CYFLWYNIAD
Titaniwm, a elwir yn "metel gofod" a "metel cefnfor", yn ysgafn, yn gryf ac yn gwrthsefyll cyrydiad. Mae'n ddeunydd allweddol yn y diwydiannau awyrofod, meddygol a chemegol. Ond wyddoch chi beth? Mae titaniwm yn doreithiog yng nghramen y Ddaear (yn y 10fed safle), ond oherwydd ei briodweddau cemegol adweithiol iawn ac ocsidiad hawdd ar dymheredd uchel, mae echdynnu yn hynod o anodd. Y dull Kroll yw'r dull cynhyrchu diwydiannol prif ffrwd, sy'n gofyn am "bum pas a chwe thoriad" trwy gydol y broses gyfan, gyda chamau cymhleth a defnydd uchel o ynni. Isod mae'r broses weithgynhyrchu gyflawn o ditaniwm, o fwyn i gynnyrch gorffenedig
Prosesu 1.Mineral
Nid yw'r titaniwm "amrwd" a dynnwyd o greigiau yn bodoli mewn ffurf fetelaidd pur, ond caiff ei storio'n bennaf ynddoilmenite(FeTiO₃) arutile(TiO₂), gyda rutile â chynnwys uwch o ditaniwm a bod yn ddeunydd crai o ansawdd uchel. Yn gyntaf, malu a malu'r mwyn yn bowdr mân; Yna defnyddiwch wahaniad magnetig, ail-ddewis a dulliau eraill i wahanu dwysfwydydd â chynnwys titaniwm uchel (crynodiad ilmenite neu ddwysfwyd rutile), a chael gwared ar amhureddau fel haearn a silicon.
2.Chlorination
Y cam craidd o drosi titaniwm yn "canolradd hylif" (titaniwm tetraclorid) yw trawsnewid titaniwm ocsid solet yn hylif titaniwm tetraclorid (TiCl ₄) - hylif di-liw, anweddol a chyrydol iawn sy'n hwyluso puro a lleihau dilynol. Cymysgwch ganolbwyntio titaniwm (TiO ₂) gyda golosg (carbon) a'i roi mewn ffwrnais clorineiddio; Cynhesu i tua 1000 gradd a chyflwyno nwy clorin (Cl ₂) ar yr un pryd; O dan dymheredd uchel, mae'r adwaith yn cynhyrchu anwedd tetraclorid titaniwm, sy'n cael ei oeri i gael tetraclorid titaniwm crai hylifol wedi'i gymysgu ag amhureddau fel clorid fferrig.
3.Puriad
Mae angen puro tetraclorid titaniwm crai trwy ddistyllu. Mae'r dull hwn yn dibynnu ar wahaniaethau pwynt berwi. Mae TiCl₄ yn berwi ar 136.4 gradd, tra bod haearn clorid yn berwi ar 315 gradd. Mae'r hylif crai yn cael ei gynhesu. Mae'r ffracsiwn sy'n berwi ar 136.4 gradd yn cael ei gasglu fel TiCl ₄ purdeb uchel. Mae amhureddau trymach yn parhau fel gweddillion.
4.Reduction
Mae magnesiwm yn "cystadlu" am glorin, gan roi genedigaeth i ditaniwm sbwng (cam craidd). Dyma'r cam mwyaf hanfodol wrth gynhyrchu titaniwm a hefyd craidd y broses Kroll - lleihau tetraclorid titaniwm gyda magnesiwm metelaidd i gael titaniwm pur. Pwmpiwch tetraclorid titaniwm pur i mewn i lestr adwaith dur di-staen caeedig, llenwch y llong â nwy argon (nwy anadweithiol), ac ynysu'r aer (i atal ocsidiad titaniwm a magnesiwm); Rhowch ingot magnesiwm a'i gynhesu i 800-850 gradd i doddi'r magnesiwm i gyflwr hylif; Mae magnesiwm yn adweithio'n dreisgar â tetraclorid titaniwm i ddadleoli titaniwm pur; Ar ôl i'r adwaith gael ei gwblhau, caiff y cynnyrch ei oeri i gael sbwng mandyllog fel titaniwm (a elwir yn gyffredin fel "titaniwm sbwng") wedi'i gymysgu â magnesiwm clorid a magnesiwm heb ei adweithio.
