Titàn, metal la li te ye pou gwo fòs-a-pwa rapò li yo, eksepsyonèl rezistans korozyon, ak biocompatibility, gen nan yon pakèt domèn aplikasyon ki depann anpil sou pwosesis la nan fè ekstraksyon efikas ak wo-pite ak raffinage soti nan minrè matyè premyè. 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 dirèkteman. Se poutèt sa, pwodiksyon an mas nan pi bon Titàn (espesyalman eponj Titàn) nan endistri sitou depann sou metòd la Kroll ak pwosesis derive li yo, ak lide debaz li yo se premye konvèti Titàn nan yon temèt konpoze entèmedyè - Titàn tetrachlorid (TICL₄), ak Lè sa a, diminye ak pirifye entèmedyè a segondè.
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%), ki se yon materyèl ki kalifye anvan tout koreksyon pou etap rediksyon ki vin apre.
Apre ou fin jwenn wo-pite TICL₄, li antre nan pwosesis la rediksyon yo pwodwi metal Titàn, ak pwosesis la endikap se mayezyòm rediksyon tèmik. Yon gwo reaktè asye (gwo founo dife) ki pwoteje pa gaz inaktif Agon plen ak yon kantite lajan ase nan moltenum fonn (mg). Ticl₄ likid rafine a tou dousman sou fòm piki oswa flite nan yon beny moltenum fonn nan yon tanperati ki sou 800-900 degre nan yon pousantaj byen kontwole. Reyaksyon kle yo ki rive yo se: ticl₄ (g) + 2 mg (l) → ti (s) + 2 mgcl₂ (l). Sa a se yon reyaksyon entans ègzotèrmik ki egzije pou kontwòl egzak nan pousantaj la manje ak tanperati pou fè pou evite surchof oswa vole tanperati. Metal la Titàn ki te pwodwi pa reyaksyon an se pa nan yon eta fonn, men se depoze nan yon fòm ki lach ak poreu sou miray la anndan nan reaktè a oswa sou panyen an asye nan sant la, fòme sa yo rele "Titàn eponj la", ak klorid la fonn. Apre reyaksyon an, se reaktè a tout tou dousman refwadi anba pwoteksyon Agon. Reaktè a refwadi gen Titàn cavernosum, mayezyòm rezidyèl (unreacted), ak solidifye klori mayezyòm. Pou separe konpozan sa yo ak plis pirifye eponj la Titàn, se distilasyon vakyòm obligatwa. Reaktè a kòm yon antye oswa blòk yo eponj retire yo mete yo nan yon gwo founo dife distilasyon espesyal ak trete pou yon tan long anba tanperati ki wo (approx . 920-1010 degre) ak segondè vakyòm (mwens pase 0.1 Pa). Nan anviwònman sa a, rezidyèl mayezyòm ak klori mayezyòm yo preferansyèlman volatilize akòz presyon segondè vapè yo epi yo kondanse ak bloke nan zòn nan refwadisman nan gwo fou a, pandan y ap Titàn gen yon presyon vapè ki ba anpil epi li se prèske ki pa temèt, se konsa li ka kenbe ak pirifye. Distilasyon vakyòm ka efektivman retire mayezyòm rezidyèl, klori mayezyòm, idwojèn adsorbed nan porositë yo nan kò a kavèrneuz, epi finalman jwenn masiv eponj Titàn pore ak yon pite anjeneral 99.5% a 99.7%. Kòm yon altènatif, sodyòm rediksyon tèmik se menm jan an nan prensip, lè l sèvi avèk sodyòm metal diminye ticl₄ ak reyaksyon an nan ticl₄ + 4 na → ti + 4 NaCl. Metòd la sodyòm gen yon tanperati reyaksyon ki ba (apeprè 550-600 degre), ak klori a sodyòm ki pwodui se plis soluble nan dlo ak lave lwen, men li bezwen trete yon gwo kantite dlo nan dlo ize sodyòm, ak operasyon an ak aktivite sodyòm segondè mande pou plis prekosyon.
Titàn eponj jwenn nan pwosesis la crower (mayezyòm oswa rediksyon sodyòm) ak distilasyon vakyòm, byenke pite a se trè wo, toujou gen enpurte espas tras (oksijèn, azòt, kabòn) ak klori rezidyèl, epi li se nan yon eta ki pore ak ki lach. Yo nan lòd yo jwenn endistriyèl lengote Titàn ak denseness, konpozisyon inifòm, pi ba kontni malpwòpte, ak ekselan pwopriyete mekanik, li nesesè yo fonn ak pirifye yo. Founal elektwòd ki gen vakyòm ak elèktrod yo itilize pou fonn. Premyèman, se eponj la Titàn kraze ak tès depistaj, ak eleman yo alyaj (tankou AL, V, elatriye) yo avèk presizyon matche dapre konpozisyon an alyaj yo mande yo, melanje respire, ak bourade nan blòk electrodes anba gwo presyon, ak Lè sa a, blòk elektwòd miltip yo soude nan ase lontan pwòp tèt ou-konsome electrodes. Se electrodes a mete yo nan yon vakyòm oswa inaktif gaz (Agon oswa elyòm) pwoteje chanm atmosfè gwo founo dife nan yon dlo-refwadi kwiv crucible, epi li se ark la deklanche ant electrodes la ak plak la lengot nan pati anba a nan kreze an. Chalè a ark pwisan fonn pwent an electrodes, ak ti gout yo fonn tonbe nan kreze a yo fòme yon pisin fonn ak solidifye nan lengote. Se tout pwosesis la te pote soti nan yon vakyòm oswa atmosfè inaktif, efektivman anpeche oksidasyon an ak nitrid nan Titàn. Pi enpòtan, nan eta a fonn, kèk enpurte ki gen gwo presyon vapè (tankou rezidyèl MGCL₂, oksijèn pasyèl, idwojèn, elatriye) pral plis volatilize ak retire, ak pwosesis la solidifikasyon nan pisin lan fonn tou se fezab nan segregasyon an ak retire nan enpurte. 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 Ekselan pèfòmans, bay-wo kalite matyè premyè pou ki vin apre woule, tou, tankou ak lòt pwosesis pwosesis.
An rezime, pou pirifye nan Titàn se yon jeni sistèm konplèks ki enkòpore teknik miltidisiplinè tankou chimi-wo tanperati, separasyon presizyon, metaliji vakyòm, ak electrometallurgy. From the chlorination of ore to obtain pure TiCl₄, to the magnesium/sodium reduction combined with vacuum distillation to produce titanium sponge, to the multiple vacuum arc melting to cast high-purity dense titanium ingots, each step aims to tame the high chemical activity of titanium, eliminate the intrusion of impurities such as oxygen, nitrogen and carbon, and finally transform the potential contained in the minrè nan "metal espas", "metal maren" ak "metal byofil" ki sipòte jaden dènye kri tankou avyon, jeni marin, ak biomedicine, ki montre valè inik li yo kòm yon modèn pèl endistriyèl.Si ou vle konnen plis enfòmasyon Titanium, PLS kontakcatherine@hiriger.com.
