Титан, металл, известный своим высоким соотношением прочности к весу, исключительной коррозионной стойкостью и биосовместимостью, имеет широкий спектр применений, которые в значительной степени зависят от процесса эффективного и высокой чистоты и переработки из рудного сырья. Титан в природе в основном существует в форме рутила (tio₂) или илменита (fetio₃), и превращение этих руд в использование чистого титана является сложным и энергоемким проектом, а основная задача заключается в том, что титан очень прост в насильственной реагировании с кислородом, азотом, углеродом и другими элементами при высоких температурах для формирования Strestable Sompuls, которые делают традиционные SMEL, невозможные для применения. Следовательно, массовое производство чистого титана (особенно губчатая губка титана) в промышленности в основном зависит от метода Кролла и его производного процесса, и его основная идея состоит в том, чтобы сначала преобразовать титан в летучую промежуточное соединение - тетрахлорид титана (ticl₄), а затем уменьшить и очистить промежуточное соединение с высокой работой.
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%), который является квалифицированным сырью для последующих этапов сокращения.
После получения тикла высокой чистоты он входит в процесс восстановления для получения титанового металла, а основным процессом является тепловое восстановление магния. Большой стальной реактор (редуктивная печь), защищенная инертным газом аргона, заполнен достаточным количеством расплавленного магния (мг). Рафинированный жидкий тикл медленно вводится или опрыскивается в ванну с расплавленной магнией при температуре около 800-900 градусов с плотно контролируемой скоростью. Ключевые реакции, которые возникают: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Это интенсивная экзотермическая реакция, которая требует точного контроля скорости кормления и температуры, чтобы избежать перегрева или температуры полета. Титановый металл, полученный в результате реакции, не находится в расплавленном состоянии, но осаждается в свободной и пористой твердой форме на внутренней стенке реактора или на стальной корзине в центре, образуя так называемую «титановую губку», а расплавленное хлорид магния (MgCl₂) приводил к плавут над слоем расплавленного магния, потому что его плотность находится ниже, чем в ниже той, чем в ниже тем, чем в более низком уровне. После реакции весь реактор медленно охлаждается под защитой аргона. Охлажденный реактор содержит титановый кавернозум, остаточный магний (непрореагировав) и затвердевший хлорид магния. Чтобы разделить эти компоненты и дополнительно очистить титановую губку, требуется вакуумная дистилляция. Реактор в целом или удаленные губчатые блоки размещаются в специальной вакуумной дистилляционной печи и обрабатываются в течение длительного времени при высокой температуре (прибл. В этой среде остаточный магний и хлорид магния предпочтительно улетучиваются из-за их высокого давления паров и конденсируются и охватывают в зоне охлаждения печи, в то время как титан имеет очень низкое давление паров и почти нелетучнее, поэтому его можно сохранить и очистить. Вакуумная дистилляция может эффективно удалять остаточный магний, хлорид магния, водород, адсорбированный в полях кавернозного тела, и, наконец, получить массивную пористую губку титана с чистотой обычно от 99,5% до 99,7%. В качестве альтернативы тепловое восстановление натрия в принципе аналогично, используя металлический натрий, чтобы уменьшить тикл с реакцией ticl₄ + 4 na → ti + 4 naCl. Метод натрия имеет низкую температуру реакции (около 550-600 градусов), а образуемый хлорид натрия более растворим в воде и промывается, но ему необходимо обработать большое количество сточных вод натрия, а операция с высокой активностью натрия требует большей осторожности.
Титановая губка, полученная путем процесса развития (восстановление магния или натрия) и вакуумной дистилляции, хотя чистота очень высока, все еще содержит примеси следов зазора (кислород, азот, углерод) и остаточный хлорид и находится в пористом и свободном состоянии. Чтобы получить промышленные титановые слитки с плотностью, равномерным составом, более низким содержанием примесей и превосходными механическими свойствами, необходимо растопить и очистить их. Паккуумные электродные дуговые печи обычно используются для таяния. Во-первых, титановая губка раздавлена и экранируется, а легирующие элементы (такие как AL, V и т. Д.) Точно соответствуют необходимому составу сплавов, равномерно смешиваются и прижимают к электродным блокам под огромным давлением, а затем множественные электродные блоки сварены в достаточно длинные электроды. Электрод помещается в вакуум или инертный газ (аргон или гелий), защищенную атмосферной камерой печи с медным тиглем из водяного охлаждения, а дуга зажигается между электродом и слизняком в нижней части типиля. Мощное тепло дуга растает наконечник электрода, и расплавленные капли падают в тигр, образуя бассейн расплава, и затвердевают в слитки. Весь процесс осуществляется в вакууме или инертной атмосфере, эффективно предотвращая окисление и ниотлирование титана. Что еще более важно, в расплавленном состоянии некоторые примеси с высоким давлением паров (такие как остаточный MgCl₂, частичный кислород, водород и т. Д.) Будут дополнительно улетучены и удаляются, а процесс затвердевания пула расплава также способствует сегрегации и удалению примесей. 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 сырье для последующего проката, ковки и других процессов обработки.
Таким образом, очистка титана представляет собой сложную систему, которая включает в себя междисциплинарные методы, такие как высокотемпературная химия, точное разделение, вакуумная металлургия и электрометаллургия. От хлорирования руды до получения чистого тикла, до восстановления магния/натрия в сочетании с вакуумной дистилляцией с образованием титановой губки, до множественной вакуумной дуги таяния, чтобы лишить плотного титана с высокой чистой трубкой, каждый из которых направлен на то, чтобы укротить высокую химическую активность титана, устранение интразируемости в пространстве, таких как оксигена, азот и углерода, и, наконец, унылый, и, наконец, унылый. Металлы »,« Морские металлы »и« биофильные металлы », которые поддерживают передовые поля, такие как аэрокосмическая, морская техника и биомедицина, показывая ее уникальную ценность как современную промышленную жемчужину. Если вы хотите узнать больше информации о титане, пожалуйста, контакт, пожалуйстаcatherine@hiriger.com.
