ไทเทเนียมซึ่งเป็นโลหะที่รู้จักกันดีในเรื่องอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมและความเข้ากันได้ทางชีวภาพมีการใช้งานที่หลากหลายซึ่งพึ่งพากระบวนการสกัดที่มีประสิทธิภาพและมีความบริสุทธิ์สูงและการกลั่นจากวัตถุดิบแร่ ไทเทเนียมในธรรมชาติส่วนใหญ่มีอยู่ในรูปแบบของ rutile (tio₂) หรือ ilmenite (fetio₃) และการแปลงแร่เหล่านี้ให้กลายเป็นไทเทเนียมบริสุทธิ์ที่ใช้งานได้เป็นโครงการที่ซับซ้อนและใช้พลังงานมาก ดังนั้นการผลิตมวลของไทเทเนียมบริสุทธิ์ (โดยเฉพาะฟองน้ำไทเทเนียม) ในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่อาศัยวิธี Kroll และกระบวนการอนุพันธ์ของมันและแนวคิดหลักของมันคือการแปลงไทเทเนียมเป็นสารประกอบกลางที่ระเหยได้ก่อน
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%) ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่ผ่านการรับรองสำหรับขั้นตอนการลดที่ตามมา
หลังจากได้รับticl₄ที่มีความบริสุทธิ์สูงมันจะเข้าสู่กระบวนการลดลงเพื่อผลิตโลหะไทเทเนียมและกระบวนการกระแสหลักคือการลดความร้อนด้วยแมกนีเซียม เครื่องปฏิกรณ์เหล็กขนาดใหญ่ (เตาหลอมลด) ได้รับการป้องกันโดยก๊าซอาร์กอนเฉื่อยเต็มไปด้วยแมกนีเซียมหลอมเหลวในปริมาณที่เพียงพอ (มก.) ticl ของเหลวที่ผ่านการกลั่นจะถูกฉีดอย่างช้าๆหรือพ่นลงในอ่างแมกนีเซียมหลอมเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 800-900 องศาในอัตราที่ควบคุมได้แน่น ปฏิกิริยาสำคัญที่เกิดขึ้นคือ: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l) นี่เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนที่รุนแรงซึ่งต้องมีการควบคุมอัตราการให้อาหารและอุณหภูมิที่แม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงอุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปหรือการบิน โลหะไทเทเนียมที่เกิดจากปฏิกิริยาไม่ได้อยู่ในสถานะหลอมเหลว แต่ถูกสะสมในรูปแบบที่เป็นของแข็งที่หลวมและมีรูพรุนบนผนังด้านในของเครื่องปฏิกรณ์หรือบนตะกร้าเหล็กในศูนย์กลางทำให้เกิด "ฟองน้ำไทเทเนียม" และแมกนีเซียมที่หลอมเหลว หลังจากปฏิกิริยาปฏิกิริยาเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดจะถูกทำให้เย็นลงอย่างช้าๆภายใต้การป้องกันอาร์กอน เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนประกอบด้วยไทเทเนียม cavernosum แมกนีเซียมที่เหลือ (ไม่ทำปฏิกิริยา) และแมกนีเซียมคลอไรด์ที่แข็งตัว ในการแยกส่วนประกอบเหล่านี้และชำระล้างฟองน้ำไทเทเนียมเพิ่มเติมจำเป็นต้องมีการกลั่นด้วยสูญญากาศ เครื่องปฏิกรณ์โดยรวมหรือบล็อกฟองน้ำที่ถอดออกจะถูกวางไว้ในเตาฉีดวัคซีนพิเศษและแปรรูปเป็นเวลานานภายใต้อุณหภูมิสูง (ประมาณ . 