - titan -tetraklorid (Ticl₄), og redusere og rense det høye rekkens mellomliggende mellomliggende.
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 kvalifisert råstoff for påfølgende reduksjonstrinn.
Etter å ha oppnådd ticl₄ med høy renhet, går den inn i reduksjonsprosessen for å produsere titanmetall, og mainstream-prosessen er magnesiumtermisk reduksjon. En stor stålreaktor (reduksjonsovn) beskyttet av inert argongass fylles med en tilstrekkelig mengde smeltet magnesium (mg). Den raffinerte flytende ticl₄ injiseres sakte eller sprayes i et smeltet magnesiumbad ved en temperatur på omtrent 800-900 grader med en tett kontrollert hastighet. De viktigste reaksjonene som oppstår er: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Dette er en intens eksoterm reaksjon som krever presis kontroll av fôringshastigheten og temperaturen for å unngå overoppheting eller flygende temperaturer. Titanmetallet produsert av reaksjonen er ikke i en smeltet tilstand, men blir avsatt i en løs og porøs fast form på reaktorenes indre vegg eller på stålkurven i midten, og danner den såkalte "titaniumsvampen", og den smeltede magnesiumkloridet (mgcl₂) produserte flyt. Etter reaksjonen avkjøles hele reaktoren sakte under argonbeskyttelse. Den avkjølte reaktoren inneholder titan cavernosum, gjenværende magnesium (ureagert) og størknet magnesiumklorid. For å skille disse komponentene og ytterligere rense titansvampen, er vakuumdestillasjon nødvendig. Reaktoren som helhet eller de fjerne svampblokkene plasseres i en spesiell vakuumdestillasjonsovn og behandles i lang tid under høy temperatur (ca. . 920-1010 grad) og høyt vakuum (mindre enn 0,1 Pa). I dette miljøet er det gjenværende magnesium og magnesiumklorid fortrinnsvis flyktet på grunn av deres høye damptrykk og blir kondensert og fanget i kjølesonen i ovnen, mens titan har et veldig lavt damptrykk og er nesten ikke-flyktig, så den kan beholdes og renses. Vakuumdestillasjon kan effektivt fjerne gjenværende magnesium, magnesiumklorid, hydrogen adsorbert i porene i den kavernøse kroppen, og til slutt oppnå massiv porøs titansvamp med en renhet på vanligvis 99,5% til 99,7%. Som et alternativ er natriumtermisk reduksjon i prinsippet likt, ved bruk av metallnatrium for å redusere ticl₄ med reaksjonen av ticl₄ + 4 na → Ti + 4 naCl. Natriummetoden har en lav reaksjonstemperatur (ca. 550-600 grader), og natriumklorid produsert er mer oppløselig i vann og vasket bort, men den må behandle en stor mengde natriumsaltavløpsvann, og operasjonen med høy natriumaktivitet krever mer forsiktighet.
Titansvamp oppnådd ved kråperprosessen (magnesium eller natriumreduksjon) og vakuumdestillasjon, selv om renheten er veldig høy, inneholder fremdeles sporingsgap -urenheter (oksygen, nitrogen, karbon) og gjenværende klorid, og er i en porøs og løs tilstand. For å oppnå industrielle titaninngaver med tetthet, ensartet sammensetning, lavere urenhetsinnhold og utmerkede mekaniske egenskaper, er det nødvendig å smelte og rense dem. Vakuum selvkrevende elektrodebueovner brukes vanligvis til smelting. For det første blir titansvampen knust og screenet, og legeringselementene (som Al, V, etc.) matches nøyaktig i henhold til den nødvendige legeringssammensetningen, blandet jevnt og presses inn i elektrodeblokker under stort trykk, og deretter blir flere elektrodeblokker sveiset til å være tilstrekkelig lange selvkonsumerende elektroder. Elektroden er plassert i et vakuum eller inert gass (argon eller helium) beskyttet atmosfæreovnkammer av en vannkjølt kobbergruppe, og buen er antent mellom elektroden og ingotplaten i bunnen av digelen. Den kraftige buevarmen smelter elektrodespissen, og de smeltede dråpene faller i digelen for å danne et smeltebasseng og stivne til ingots. Hele prosessen utføres i et vakuum eller inert atmosfære, og forhindrer effektivt oksidasjon og nitriding av titan. Enda viktigere, i smeltet tilstand, vil noen urenheter med høyt damptrykk (for eksempel gjenværende MGCL₂, delvis oksygen, hydrogen, etc.) bli ytterligere flyktet og fjernet, og størkningsprosessen til smeltebassenget er også bidrar til segregeringen og fjerningen av urenheter. For avanserte applikasjoner som krever ekstrem renhet og ensartethet, for eksempel aero-motorblader, er det vanligvis nødvendig Utmerket ytelse, og gir råvarer av høy kvalitet for påfølgende rulling, smiing og andre prosesseringsprosesser.
Oppsummert er rensing av titan en kompleks systemteknikk som inkluderer flerfaglige teknikker som kjemi med høy temperatur, presisjonsseparasjon, vakuummetallurgi og elektrometallurgi. Fra klorering av malm for å oppnå ren ticl₄, til magnesium/natriumreduksjon kombinert med vakuumdestillasjon for å produsere titansvamp, til det flere vakuumbuen smelting for å støpe høy-renhet tett titan, og til slutt tar for seg å tamme den tamiske aktiviteten av titre, eliminert inntrenging av det som er til å tamme den tamme, og karbenet, og karbenet, som til slutt overgår for å tamme den tamme, og kåper innblandingen av titan, og karbenet, som til slutt er en trinn som kokt. Ore i "rommetaller", "marine metaller" og "biofile metaller" som støtter banebrytende felt som luftfart, marin ingeniørvitenskap og biomedisin, og viser sin unike verdi som en moderne industriell perle. Hvis du vil vite mer titaninformasjon, pls kontaktcatherine@hiriger.com.
