Titan, das Metall, das für sein Hochfestigkeit zu Gewicht, außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität bekannt ist, weist eine breite Palette von Anwendungen auf, die stark auf den Prozess der effizienten und hohen Purity-Extraktion und der Verfeinerung von Erz-Rohstoffen beruhen. Titan in der Natur existiert hauptsächlich in Form von Rutil (TiO₂) oder Ilmenit (fetio₃), und die Umwandlung dieser Erze in nutzbares reines Titanium ist ein komplexes und energieintensives Projekt, und die Kernbelastung ist, dass Titanium sehr leicht zu bilden, um mit Sauerstoff, Stickstoff, zu einem stabilen Vertragsmodell, und mit anderen Elementen zu reagieren. Daher beruht die Massenproduktion von reinem Titan (insbesondere Titanschwamm) in der Industrie hauptsächlich auf der Kroll -Methode und seinem Derivatprozess, und seine Kernidee besteht darin, zuerst Titan in eine flüchtige Zwischenverbindung - Titantetrachlorid (Ticl₄) umzuwandeln und dann das Intermediat der Hochpurheit zu reduzieren und zu reinigen.
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%), ein qualifiziertes Rohstoff für nachfolgende Reduktionsschritte.
Nach Erhalt von Ticl₄ mit hoher Purity tritt es in den Reduktionsprozess ein, um Titanmetall zu produzieren, und der Mainstream-Prozess ist die thermische Magnesium-Reduktion. Ein durch ineres Argongas geschützter großer Stahlreaktor (Reduktionsofen) wird mit einer ausreichenden Menge geschmolzenem Magnesium (mg) gefüllt. Das raffinierte flüssige Ticl₄ wird langsam in einem geschmolzenen Magnesiumbad bei einer Temperatur von etwa 800 bis 900 Grad mit einer dicht kontrollierten Geschwindigkeit injiziert oder gesprüht. Die wichtigsten Reaktionen, die auftreten, sind: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Dies ist eine intensive exotherme Reaktion, die eine präzise Kontrolle der Fütterungsrate und Temperatur erfordert, um Überhitzung oder Flugtemperaturen zu vermeiden. Das durch die Reaktion erzeugte Titanmetall befindet sich nicht in einem geschmolzenen Zustand, sondern wird in einer lockeren und porösen festen Form an der Innenwand des Reaktors oder auf dem Stahlkorb in der Mitte abgelagert, wodurch die sogenannte "Titanschwamm" bildet, und die Magnesiumchlorid (mgcl₂) erzeugt über dem schmolzenen Magnessium-Schicht, weil die Dichte unter dem Wolkenmagnienschicht unterliegt. Nach der Reaktion wird der gesamte Reaktor unter Argonschutz langsam abgekühlt. Der gekühlte Reaktor enthält Titankavernosum, Restmagnesium (nicht umgesagt) und verfestigtes Magnesiumchlorid. Um diese Komponenten zu trennen und den Titanschwamm weiter zu reinigen, ist eine Vakuumdestillation erforderlich. Der Reaktor als Ganzes oder die entfernten Schwammblöcke werden in einem speziellen Vakuumdestillationsofen gelegt und für eine lange Zeit unter hoher Temperatur (ca. . 920-1010 Grad) und hohem Vakuum (weniger als 0,1 Pa) verarbeitet. In dieser Umgebung werden das restliche Magnesium und das Magnesiumchlorid aufgrund ihres hohen Dampfdrucks bevorzugt verflucht und in der Kühlzone des Ofens kondensiert und gefangen gefangen, während Titan einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweist und fast nichtflüchtet ist, sodass es zurückgehalten und gereinigt werden kann. Die Vakuumdestillation kann effektiv Restmagnesium, Magnesiumchlorid, Wasserstoff in den Poren des höhlenartigen Körpers entfernen und schließlich einen massiven porösen Titanschwamm mit einer Reinheit von normalerweise 99,5% bis 99,7% erhalten. Als Alternative ist die natriumthermische Reduktion im Prinzip ähnlich und unter Verwendung von Metall -Natrium, um TICL₄ mit der Reaktion von Ticl₄ + 4 Na → Ti + 4 NaCl zu reduzieren. Die Natriummethode hat eine niedrige Reaktionstemperatur (ca. 550-600 Grad), und das erzeugte Natriumchlorid ist in Wasser löslicher und wird weggespült. Es muss jedoch eine große Menge an Natriumsalzabwasser behandelt werden, und der Betrieb mit hoher Natriumaktivität erfordert mehr Vorsicht.
