Kuinka titaania valmistetaan?
Kroll-prosessi
Kroll-prosessi tuottaa enimmäkseen erittäin puhdasta titaania. Tämä alkaa titaanimalmin, joka on pääasiassa ilmeniittiä tai rutiilia, poistamisella ja muunnetaan sitten titaanitetrakloridiksi (TiCl4) karbokloorauksen avulla. Välituoteyhdiste puhdistetaan tislaamalla, ennen kuin se pelkistetään magnesiumin läsnä ollessa inertissä atmosfäärissä titaanisienen saamiseksi. Tuloksena oleva kiinteä titaanisieni poistetaan, rikotaan pieniksi paloiksi ja sulatetaan uudelleen nestemäiseksi metalliksi. William Krollin 1940-luvulla kehittämä menetelmä on edelleen keskeinen titaanin tuotannossa, koska se on kustannustehokas teollisuusvalmiiden metallien valmistuksessa.
Titaanimalmin merkitys tuotannossa
Tehokas ja toimiva tuotantoprosessi vaatii raaka-aineita titaanimetallin luomiseen, jota on saatavilla vain titaanimalmilähteistä. Nykyään käytetään yleisesti kahta ensisijaista malmia ilmeniittiä ja rutiilia. Tyypillisesti ilmeniitti (FeTiO₃) sisältää noin 45-60 % TiO₂, kun taas rutiili (TiO₂) sisältää paljon korkeamman pitoisuuden noin 90-95 %. Jäykkyydestään johtuen rutiililla on alhaisemmat prosessointivaatimukset, mikä tekee siitä edullisemman mutta niukat resurssit.
Tärkeimmät tekniset parametrit:
Titaanidioksidipitoisuus: liittyy suoraan Kroll-prosessin tehokkuuteen riippuen siitä, kuinka puhtaita malmit, kuten rutiili, vähentävät sekä kustannuksia että käsittelyaikaa.
Malmin kovuus: Molemmat mineraalit ovat yleensä kovia, mutta mekaaniset ominaisuudet vaikuttavat jauhatus- ja uuttoprosesseihin.
Epäpuhtaustasot: On suoritettava lisävaiheita epäpuhtauksien, kuten raudan, poistamiseksi ilmeniitistä; tämä vaikuttaa kokonaissatoon ja laatuun.
Valmistajat voivat varmistaa lopullisen titaanimetallin korkeamman tuoton ja puhtaustason hankkimalla ja prosessoimalla oikein korkealaatuista titaanimalmia, mikä parantaa viime kädessä sen käyttöä eri teollisuudenaloilla.
Magnesiumin ja kloridin rooli titaanin tuotannossa
Magnesiumilla ja kloridilla on merkittävä rooli titaanin tuotantoprosessissa Kroll-prosessia käyttämällä. Pelkistysaineena magnesium muuttaa titaanitetrakloridin (TiCl4) lähtöainekseen titaanisienestä. Tämä vaihe sisältää titaanimalmin kloorauksen puhdistetun TiCl4:n, haihtuvan yhdisteen saamiseksi. Titaanioksidi muuttuu tässä vaiheessa TiCl4:ksi kloridin avulla.
Ydinreaktiossa inertissä ilmakehässä sulaa magnesiumia sekoitetaan TiCl4:n kanssa erittäin korkeissa lämpötiloissa noin 800-900 astetta, mikä aiheuttaa TiCl4:n pelkistymisen titaanisieneksi ja MgCl2:n muodostumisen sivutuotteena. Kokonaisreaktio on seuraava:\[ TiCl₄ + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl₂ \]
MgCl2-jäännökset on poistettava yleisesti elektrolyyttisilla tekniikoilla, jotka myös talteenottavat magnesiumia käytettäväksi jälleen tämän syklin aikana, mikä tekee siitä kestävän. Magnesiumin tehokkuus ja puhtausaste kloridin suhteen vaikuttavat suoraan titaanisienien tuottoon ja laatuun, mikä korostaa niiden merkitystä titaanin tuotannossa.
