Tytanium, metal znany z wysokiego stosunku wytrzymałości do masy, wyjątkowej odporności na korozję i biokompatybilności, ma szeroki zakres zastosowań, które w dużej mierze opierają się na procesie wydajnego i wysokiej jakości ekstrakcji i rafinacji z surowców rudy. Nature tytanowe istnieje głównie w postaci rutylu (tiO₂) lub ilmenitu (Fetio₃) i przekształcanie tych rud w użyteczne czyste tytan jest złożonym i energooszczędnym projektem, a podstawowym wyzwaniem jest to, że tytan jest bardzo łatwy do gwałtownego reagowania tlenu, azotem, węglem i innymi elementami w wysokim temperaturze temperatury, co stanowi tradycyjne metody redukcji. Dlatego masowa produkcja czystego tytanu (zwłaszcza gąbki tytanowej) w przemyśle opiera się głównie na metodzie KROLL i jej procesie pochodnym, a jego podstawowym pomysłem jest najpierw przekształcenie tytanu w lotny związek pośredni - tetrachlorku tytanowego (TICL₄), a następnie zmniejszenie i oczyszczenie i oczyszczenie pośredniego bezpieczeństwa.
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%), który jest kwalifikowanym surowcem do późniejszych etapów redukcji.
Po uzyskaniu TICL₄ o wysokiej czystości, wchodzi do procesu redukcji w celu wytwarzania metalu tytanowego, a procesem głównego nurtu jest redukcja termiczna magnezu. Duży stalowy reaktor (piec redukcyjny) chroniony przez obojętny gaz argonowy jest wypełniony wystarczającą ilością stopionego magnezu (mg). Rafinowany ciekł Ticl₄ jest powoli wstrzykiwany lub rozpylany do stopionej kąpieli magnezowej w temperaturze około 800-900 stopni przy ściśle kontrolowanej prędkości. Kluczowe reakcje, które występują: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Jest to intensywna egzotermiczna reakcja, która wymaga precyzyjnej kontroli szybkości żywienia i temperatury, aby uniknąć przegrzania lub temperatur latania. Tytanowy metal wytwarzany przez reakcję nie jest w stanie stopionym, ale jest osadzony w luźnej i porowatej stałej postaci na wewnętrznej ścianie reaktora lub na stalowym koszu w środku, tworząc tak zwaną „gąbkę tytanową”, a stopiony chlorek magnezu (mgcl₂) wytworzył pływak nad molnącą warstwą magnezu, ponieważ jego gęstość jest niższa niż z zasobów magnetycznych. Po reakcji cały reaktor jest powoli chłodzony przy ochronie argonu. Chłodzony reaktor zawiera tytanowe jaskinię, resztkowe magnez (nieprzereagowane) i zestalony chlorek magnezu. Aby oddzielić te komponenty i dalej oczyścić gąbkę tytanową, wymagana jest destylacja próżniowa. Reaktor jako całość lub usunięte bloki gąbki są umieszczane w specjalnym piecu destylacyjnym próżniowym i przetwarzane przez długi czas w wysokiej temperaturze (ok. . 920-1010) i wysokiej próżni (mniej niż 0,1 Pa). W tym środowisku resztkowy magnez i chlorek magnezu są preferencyjnie uwięzione z powodu wysokiego ciśnienia pary i są skondensowane i uwięzione w strefie chłodzenia pieca, podczas gdy tytan ma bardzo niskie ciśnienie pary i jest prawie nielotne, dzięki czemu można go zatrzymać i oczyszczyć. Destylacja próżniowa może skutecznie usuwać resztkowe magnez, chlorek magnezu, wodór zaadsorbowany w porach jamistego ciała, a na koniec uzyskać masywną porowatą gąbkę tytanową o czystości zwykle 99,5% do 99,7%. Alternatywnie, redukcja termiczna sodu jest zasadniczo podobna, stosując metalowy sód do zmniejszenia ticl₄ z reakcją Ticl₄ + 4 na → ti + 4 NaCl. Metoda sodu ma niską temperaturę reakcji (około 550–600 stopni), a wytwarzany chlorek sodu jest bardziej rozpuszczalny w wodzie i zmyty, ale musi leczyć dużą ilość ścieków sodu sodu, a działanie o wysokiej aktywności sodu wymaga większej ostrożności.
