כיצד מייצרים טיטניום?

תהליך קרול

תהליך Kroll מייצר בעיקר טיטניום בטוהר גבוה. זה מתחיל בהסרה של עפרת טיטניום, שהיא בעיקר אילמניט או רוטיל, ולאחר מכן מומרת לטיטניום טטרכלוריד (TiCl₄) באמצעות פחמיכלור. תרכובת הביניים מטוהרת באמצעות זיקוק לפני צמצום בנוכחות מגנזיום באווירה אינרטית לקבלת ספוג טיטניום. ספוג הטיטניום המוצק שנוצר מוסר, נשבר לחתיכות קטנות ומומס מחדש כדי ליצור מתכת נוזלית. שיטה זו שפותחה על ידי וויליאם קרול בשנות הארבעים של המאה הקודמת, נותרה מרכזית בייצור טיטניום בשל עלות-תועלת שלה בייצור מתכת מוכנה לתעשייה.

החשיבות של עפרות טיטניום בייצור

תהליך הייצור היעיל והיעיל דורש חומרי גלם ליצירת מתכת טיטניום, הזמינה רק ממקורות טיטניום. שני עפרות ראשוניות אילמניט ורוטיל נמצאים בשימוש נפוץ בימינו. בדרך כלל, אילמניט (FeTiO₃) מכיל בערך 45-60% TiO₂ בעוד הרוטיל (TiO₂) מכיל ריכוז גבוה בהרבה בערך 90-95%. כתוצאה מהקשיחות שלו, לרוטיל דרישות עיבוד נמוכות יותר, מה שהופך אותו למשאב עדיף יותר אך דל.

פרמטרים טכניים מרכזיים:

תכולת טיטניום דו חמצני: קשור ישירות למידת היעילות של תהליך הקרול, תלוי עד כמה העפרות, כגון רוטיל, מפחיתות את העלויות והזמן לעיבוד.

קשיות עפרות: שני המינרלים בדרך כלל קשים אך מאפיינים מכניים משפיעים על תהליכי השחזה והמיצוי.

רמות טומאה: יש לבצע צעדים נוספים על מנת להסיר זיהומים כגון ברזל מאילמניט; זה משפיע על התשואה והאיכות הכוללת.

היצרנים יכולים להבטיח תפוקה ורמות טוהר גבוהות יותר במתכת הטיטניום הסופית על ידי מיקור ועיבוד עפרות טיטניום באיכות גבוהה, ובסופו של דבר לשפר את היישום שלה בתעשיות שונות.

תפקידם של מגנזיום וכלוריד בייצור טיטניום

מגנזיום וכלוריד ממלאים תפקידים משמעותיים בתהליך ייצור הטיטניום באמצעות תהליך Kroll. כחומר מפחית, מגנזיום משנה טיטניום טטרכלוריד (TiCl₄) לחומר המוצא שלו מספוג הטיטניום. שלב זה כולל הכלרה של עפרות טיטניום כדי לקבל TiCl₄ מטוהר, תרכובת נדיפה. תחמוצת טיטניום משתנה ל-TiCl4 בשלב זה בעזרת כלוריד.

בתגובת הליבה במהלך אטמוספרה אינרטית, מגנזיום מותך מעורבב עם TiCl₄ בטמפרטורות גבוהות מאוד בסביבות 800-900 מעלות, מה שגורם להפחתה של TiCl₄ לספוג טיטניום ולייצור של MgCl₂ כתוצר לוואי. התגובה הכוללת היא כדלקמן:\[ TiCl₄ + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl₂ \]

יש להסיר את שאריות ה-MgCl2 בדרך כלל באמצעות טכניקות אלקטרוליטיות שגם משחזרות מגנזיום לשימוש שוב בתוך מחזור זה ובכך הופכות אותו לבר-קיימא. היעילות של מגנזיום ורמות הטוהר במונחים של כלוריד משפיעות ישירות על התפוקה והאיכות המיוצרים על ידי ספוגי טיטניום, ובכך מדגישים את משמעותם בייצור טיטניום.