Titanium, logam yang dikenal dengan rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, resistensi korosi yang luar biasa, dan biokompatibilitas, memiliki berbagai aplikasi yang sangat bergantung pada proses ekstraksi yang efisien dan kemurnian tinggi dan penyempurnaan dari bahan baku bijih. Titanium in nature mainly exists in the form of rutile (TiO₂) or ilmenite (FeTiO₃), and converting these ores into usable pure titanium is a complex and energy-intensive project, and the core challenge is that titanium is very easy to react violently with oxygen, nitrogen, carbon and other elements at high temperatures to form stable compounds, which makes traditional smelting reduction methods almost impossible to apply directly. Oleh karena itu, produksi massal titanium murni (terutama titanium spons) dalam industri terutama bergantung pada metode Kroll dan proses turunannya, dan ide intinya adalah untuk pertama -tama mengubah titanium menjadi senyawa intermediate volatil - titanium tetrachloride (TICL₄), dan kemudian mengurangi dan memurnikan intermediate tinggi.
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%), yang merupakan bahan baku yang memenuhi syarat untuk langkah -langkah pengurangan selanjutnya.
Setelah mendapatkan ticl₄ dengan kemurnian tinggi, ia memasuki proses reduksi untuk menghasilkan logam titanium, dan proses utama adalah reduksi termal magnesium. Reaktor baja besar (tungku reduksi) yang dilindungi oleh gas argon inert diisi dengan jumlah magnesium cair (mg) yang cukup. Ticl₄ cair halus secara perlahan disuntikkan atau disemprotkan ke dalam rendaman magnesium cair pada suhu sekitar 800-900 derajat pada laju yang dikontrol dengan ketat. Reaksi kunci yang terjadi adalah: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Ini adalah reaksi eksotermik yang intens yang membutuhkan kontrol yang tepat dari laju makan dan suhu untuk menghindari suhu overheating atau terbang. The titanium metal produced by the reaction is not in a molten state, but is deposited in a loose and porous solid form on the inner wall of the reactor or on the steel basket in the center, forming the so-called "titanium sponge", and the molten magnesium chloride (MgCl₂) produced floats above the molten magnesium layer because its density is lower than that of magnesium. Setelah reaksi, seluruh reaktor perlahan didinginkan di bawah perlindungan argon. Reaktor dingin mengandung titanium cavernosum, residual magnesium (tidak bereaksi), dan magnesium klorida yang dipadatkan. Untuk memisahkan komponen -komponen ini dan lebih lanjut memurnikan spons titanium, distilasi vakum diperlukan. Reaktor secara keseluruhan atau blok spons yang dilepas ditempatkan dalam tungku distilasi vakum khusus dan diproses untuk waktu yang lama di bawah suhu tinggi (sekitar . 920-1010 derajat) dan vakum tinggi (kurang dari 0,1 PA). Dalam lingkungan ini, residual magnesium dan magnesium klorida secara lebih disukai diuapkan karena tekanan uapnya yang tinggi dan terkondensasi dan terperangkap di zona pendingin tungku, sedangkan titanium memiliki tekanan uap yang sangat rendah dan hampir tidak volatil, sehingga dapat dipertahankan dan dimurnikan. Distilasi vakum dapat secara efektif menghilangkan residual magnesium, magnesium klorida, hidrogen yang diserap dalam pori -pori dari tubuh kavernosa, dan akhirnya mendapatkan spons titanium berpori masif dengan kemurnian biasanya 99,5% hingga 99,7%. Sebagai alternatif, reduksi termal natrium pada prinsipnya serupa, menggunakan natrium logam untuk mengurangi ticl₄ dengan reaksi ticl₄ + 4 na → ti + 4 naCl. Metode natrium memiliki suhu reaksi yang rendah (sekitar 550-600 derajat), dan natrium klorida yang diproduksi lebih larut dalam air dan tersapu, tetapi perlu mengolah sejumlah besar air limbah garam natrium, dan operasi dengan aktivitas natrium yang tinggi membutuhkan lebih banyak kehati-hatian.
Spons titanium yang diperoleh dengan proses Crower (magnesium atau reduksi natrium) dan distilasi vakum, meskipun kemurniannya sangat tinggi, masih mengandung pengotor celah jejak (oksigen, nitrogen, karbon) dan residu klorida, dan dalam keadaan berpori dan longgar. Untuk mendapatkan ingot titanium industri dengan kepadatan, komposisi seragam, kandungan pengotor yang lebih rendah, dan sifat mekanik yang sangat baik, perlu meleleh dan memurnikannya. Tungku busur elektroda yang memakan vakum biasanya digunakan untuk meleleh. Pertama, spons titanium dihancurkan dan disaring, dan elemen paduan (seperti Al, V, dll.) Secara akurat sesuai dengan komposisi paduan yang diperlukan, dicampur secara merata, dan ditekan ke dalam blok elektroda di bawah tekanan besar, dan kemudian beberapa blok elektroda dilas menjadi elektroda yang cukup panjang. Elektroda ditempatkan dalam ruang tungku atmosfer yang dilindungi gas (argon atau helium) yang dilindungi dari wadah tembaga berpendingin air, dan busur dinyalakan antara elektroda dan pelat ingot di bagian bawah wadah. Panas busur yang kuat melelehkan ujung elektroda, dan tetesan cair jatuh ke wadah untuk membentuk kolam lebur dan memadat menjadi ingot. Seluruh proses dilakukan dalam vakum atau atmosfer lembam, secara efektif mencegah oksidasi dan nitriding titanium. Lebih penting lagi, dalam keadaan cair, beberapa kotoran dengan tekanan uap tinggi (seperti residual MGCL₂, oksigen parsial, hidrogen, dll.) Akan lebih volatilisasi dan dihilangkan, dan proses pemadatan kolam lebur juga kondusif untuk pemisahan dan pengangkatan pengabdian. 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 Bahan baku berkualitas tinggi untuk proses rolling, forging, dan pemrosesan lainnya.
Singkatnya, pemurnian titanium adalah rekayasa sistem kompleks yang menggabungkan teknik multidisiplin seperti kimia suhu tinggi, pemisahan presisi, metalurgi vakum, dan elektrometalurgi. Dari klorinasi bijih untuk mendapatkan ticl₄ murni, hingga reduksi magnesium/natrium yang dikombinasikan dengan distilasi vakum untuk menghasilkan titanium spons, ke berbagai peleburan busur vakum untuk menghasilkan titanium yang terkena danslusi, masing-masing langkah yang bertujuan untuk menjinakkan aktivitas titanium yang tinggi, menghilangkan intrusi terhadap intrusi seperti pengadukan, tidak ada intrusi dari intrusi seperti intrusi seperti intrusi seperti intrusi seperti intrusi seperti intrusi seperti intrusi seperti intrusi seperti intrusi. "Logam Luar Angkasa", "Logam Laut" dan "Logam Biofilik" yang mendukung bidang mutakhir seperti kedirgantaraan, rekayasa laut, dan biomedis, menunjukkan nilai uniknya sebagai mutiara industri modern. Jika Anda ingin mengetahui lebih banyak informasi titanium, kontak PLS PLS PLS, PLS Contact, PLS Contactnya.catherine@hiriger.com.