Titanschwamm, das durch das Krächerprozess (Magnesium- oder Natriumreduktion) und die Vakuumdestillation erhalten wurde, obwohl die Reinheit sehr hoch ist, enthält immer noch Spurenspaltverunreinigungen (Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff) und Restchlorid und befindet sich in einem porösen und losen Zustand. Um industrielle Titan -Pergots mit Dichte, einheitlicher Zusammensetzung, geringem Verunreinigungsgehalt und hervorragenden mechanischen Eigenschaften zu erhalten, ist es erforderlich, sie zu schmelzen und zu reinigen. Vakuum selbstkonsumierende Elektrodenbogenöfen werden normalerweise zum Schmelzen verwendet. Zuerst wird der Titanschwamm zerkleinert und gescreent, und die Legierungselemente (wie Al, V usw.) werden genau nach der erforderlichen Legierungszusammensetzung übereinstimmen, die gleichmäßig mischt und unter riesigen Druck in Elektrodenblöcke gedrückt wird, und dann werden mehrere Elektrodenblöcke in ausreichend lange selbstkonsumende Elektroden geschweißt. Die Elektrode wird in ein Vakuum- oder Inertgas- (Argon oder Helium) geschütztes Atmosphäreofenofenkammer eines wassergekühlten Kupferstiegels gelegt, und der Lichtbogen wird zwischen der Elektrode und der Innenplatte am Boden des Tiegels entzündet. Die leistungsstarke Lichtbogenwärme schmilzt die Elektrodenspitze, und die geschmolzenen Tröpfchen fallen in den Schmelztiegel, um einen Schmelzpool zu bilden und sich in Pergots zu verfestigen. Das gesamte Verfahren wird in einer Vakuum- oder Inerformatmosphäre durchgeführt, wodurch die Oxidation und die Nitrierung von Titan effektiv verhindert werden. Noch wichtiger ist, dass im geschmolzenen Zustand einige Verunreinigungen mit hohem Dampfdruck (wie Rest -MGCl₂, partieller Sauerstoff, Wasserstoff usw.) weiter verflüssig und entfernt werden, und der Verfestigung des Schmelzpools ist auch der Trennung und Entfernung von Verfällen förderlich. Für High-End-Anwendungen, die extreme Reinheit und Gleichmäßigkeit erfordern, wie Aero-Motorblätter, werden in der Regel zwei oder sogar drei Vakuum-Selbstversand-Bogenschmelzen erforderlich, doch verbessert jedes Schmelzen die Reinheit, Gleichmäßigkeit und Dichte des Titan-Ingots und erhält schließlich große Titan-Legierungen mit extrem niedriger Verfälschung. hochwertige Rohstoffe für anschließende Rollen-, Schmieden- und andere Verarbeitungsprozesse.
Zusammenfassend ist die Reinigung von Titan eine komplexe Systemtechnik, die multidisziplinäre Techniken wie Hochtemperaturchemie, Präzisionstrennung, Vakuummetallurgie und Elektrometallurgie enthält. From the chlorination of ore to obtain pure TiCl₄, to the magnesium/sodium reduction combined with vacuum distillation to produce titanium sponge, to the multiple vacuum arc melting to cast high-purity dense titanium ingots, each step aims to tame the high chemical activity of titanium, eliminate the intrusion of impurities such as oxygen, nitrogen and carbon, and finally transform the potential contained in the ore into "Space Metalle", "Marine Metalle" und "Biophilic Metalle", die hochmoderne Felder wie Luft- und Raumfahrt, Marine Engineering und Biomedicine unterstützen, die seinen einzigartigen Wert als moderne industrielle Perle zeigen.catherine@hiriger.com.
