Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Процесс Кролла - это пирометаллургический промышленный процесс, используемый для производства металлического титана из тетрахлорида титана . Процесс Кролла заменил процесс Хантера почти во всем коммерческом производстве. [1]

Процесс [ править ]

В процессе Кролла TiCl 4 восстанавливается жидким магнием с образованием металлического титана:

Восстановление проводят при 800–850 ° C в реторте из нержавеющей стали . [2] [3] Осложнения возникают в результате частичного восстановления TiCl 4 с образованием низших хлоридов TiCl 2 и TiCl 3 . MgCl 2 может быть дополнительно усовершенствован обратно в магний. Полученная пористая металлическая титановая губка очищается выщелачиванием или вакуумной перегонкой . Губку измельчают и прессуют перед плавкой в дуговой вакуумной печи с плавящимся угольным электродом . Расплавленному слитку дают затвердеть в вакууме.. Его часто переплавляют для удаления включений и обеспечения однородности. Эти этапы плавления увеличивают стоимость продукта. Титан примерно в шесть раз дороже нержавеющей стали.

В процессе Хантера , который не является коммерческим, TiCl 4 из хлоридного процесса восстанавливается до металла с помощью натрия. [3]

История и последующие разработки [ править ]

Процесс был изобретен в 1940 году Уильямом Дж. Кроллом в Люксембурге . После переезда в США Кролл разработал метод производства циркония . Многие методы применялись для производства металлического титана, начиная с отчета 1887 года Нильсена и Петтерсена об использовании натрия, который был оптимизирован для коммерческого процесса Хантера . В 1920-х годах ван Аркель описал термическое разложение тетраиодида титана с образованием высокочистого титана. Было обнаружено, что тетрахлорид титана восстанавливается водородом.при высоких температурах с образованием гидридов, которые можно термически обработать до чистого металла. Исходя из этого, Kroll разработал как новые восстановители, так и новое устройство для восстановления тетрахлорида титана. Его высокая реакционная способность по отношению к следовым количествам воды и других оксидов металлов представляет проблему. Значительный успех пришел с использованием кальция в качестве восстановителя, но полученная смесь все еще содержала значительные примеси оксидов. [4] Как сообщили Электрохимическому обществу в Оттаве, большой успех был достигнут при использовании магния при температуре 1000 ° C с использованием реактора с молибденовой оболочкой. [5]Титан Kroll был очень пластичным, что отражало его высокую чистоту. Процесс Kroll вытеснил процесс Хантера и продолжает оставаться доминирующей технологией для производства металлического титана, а также движущей силой большей части мирового производства металлического магния.

Конкурирующие технологии [ править ]

Другие технологии конкурируют с процессом Kroll. Один процесс включает электролиз в виде расплавленной соли . Проблемы с этим процессом включают «редокс-рециркуляцию», выход из строя диафрагмы и отложение дендритов в растворе электролита. Другой процесс, то процесс ФФС Кембридж , [6] был запатентован для твердого электролитического раствора, и его реализация позволит исключить обработку титана губчатого. Также в разработке находится пирометаллургический способ, который включает восстановление промежуточной формы титана алюминием. Он сочетает в себе преимущества пирометаллургии и дешевого восстановителя. [ необходима цитата ]

Процесс магнезиотермического восстановления с водородом («HAMR») восстанавливает TiO2 с помощью магния и водорода с образованием TiH 2 . Далее TiH 2 перерабатывается в металлический титан. [7]

См. Также [ править ]

  • Хлоридный процесс

Ссылки [ править ]

  1. ^ Holleman, AF; Виберг, Э. "Неорганическая химия" Academic Press: Сан-Диего, 2001. ISBN  0-12-352651-5 .
  2. ^ Habashi, F. (ред.) Справочник по добывающей металлургии, Wiley-VCH, Weinheim, 1997.
  3. ^ a b Хайнц Сибум, Фолькер Гюнтер, Оскар Ройдл, Фати Хабаши, Ханс Уве Вольф (2005). «Титан, титановые сплавы и соединения титана». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a27_095 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  4. ^ В. Кролл «Verformbares Titan und Zirkon» (англ .: «Пластичный титан и цирконий») Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie Volume 234, p. 42-50. DOI : 10.1002 / zaac.19372340105
  5. ^ WJ Kroll, «Производство пластичного титана», Сделки Электрохимического общества, том 78 (1940) 35–47.
  6. ^ GZ Chen; DJ Fray; TW Фартинг (2000). «Прямое электрохимическое восстановление диоксида титана до титана в расплавленном хлориде кальция». Природа . 407 (6802): 361–4. Bibcode : 2000Natur.407..361C . DOI : 10.1038 / 35030069 . PMID 11014188 . S2CID 205008890 .  
  7. ^ Ян, Ся (2017). «Водородное магнезиотермическое восстановление (HAMR) коммерческого TiO2 для производства титанового порошка с контролируемой морфологией и размером частиц». Материалы сделок . 58 (3): 355–360.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • П.Кар, Математическое моделирование электродов фазового перехода применительно к процессу FFC, кандидатская диссертация; Калифорнийский университет, Беркли, 2007.

Внешние ссылки [ править ]

  • Титан: метод Кролла : видео на YouTube, загруженное компанией Innovations in Manufacturing в Национальной лаборатории Ок-Ридж.