نوآوری در استخراج تیتانیوم: یک مرور کلی از فرآیند کربوها-کلرناسیون
در دنیای مواد پیشرفته ، تیتانیوم مدتهاست که به دلیل قدرت ، چگالی کم و مقاومت در برابر خوردگی شناخته شده است ، و این امر در صنایع مختلف از هوافضا تا وسایل پزشکی ضروری است. با این حال ، استخراج و پالایش تیتانیوم فرآیندهای پیچیده ای است که تولید تتراکلرید تیتانیوم (TICL4) برای تولید رنگدانه های تیتانیوم و رنگدانه تیتانیوم بسیار مهم است. یک فرآیند کلیدی که این تکامل را هدایت می کند ، فرایند کربوها کلر ، یک روش دستیابی به موفقیت است که دی اکسید تیتانیوم (TIO2) را به TICL4 با خلوص بالا تصفیه می کند و پتانسیل تولید فلزات تیتانیوم با کیفیت بالا را باز می کند.
فرآیند کلر کلر
در قلب استخراج تیتانیوم ، فرآیند کربوها کلر ، که سنگ معدن تیتانیوم را به تتراکلرید تیتانیوم (TICL4) تبدیل می کند ، یک واسطه مهم برای تولید بیشتر فلز است. این روند با دی اکسید تیتانیوم (TIO2) حاصل از سنگ معدن مانند روتیل یا ایلمنیت به روز شده ، که در یک بستر سیال شده قرار دارند ، آغاز می شود.
در این محیط با درجه حرارت بالا ، TiO2 با گاز کلر و کک نفتی برای تشکیل TICL4 و مونوکسید کربن واکنش نشان می دهد ، طبق معادله شیمیایی زیر:
tio 2+2 cl 2+2 c → ticl 4+2 cotio2 +2 cl2 +2 c → ticl4 {8 {8}}} co
در دمای بین850 و 1 ، درجه {2}} درجه (1،550 تا 1800 درجه f)، واکنش به طور مؤثر TICL4 ، یک مایع بی رنگ در دمای اتاق را تولید می کند ، که سپس تحت تصفیه قرار می گیرد تا ناخالصی ها را از بین ببرد و به سطح خلوص مطلوب برسد.
تصفیه و تقطیر
پس از تشکیل آن ، TICL4 تحت یک سری مراحل تصفیه قرار می گیرد تا هرگونه کربن باقیمانده ، ذرات فلزی و سایر ناخالصی ها را از بین ببرد. این کار از طریق فیلتراسیون و تقطیر انجام می شود ، با این که روند دوم نقش مهمی در جداسازی TICL4 خالص مورد نیاز برای تولید فلز دارد. تقطیر تضمین می کند که TICL4 تا بیشتر از آن خالص شود99.9 ٪ خلوص، ساخت آن برای مراحل کاهش بعدی در تولید فلز تیتانیوم مناسب است.
تولید فلز تیتانیوم از طریق فرآیند Kroll
پس از تصفیه ، TICL4 برای تولید فلز تیتانیوم کاهش می یابد. پرکاربردترین روش برای این کاهشفرآیند کرول، جایی که TICL4 با منیزیم در دماهای بالا واکنش نشان می دهد تا فلز تیتانیوم و کلرید منیزیم تولید کند:
ticl 4+2 mg → ti +2 mgcl2ticl4 +2 mg → ti +2 mgcl2
این واکنش درجه حرارت بالا منجر به تولید فلز با خلوص بالا ، که در آن زمان در طیف گسترده ای از برنامه ها استفاده می شود ، از صنعت هوافضا تا کاشت پزشکی استفاده می شود.
مواد اولیه تولید TICL4
برای اطمینان از عرضه مداوم TICL4 ، ضروری است که مواد اولیه مورد استفاده در فرآیند کربوها-کلرناسیون دارای سطح بالایی از محتوای TiO2 باشند ، در حالت ایده آل بیش از 90 ٪. این به طور معمول با استفاده از روتیل طبیعی ، روتیل مصنوعی (تولید شده از ایلمنیت) و سرباره های غنی از تیتانیوم حاصل از سنگ معدن مگنتیت تایتانیایی حاصل می شود. این مواد برای اطمینان از برآورده کردن نیازهای دقیق برای تولید TICL4 ، فرآیندهای ارتقاء پیچیده ای را انجام می دهند.
تأثیرات زیست محیطی و کارآیی
در حالی که استخراج تیتانیوم با انرژی پر انرژی است ، فرآیند کربوها-کلرناسیون جایگزین تمیزتری برای روشهای سنتی ارائه می دهد. در مقایسه با فرآیند سولفات که به طور معمول در تولید رنگدانه تیتانیوم مورد استفاده قرار می گیرد-روش کربوها-کلریناسیون تولیدات جانبی سمی کمتری ایجاد می کند و آن را به یک انتخاب پایدارتر تبدیل می کند. علاوه بر این ، خلوص بالای TICL4 تولید شده در این فرآیند ، انتشار گازهای مضر را در مراحل کاهش بعدی به حداقل می رساند ، و باعث افزایش بیشتر مزایای زیست محیطی تولید تیتانیوم می شود.
پایان
فرآیند کلر کربوناسیون یک نوآوری مهم در تولید رنگدانه فلز تیتانیوم و تیتانیوم است. با استفاده از دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک ماده اولیه و با استفاده از کلر با دمای بالا ، تیتانیوم تتراکلرید به طور کارآمد تولید و خالص می شود و در نهایت منجر به ایجاد تیتانیوم با کیفیت بالا می شود. تیتانیوم با کاربردهای خود که دارای چندین صنعت است ، از هوافضا تا مراقبت های بهداشتی ، همچنان یک ماده اساسی است و تکامل روش های تولید آن نویدبخش و پایداری حتی بیشتر در سالهای آینده است.