5.Separation: distyllu gwactod, puro titaniwm sbwng
Rhaid dileu amhureddau magnesiwm clorid a magnesiwm mewn titaniwm sbwng, fel arall bydd yn effeithio ar brosesu dilynol:
- Rhowch y cymysgedd titaniwm sbwng i mewn i ffwrnais distyllu gwactod a'i gynhesu i dymheredd uchel;
- Mewn amgylchedd gwactod, bydd magnesiwm a magnesiwm clorid yn anweddu ac yn cael eu cyddwyso i'w hailgylchu (gellir ailgylchu magnesiwm);
- Y canlyniad terfynol yw titaniwm sbwng gyda phurdeb o dros 99.7%, gan gyflwyno strwythur llwyd du a mandyllog.
6.Toddi
O ditaniwm sbwng i ingotau titaniwm. Mae titaniwm sbwng yn fandyllog ac yn rhydd, ac ni ellir ei brosesu'n uniongyrchol i rannau. Rhaid ei doddi i mewn i ingotau titaniwm trwchus. Mae titaniwm sbwng yn cael ei wasgu i mewn i electrodau a'i roi mewn ffwrnais toddi arc gwactod (neu ffwrnais toddi trawst electron); Mae trydan yn cael ei gymhwyso mewn amgylchedd gwactod, ac mae'r arc yn cynhyrchu tymereddau uchel (yn fwy na 1668 gradd, pwynt toddi titaniwm), gan achosi titaniwm sbwng i doddi i ditaniwm hylif; Ar ôl oeri, mae titaniwm hylif yn cael ei fwrw i mewn i ingotau titaniwm - dyma'r deunydd crai sylfaenol y gellir ei ddefnyddio ar gyfer gofannu, rholio a phrosesu.
7.Prosesu
Gellir trawsnewid ingotau titaniwm yn gynhyrchion amrywiol. Mae angen i ingotau titaniwm gael eu prosesu wedyn cyn y gellir eu trawsnewid yn ddeunyddiau titaniwm a welwn.
- Gofannu/rholio: Cynhesu ingotau titaniwm a'u ffugio'n wiail, platiau, neu eu rholio i mewn i bibellau a ffoil gan ddefnyddio gwasg;
- Alloying: Ychwanegu elfennau fel alwminiwm a vanadium i wneud aloion titaniwm (fel TC4) i wella cryfder a gwrthiant tymheredd uchel;
- Triniaeth arwyneb: caboli, anodizing, ac ati i wella ymwrthedd cyrydiad ac estheteg.
Pam mae titaniwm mor ddrud?
Ar ôl darllen y broses, byddwch yn deall: tymheredd uchel trwy gydol y broses gyfan, amddiffyniad gwactod / nwy anadweithiol, adwaith ysbeidiol aml-gam, defnydd uchel iawn o ynni, a throthwy technegol uchel a chost offer craidd (fel ffwrneisi gwactod a llestri adwaith). Yn ogystal, mae gan ditaniwm weithgaredd cemegol cryf ac mae'n dueddol o ocsideiddio a sgrap wrth brosesu, gan gynyddu costau ymhellach.
Casgliad
I grynhoi gweithgynhyrchu titaniwm, yn ei hanfod mae'n drawsnewidiad anodd o ocsid i glorid, ac yna i fetel pur: ilmenite/rutile → clorid (titaniwm tetraclorid) → puro distyllu → gostyngiad magnesiwm (titaniwm sbwng) → distyllu gwactod → toddi (incot titaniwm) → prosesu a siapio. Mae'r broses hon (dull Kroll) wedi'i defnyddio ers dros 80 mlynedd ac mae'n dal i fod y brif ffrwd mewn diwydiant. Yn union oherwydd hyn mae titaniwm wedi dod yn "fetel prin" sy'n cyfuno perfformiad uchel a gwerth uchel.