920-1010 องศา) และสูญญากาศสูง (น้อยกว่า 0.1 pa) ในสภาพแวดล้อมนี้แมกนีเซียมที่เหลือและแมกนีเซียมคลอไรด์จะถูกระเหยออกเป็นพิเศษเนื่องจากความดันไอสูงของพวกเขาและถูกควบแน่นและติดอยู่ในเขตทำความเย็นของเตาเผาในขณะที่ไทเทเนียมมีแรงดันไอต่ำมาก การกลั่นด้วยสูญญากาศสามารถกำจัดแมกนีเซียมที่เหลือได้อย่างมีประสิทธิภาพแมกนีเซียมคลอไรด์ไฮโดรเจนดูดซับในรูขุมขนของร่างกายโพรงและในที่สุดก็ได้รับฟองน้ำไทเทเนียมที่มีรูพรุนขนาดใหญ่ด้วยความบริสุทธิ์ 99.5% ถึง 99.7% อีกทางเลือกหนึ่งการลดความร้อนของโซเดียมมีความคล้ายคลึงกันในหลักการโดยใช้โซเดียมโลหะเพื่อลดticl₄ด้วยปฏิกิริยาของticl₄ + 4 na → ti + 4 NaCl วิธีโซเดียมมีอุณหภูมิปฏิกิริยาต่ำ (ประมาณ 550-600 องศา) และโซเดียมคลอไรด์ที่ผลิตได้จะละลายได้มากขึ้นในน้ำและล้างออกไป แต่จำเป็นต้องบำบัดน้ำเสียเกลือโซเดียมจำนวนมากและการทำงานที่มีกิจกรรมโซเดียมสูงต้องใช้ความระมัดระวังมากขึ้น
ฟองน้ำไทเทเนียมที่ได้รับจากกระบวนการของ Crower (แมกนีเซียมหรือการลดโซเดียม) และการกลั่นด้วยสูญญากาศแม้ว่าความบริสุทธิ์จะสูงมาก แต่ก็ยังมีสิ่งเจือปนของช่องว่าง (ออกซิเจนไนโตรเจนคาร์บอน) และคลอไรด์ที่เหลืออยู่และอยู่ในสถานะที่มีรูพรุนและหลวม เพื่อที่จะได้รับแท่งไทเทเนียมอุตสาหกรรมที่มีความหนาแน่นองค์ประกอบสม่ำเสมอปริมาณสิ่งเจือปนที่ต่ำกว่าและคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมจำเป็นต้องละลายและชำระให้บริสุทธิ์ มักใช้เตาเผาอาร์คอิเล็กโทรดที่ใช้เวลานานด้วยสูญญากาศสำหรับการหลอมละลาย ครั้งแรกฟองน้ำไทเทเนียมจะถูกบดขยี้และคัดกรองและองค์ประกอบการผสม (เช่น Al, V ฯลฯ ) ถูกจับคู่อย่างแม่นยำตามองค์ประกอบของโลหะผสมที่ต้องการผสมกันอย่างสม่ำเสมอและกดลงในบล็อกอิเล็กโทรดภายใต้แรงดันขนาดใหญ่ อิเล็กโทรดจะถูกวางไว้ในหอการค้าสุญญากาศหรือก๊าซเฉื่อย (อาร์กอนหรือฮีเลียม) หอการค้าเตาเผาที่ระบายความร้อนด้วยน้ำทองแดงและส่วนโค้งถูกจุดไฟระหว่างอิเล็กโทรดและแผ่นโลหะที่ด้านล่างของเบ้าหลอม ความร้อนอาร์คที่ทรงพลังละลายปลายอิเล็กโทรดและหยดหลอมเหลวหลุดออกมาเป็นเบ้าหลอมเพื่อสร้างสระละลายและแข็งตัวเป็นแท่ง กระบวนการทั้งหมดดำเนินการในบรรยากาศสุญญากาศหรือความเฉื่อยป้องกันการเกิดออกซิเดชันและไนไตรด์ของไทเทเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ที่สำคัญกว่านั้นในสภาวะที่หลอมละลายสิ่งสกปรกบางอย่างที่มีความดันไอสูง (เช่นMGCL₂ที่เหลือออกซิเจนบางส่วนไฮโดรเจน ฯลฯ ) จะถูกระเหยและลบออกไปอีก สำหรับการใช้งานระดับสูงที่ต้องใช้ความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอเช่นใบมีดเครื่องยนต์ Aero, การหลอมรวมอาร์คที่ใช้เวลานานสองหรือสามหรือสามหรือสาม วัตถุดิบคุณภาพสูงสำหรับการหมุนการปลอมและกระบวนการประมวลผลอื่น ๆ
โดยสรุปการทำให้บริสุทธิ์ของไทเทเนียมเป็นวิศวกรรมระบบที่ซับซ้อนซึ่งรวมเอาเทคนิคสหสาขาวิชาชีพเช่นเคมีอุณหภูมิสูงการแยกความแม่นยำความแม่นยำโลหะสุญญากาศและไฟฟ้า จากคลอรีนของแร่เพื่อให้ได้ticl₄บริสุทธิ์ไปจนถึงการลดแมกนีเซียม/โซเดียมรวมกับการกลั่นด้วยสูญญากาศเพื่อผลิตฟองน้ำไทเทเนียมไปจนถึงการหลอมรวมส่วนโค้งสูญญากาศหลายครั้งเพื่อให้ได้การเปลี่ยนแท่งไทเทเนียมที่มีความหนาแน่นสูง ใน "Space Metals", "Metals Marine" และ "Biophilic Metals" ที่รองรับทุ่งที่ทันสมัยเช่นการบินและอวกาศวิศวกรรมทางทะเลและชีวการแพทย์แสดงให้เห็นถึงคุณค่าที่เป็นเอกลักษณ์ในฐานะมุกอุตสาหกรรมที่ทันสมัยหากคุณต้องการทราบข้อมูลไทเทเนียมมากขึ้นcatherine@hiriger.com.
