Titānam, metālam, kas pazīstams ar savu augsto izturības un svara attiecību, izcilu izturību pret koroziju un bioloģisko savietojamību, ir plašs pielietojums, kas lielā mērā paļaujas uz efektīvas un augstas iztikas ieguves procesu un pilnveido no rūdas izejvielām. Titāns dabā galvenokārt pastāv rutila (tio₂) vai ilmenīta (fetio₃) formā, un šo rūdu pārveidošana par izmantojamu titānu ir sarežģīts un energoietilpīgs projekts, un pamat izaicinājums ir tas, ka titāns ir ļoti viegli, lai vardarbīgi reaģētu ar skābekli, slāpekli, oglekli, kas ir gandrīz neiespējami, lai veidotu stabilu savienojumu, kas ir tradicionālais smēķēšana, ogleklis. Tāpēc tīra titāna masveida ražošana (īpaši titāna sūklis) rūpniecībā galvenokārt balstās uz Kroll metodi un tā atvasināto instrumentu procesu, un tā galvenā ideja ir vispirms pārveidot titānu par nepastāvīgu starpposma savienojumu - titāna tetrahlorīdu (TICL₄) un pēc tam samazināt un attīrīt augstastības starpproduptu.
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%), kas ir kvalificēta izejviela turpmākām samazināšanas posmiem.
Pēc augstas tīrības pakāpes TICL₄ iegūšanas tas nonāk reducēšanas procesā, lai iegūtu titāna metālu, un vispārizglītojošais process ir magnija termiskais samazinājums. Lielu tērauda reaktoru (reducēšanas krāsni), ko aizsargā ar inertu argona gāzi, piepilda ar pietiekamu daudzumu izkausēta magnija (mg). Rafinētu šķidrumu ticl₄ lēnām ievada vai izsmidzina izkausētā magnija vannā apmēram 800–900 grādu temperatūrā ar stingri kontrolētu ātrumu. Galvenās reakcijas ir: Ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Šī ir intensīva eksotermiska reakcija, kurai nepieciešama precīza barošanas ātruma un temperatūras kontrole, lai izvairītos no pārkaršanas vai lidošanas temperatūras. Titāna metāls, ko rada reakcija, nav izkusušā stāvoklī, bet ir nogulsnēts vaļā un poraina cietā formā uz reaktora iekšējās sienas vai uz tērauda groza centrā, veidojot tā saukto “titāna sūkli”, un izkausētais magnija hlorīds (mgcl₂) ražotais pludiņš virs izkausētā magnija slāņa, jo tā ir zemāka par magniju. Pēc reakcijas viss reaktors lēnām atdzesē argona aizsardzībā. Atdzesētajā reaktorā ir titāna kavernosums, atlikušais magnijs (nereaģēts) un sacietējis magnija hlorīds. Lai atdalītu šos komponentus un vēl vairāk attīrītu titāna sūkli, nepieciešama vakuuma destilācija. Reaktors kopumā vai noņemtajiem sūkļa blokiem tiek ievietoti īpašā vakuuma destilācijas krāsnī un ilgstoši apstrādāti augstā temperatūrā (apm. Šajā vidē atlikušais magnija un magnija hlorīds ir vēlams, lai to augstais tvaika spiediena dēļ būtu vēlams iztvaikot, un tie tiek kondensēti un ieslodzīti krāsns dzesēšanas zonā, savukārt titānam ir ļoti zems tvaika spiediens un tas ir gandrīz nepastāvīgs, tāpēc to var saglabāt un attīrīt. Vakuuma destilācija var efektīvi noņemt atlikumu magniju, magnija hlorīdu, ūdeņradi, kas adsorbēts kavernozā ķermeņa porās, un visbeidzot iegūst masīvu porainu titāna sūkli ar tīrību parasti no 99,5% līdz 99,7%. Kā alternatīva nātrija termiskā reducēšana principā ir līdzīga, izmantojot metāla nātriju, lai samazinātu TICL₄, reaģējot uz ticl₄ + 4 na → ti + 4 naCl. Nātrija metodei ir zema reakcijas temperatūra (apmēram 550–600 grādi), un saražotais nātrija hlorīds ir daudz šķīstāks ūdenī un mazgā, taču tai jāapstrādā liels daudzums nātrija sāls notekūdeņu, un darbībai ar augstu nātrija aktivitāti nepieciešama lielāka piesardzība.
