Hoe wordt titanium geproduceerd?

Het Kroll-proces

Het Kroll-proces produceert meestal titanium met een hoge zuiverheid. Dit begint met de verwijdering van titaniumerts, dat voornamelijk uit ilmeniet of rutiel bestaat, en vervolgens door carbochlorering omgezet in titaniumtetrachloride (TiCl₄). De tussenproductverbinding wordt gezuiverd door middel van destillatie voordat deze wordt gereduceerd in aanwezigheid van magnesium onder een inerte atmosfeer om een ​​titaniumspons te verkrijgen. De vaste titaniumspons die ontstaat, wordt verwijderd, in kleine stukjes gebroken en opnieuw gesmolten om vloeibaar metaal te verkrijgen. Deze methode, ontwikkeld door William Kroll in de jaren veertig, blijft centraal staan ​​in de titaniumproductie vanwege de kosteneffectiviteit bij de productie van industrieel gereed metaal.

Het belang van titaniumerts in de productie

Het efficiënte en effectieve productieproces vereist grondstoffen voor het maken van titaniummetaal, dat alleen verkrijgbaar is bij titaniumertsbronnen. Twee primaire ertsen, ilmeniet en rutiel, worden tegenwoordig veel gebruikt. Normaal gesproken bevat ilmeniet (FeTiO₃) ongeveer 45-60% TiO₂, terwijl rutiel (TiO₂) een veel hogere concentratie bevat, ongeveer 90-95%. Als gevolg van zijn rigiditeit heeft rutiel lagere verwerkingseisen, waardoor het een meer geprefereerde maar schaarse hulpbron is.

Belangrijkste technische parameters:

Titaandioxidegehalte: houdt rechtstreeks verband met hoe efficiënt het Kroll-proces zal zijn, afhankelijk van hoe zuiver de ertsen, zoals rutiel, zowel de kosten als de verwerkingstijd verminderen.

Ertshardheid: Beide mineralen zijn over het algemeen hard, maar mechanische eigenschappen beïnvloeden de maal- en extractieprocessen.

Onzuiverheidsniveaus: Er moeten aanvullende stappen worden ondernomen om onzuiverheden zoals ijzer uit ilmeniet te verwijderen; dit heeft invloed op de algehele opbrengst en kwaliteit.

Fabrikanten kunnen hogere opbrengst- en zuiverheidsniveaus in het uiteindelijke titaniummetaal garanderen door hoogwaardig titaniumerts op de juiste manier in te kopen en te verwerken, waardoor uiteindelijk de toepassing ervan in verschillende industrieën wordt verbeterd.

Rol van magnesium en chloride bij de productie van titanium

Magnesium en chloride spelen een belangrijke rol in het titaniumproductieproces met behulp van het Kroll-proces. Als reductiemiddel verandert magnesium titaniumtetrachloride (TiCl₄) in zijn uitgangsmateriaal uit de titaniumspons. Deze stap omvat het chloreren van titaniumerts om gezuiverd TiCl₄, een vluchtige verbinding, te verkrijgen. Titaanoxide verandert in dit stadium met behulp van chloride in TiCl₄.

In de kernreactie tijdens een inerte atmosfeer wordt gesmolten magnesium gemengd met TiCl₄ bij zeer hoge temperaturen rond de 800-900 graad, waardoor de reductie van TiCl₄ tot titaniumspons en de productie van MgCl₂ als bijproduct ontstaat. De algemene reactie is als volgt:\[ TiCl₄ + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl₂ \]

De MgCl₂-resten moeten algemeen worden verwijderd via elektrolytische technieken, waarbij ook magnesium wordt teruggewonnen voor gebruik binnen deze cyclus, waardoor het duurzaam wordt. De efficiëntie van magnesium en de zuiverheidsniveaus in termen van chloride hebben een directe invloed op de opbrengst en kwaliteit die door titaniumsponzen worden geproduceerd, waardoor hun belang bij de titaniumproductie wordt benadrukt.