Kā tiek ražots titāns?
Kroll process
Kroll process galvenokārt ražo augstas tīrības pakāpes titānu. Tas sākas ar titāna rūdas atdalīšanu, kas galvenokārt ir ilmenīts vai rutils, un pēc tam karbohlorēšanas ceļā tiek pārveidots par titāna tetrahlorīdu (TiCl₄). Starpproduktu savienojumu attīra, izmantojot destilāciju, pirms tiek reducēts magnija klātbūtnē inertā atmosfērā, lai iegūtu titāna sūkli. Iegūtais cietais titāna sūklis tiek noņemts, sadalīts mazos gabaliņos un pārkausēts, lai iegūtu šķidru metālu. Šī metode, ko 1940. gados izstrādāja Viljams Krols, joprojām ir galvenā titāna ražošanā, pateicoties tās rentabilitātei rūpnieciski gatava metāla ražošanā.
Titāna rūdas nozīme ražošanā
Efektīvam un efektīvam ražošanas procesam ir nepieciešami izejmateriāli titāna metāla radīšanai, kas ir pieejams tikai no titāna rūdas avotiem. Mūsdienās parasti tiek izmantotas divas primārās rūdas ilmenīts un rutils. Parasti ilmenīts (FeTiO₃) satur apmēram 45-60% TiO₂, savukārt rutils (TiO₂) satur daudz lielāku koncentrāciju, aptuveni 90-95%. Tā stingrības dēļ rutilam ir zemākas apstrādes prasības, kas padara to par vēlamāku, bet ierobežotu resursu.
Galvenie tehniskie parametri:
Titāna dioksīda saturs: tieši saistīts ar Kroll procesa efektivitāti atkarībā no tā, cik tīras rūdas, piemēram, rutilas, samazina gan izmaksas, gan apstrādes laiku.
Rūdas cietība: Abi minerāli parasti ir cieti, bet mehāniskās īpašības ietekmē slīpēšanas un ekstrakcijas procesus.
Piemaisījumu līmeņi: ir jāveic papildu darbības, lai no ilmenīta noņemtu piemaisījumus, piemēram, dzelzi; tas ietekmē kopējo ražu un kvalitāti.
Ražotāji var nodrošināt augstāku gala titāna metāla iznākumu un tīrības līmeni, pareizi iegūstot un apstrādājot augstas kvalitātes titāna rūdu, tādējādi uzlabojot tās pielietojumu dažādās nozarēs.
Magnija un hlorīda loma titāna ražošanā
Magnijam un hlorīdam ir nozīmīga loma titāna ražošanas procesā, izmantojot Kroll procesu. Kā reducētājs magnijs pārveido titāna tetrahlorīdu (TiCl4) par izejmateriālu no titāna sūkļa. Šis solis ietver titāna rūdas hlorēšanu, lai iegūtu attīrītu TiCl4, gaistošu savienojumu. Titāna oksīds šajā posmā ar hlorīda palīdzību pārvēršas par TiCl₄.
Kodolreakcijā inertā atmosfērā izkausēts magnijs tiek sajaukts ar TiCl₄ ļoti augstā temperatūrā aptuveni 800-900 grādiem, izraisot TiCl₄ reducēšanos par titāna sūkli un MgCl2 kā blakusproduktu. Kopējā reakcija ir šāda:\[ TiCl₄ + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl₂ \]
MgCl₂ paliekas parasti ir jānoņem, izmantojot elektrolītiskos paņēmienus, kas arī atgūst magniju, lai to atkal izmantotu šajā ciklā, tādējādi padarot to ilgtspējīgu. Magnija efektivitāte un tīrības līmenis hlorīda izteiksmē tieši ietekmē titāna sūkļu ražu un kvalitāti, tādējādi uzsverot to nozīmi titāna ražošanā.