Titāna sūklis, kas iegūts ar līča procesu (magnija vai nātrija reducēšana) un vakuuma destilāciju, kaut arī tīrība ir ļoti augsta, joprojām satur mikroelementu spraugas (skābeklis, slāpeklis, ogleklis) un atlikušo hlorīdu, un tas atrodas porainā un vaļīgā stāvoklī. Lai iegūtu rūpnieciskos titāna lietņus ar blīvumu, vienmērīgu sastāvu, zemāku piemaisījumu saturu un lieliskām mehāniskām īpašībām, tie ir jānošķir un attīra. Kūstīšanai parasti tiek izmantotas vakuuma paturošas elektrodu loka krāsnis. Pirmkārt, titāna sūkli tiek sasmalcināti un pārbaudīti, un leģējošie elementi (piemēram, Al, V utt.) Tiek precīzi saskaņoti pēc nepieciešamā sakausējuma sastāva, sajaukti vienmērīgi un iespiesti elektrodu blokos zem milzīga spiediena, un pēc tam vairāki elektrodu bloki tiek metināti pietiekami ilgos pašsajūtas elektrodos. Elektrodu novieto vakuumā vai inertā gāzē (argons vai hēlijs) aizsargājama atmosfēras krāsns kamerā ar ūdeni dzesēta vara tīģeli, un loka tiek aizdedzināta starp elektrodu un lietņu plāksni tīģeļa apakšā. Spēcīgais loka siltums izkausē elektrodu galu, un izkausētie pilieni ietilpst tīģelī, lai veidotu kausēšanas baseinu un sacietētu lietojumos. Viss process tiek veikts vakuumā vai inertā atmosfērā, efektīvi novēršot titāna oksidāciju un nitringu. Vēl svarīgāk ir tas, ka izkausētā stāvoklī daži piemaisījumi ar augstu tvaika spiedienu (piemēram, atlikušo mgcl₂, daļēju skābekli, ūdeņradi utt.) Tiks vēl vairāk iztvaicēti un noņemti, un kausējuma baseina sacietēšanas process arī veicina impēriju segregāciju un noņemšanu. For high-end applications that require extreme purity and uniformity, such as aero engine blades, two or even three vacuum self-consuming arc melting is usually required, each melting further improves the purity, uniformity and density of the titanium ingot, and finally obtains large titanium alloy ingots with extremely low impurity content (such as oxygen content can be controlled below 0.1%), uniform and dense structure, and excellent performance, providing high-quality Izejvielas turpmākajiem velmēšanas, kalšanas un citiem apstrādes procesiem.
Rezumējot, titāna attīrīšana ir sarežģīta sistēmas inženierija, kas ietver daudzdisciplināras metodes, piemēram, augstas temperatūras ķīmiju, precīzu atdalīšanu, vakuuma metalurģiju un elektrometalurģiju. Sākot no rūdas hlorēšanas, lai iegūtu tīru ticl₄, līdz magnija/nātrija reducēšanai, apvienojumā ar vakuuma destilāciju, lai iegūtu titāna sūkli, līdz daudzkārtējiem vakuuma loka, kas kausēta, lai izmestu augstas iztēles blīvus titāna lietojumus, katra soļa mērķis ir pieradināt titāna augsto ķīmisko aktivitāti, beidzot transformējoties, kas ir Impurācijas, piemēram, oksigēna, nitrogēna, un, kas ir iekšā, kas ir oksidē, un beidzot ar to, kā arī oksidē. Metāli "," Jūras metāli "un" biofīlie metāli ", kas atbalsta tādus progresīvus laukus kā aviācijas un kosmosa, jūras inženierija un biomedicīna, parādot tā unikālo vērtību kā modernai rūpnieciskajai pērlei. Ja vēlaties uzzināt vairāk informācijas par titānu, PLS Contact Contactcatherine@hiriger.com.