Gąbka tytanowa uzyskana przez proces Crower (redukcja magnezu lub sodu) i destylacja próżniowa, chociaż czystość jest bardzo wysoka, nadal zawiera zanieczyszczenia szczeliny śladowej (tlen, azot, węgiel) i chlorek resztkowy i jest w stanie porowatym i luźnym. Aby uzyskać wlewki tytanu przemysłowego o gęstości, jednolitej składu, niższej zawartości zanieczyszczenia i doskonałych właściwościach mechanicznych, konieczne jest ich stopienie i oczyszczenie. Do topnienia zwykle stosuje się samozwańcze piece łukowe elektrody. Po pierwsze, gąbka tytanowa jest zmiażdżona i przesiewana, a elementy stopowe (takie jak Al, V itp.) Są dokładnie dopasowane zgodnie z wymaganym składem stopowym, mieszanym równomiernie i wciśniętym w bloki elektrod pod ogromnym ciśnieniem, a następnie wiele bloków elektrod jest spawanych w wystarczającą samokonywanie elektrod. Elektrodę umieszcza się w próżni lub gazie obojętnym (argon lub hel) komora pieca atmosfery chronionej w wodzie miedzianego tygla, a łuk zapala się między elektrodą a płytą wlewkową na dnie tygla. Potężne ciepło łukowe topi końcówkę elektrody, a stopione kropelki wpadają do tygla, tworząc topni i zestala się w wlewki. Cały proces przeprowadza się w atmosferze próżniowej lub obojętnej, skutecznie zapobiegając utlenianiu i azotowaniu tytanu. Co ważniejsze, w stanie stopionym pewne zanieczyszczenia o wysokim ciśnieniu pary (takie jak resztkowy MGCL₂, częściowy tlen, wodór itp.) Zostaną dalsze uwięzowane i usunięte, a proces zestalania puli topniowej jest również sprzyjający segregacji i usunięciu zanieczyszczeń. W przypadku zastosowań wysokiej klasy, które wymagają ekstremalnej czystości i jednorodności, takich jak ostrza silnika aerodynamicznego, dwa lub nawet trzy próżniowe topienie łuku, każde topnienie dodatkowo poprawia czystość, jednolitość i gęstość wlewki tytanowej, a ostatecznie uzyskuje duże wlewki z tytanu, z wyjątkowo niską zawartością zanieczyszczeń (takie jak oksyn, można kontrolować poniżej 0,1%), jednolitą i doskonałą wydajność i doskonałą wydajność, obsługę, obsługę, obsługę. Wysokiej jakości surowce do późniejszych procesów toczenia, kucia i innych procesów przetwarzania.
Podsumowując, oczyszczanie tytanu jest złożoną inżynierią systemową, która obejmuje techniki multidyscyplinarne, takie jak chemia w wysokiej temperaturze, separacja precyzyjna, metalurgia próżniowa i elektrometalurgia. Od chlorowania rudy w celu uzyskania czystego ticl₄, do redukcji magnezu/sodu w połączeniu z destylacją próżniową w celu wytworzenia gąbki tytanowej, po wielokrotne topienie łukowe próżniowe, aby rzucić gęste gęste wlewki tytanowe, a następnie przekształcają potencjał w stałym poziomie. Metale ”,„ Metale morskie ”i„ Metale biofilowe ”, które obsługują najnowocześniejsze pola, takie jak lotnisko, inżynieria morska i biomedycyna, pokazująca swoją unikalną wartość jako nowoczesną perłę przemysłową. Jeśli chcesz poznać więcej informacji tytanowych, pral kontaktcatherine@hiriger.com.
