ไทเทเนียมผลิตได้อย่างไร?

กระบวนการโครลล์

กระบวนการ Kroll ส่วนใหญ่จะผลิตไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง โดยเริ่มต้นจากการกำจัดแร่ไทเทเนียม ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอิลเมไนต์หรือรูไทล์ จากนั้นจึงแปลงเป็นไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (TiCl₄) ผ่านทางคาร์โบคลอริเนชัน สารประกอบขั้นกลางถูกทำให้บริสุทธิ์โดยใช้การกลั่นก่อนที่จะถูกรีดิวซ์เมื่อมีแมกนีเซียมภายใต้บรรยากาศเฉื่อยเพื่อให้ได้ฟองน้ำไทเทเนียม ฟองน้ำไทเทเนียมแข็งที่ได้ผลลัพธ์จะถูกเอาออก แตกเป็นชิ้นเล็ก ๆ แล้วนำไปหลอมใหม่เพื่อให้ได้โลหะเหลว วิธีนี้พัฒนาโดย William Kroll ในปี 1940 โดยยังคงเป็นศูนย์กลางในการผลิตไทเทเนียม เนื่องจากมีความคุ้มทุนในการผลิตโลหะพร้อมใช้ในอุตสาหกรรม

ความสำคัญของแร่ไทเทเนียมในการผลิต

กระบวนการผลิตที่มีประสิทธิภาพและประสิทธิผลต้องใช้วัตถุดิบในการสร้างโลหะไทเทเนียม ซึ่งหาได้จากแหล่งแร่ไทเทเนียมเท่านั้น แร่อิลเมไนต์และรูไทล์หลักสองชนิดถูกใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน โดยทั่วไป อิลเมไนต์ (FeTiO₃) มีประมาณ 45-60% TiO₂ ในขณะที่รูไทล์ (TiO₂) มีความเข้มข้นสูงกว่ามากประมาณ 90-95% จากความแข็งแกร่งของมัน rutile จึงมีข้อกำหนดในการประมวลผลที่ต่ำกว่า ทำให้เป็นทรัพยากรที่ดีกว่าแต่หายาก

พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญ:

ปริมาณไทเทเนียมไดออกไซด์: เกี่ยวข้องโดยตรงกับประสิทธิภาพของกระบวนการ Kroll ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของแร่ เช่น รูไทล์ ซึ่งช่วยลดต้นทุนและเวลาในการแปรรูปได้

ความแข็งของแร่: แร่ธาตุทั้งสองโดยทั่วไปมีความแข็ง แต่ลักษณะทางกลมีอิทธิพลต่อกระบวนการบดและสกัด

ระดับสิ่งเจือปน: ต้องทำขั้นตอนเพิ่มเติมเพื่อกำจัดสิ่งเจือปน เช่น เหล็ก ออกจากอิลเมไนต์ สิ่งนี้ส่งผลต่อผลผลิตและคุณภาพโดยรวม

ผู้ผลิตสามารถรับประกันผลผลิตและระดับความบริสุทธิ์ที่สูงขึ้นในโลหะไทเทเนียมขั้นสุดท้ายโดยการจัดหาและแปรรูปแร่ไทเทเนียมคุณภาพสูงอย่างเหมาะสม ซึ่งท้ายที่สุดจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ

บทบาทของแมกนีเซียมและคลอไรด์ในการผลิตไทเทเนียม

แมกนีเซียมและคลอไรด์มีบทบาทสำคัญในกระบวนการผลิตไทเทเนียมโดยใช้กระบวนการ Kroll ในฐานะที่เป็นสารรีดิวซ์ แมกนีเซียมจะเปลี่ยนไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (TiCl₄) ให้เป็นวัสดุตั้งต้นจากฟองน้ำไทเทเนียม ขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับการเติมคลอรีนแร่ไทเทเนียมเพื่อให้ได้ TiCl₄ บริสุทธิ์ ซึ่งเป็นสารประกอบระเหย ไทเทเนียมออกไซด์จะเปลี่ยนเป็น TiCl₄ ในขั้นตอนนี้ด้วยความช่วยเหลือของคลอไรด์

ในปฏิกิริยาแกนกลางระหว่างบรรยากาศเฉื่อย แมกนีเซียมหลอมเหลวจะถูกผสมกับ TiCl₄ ที่อุณหภูมิสูงมากประมาณ 800-900 องศา ทำให้เกิดการลดลงของ TiCl₄ กลายเป็นฟองน้ำไทเทเนียม และการผลิต MgCl₂ เป็นผลพลอยได้ ปฏิกิริยาโดยรวมมีดังนี้:\[ TiCl₄ + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl₂ \]

โดยทั่วไปจะต้องกำจัด MgCl₂ ที่เหลือด้วยเทคนิคอิเล็กโตรไลติกที่จะนำแมกนีเซียมกลับมาใช้อีกครั้งภายในวงจรนี้ จึงทำให้มีความยั่งยืน ประสิทธิภาพของแมกนีเซียมและระดับความบริสุทธิ์ในรูปของคลอไรด์ส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตและคุณภาพที่ผลิตโดยฟองน้ำไทเทเนียม ดังนั้นจึงเน้นย้ำความสำคัญในการผลิตไทเทเนียม