Кролл процесс - Kroll process

В Кролл процесс это пирометаллургический промышленный процесс, используемый для производства металлических титан от тетрахлорид титана. Процесс Кролла заменил Охотничий процесс практически для всего коммерческого производства.[1]

Обработать

В процессе Кролла TiCl4 восстанавливается жидким магнием с образованием металлического титана:

Восстановление проводят при 800–850 ° C в нержавеющая сталь возразить.[2][3] Осложнения возникают из-за частичного восстановления TiCl.4, отдавая низшим хлоридам TiCl2 и TiCl3. В MgCl2 может быть дополнительно переработан обратно до магния. Полученная пористая металлическая титановая губка очищается с помощью выщелачивание или вакуумная перегонка. Губка измельчается и прессуется перед плавлением в вакууме расходуемого угольного электрода. дуговая печь. Расплавленный слиток позволяет затвердеть под вакуум. Его часто переплавляют для удаления включений и обеспечения однородности. Эти этапы плавления увеличивают стоимость продукта. Титан примерно в шесть раз дороже нержавеющей стали.

в Охотничий процесс, что не является коммерческим, TiCl4 из хлоридного процесса восстанавливается до металла натрием.[3]

История и последующие разработки

Процесс был изобретен в 1940 г. Уильям Дж. Кролл в Люксембург. После переезда в США Кролл разработал метод производства цирконий. Для производства металлического титана применялись многие методы, начиная с отчета 1887 года Нильсена и Петтерсена об использовании натрия, который был оптимизирован для коммерческого использования. Охотничий процесс. В 1920-х годах ван Аркель описал термическое разложение тетраиодид титана для получения титана высокой чистоты. Было обнаружено, что тетрахлорид титана восстанавливается с водород при высоких температурах с образованием гидридов, которые можно термически обработать до чистого металла. Исходя из этого, компания Kroll разработала как новые восстановители, так и новое устройство для восстановления тетрахлорида титана. Его высокая реакционная способность по отношению к следовым количествам воды и других оксидов металлов создает проблемы. Значительный успех пришел с использованием кальций в качестве восстановителя, но полученная смесь все еще содержала значительные оксидные примеси.[4] Большой успех с использованием магний при 1000 ° C с использованием реактора с молибденовой оболочкой, как сообщили Электрохимическому обществу в Оттаве.[5] Титан Kroll был очень пластичным, что отражало его высокую чистоту. Процесс Kroll вытеснил процесс Хантера и продолжает оставаться доминирующей технологией для производства металлического титана, а также движущей силой большей части мирового производства металлического магния.

Другие технологии конкурируют с процессом Kroll. Один процесс включает электролиз из расплавленная соль. Проблемы с этим процессом включают «окислительно-восстановительный цикл», выход из строя диафрагмы и дендритные отложения в растворе электролита. Другой процесс, Кембриджский процесс FFC,[6] был запатентован для твердого электролитического раствора, и его реализация исключает обработку титана и губки. Также в разработке пирометаллургический путь, который включает восстановление промежуточной формы титана алюминием. Он сочетает в себе преимущества пирометаллургии и дешевый восстановитель.[нужна цитата ]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Холлеман, А. Ф .; Виберг, Э. "Неорганическая химия" Academic Press: Сан-Диего, 2001. ISBN  0-12-352651-5.
  2. ^ Habashi, F. (ed.) Handbook of Extractive Metallurgy, Wiley-VCH, Weinheim, 1997.
  3. ^ а б Хайнц Сибум, Фолькер Гюнтер, Оскар Ройдл, Фати Хабаши, Ханс Уве Вольф (2005). «Титан, титановые сплавы и соединения титана». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a27_095.CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
  4. ^ В. Кролл «Verformbares Titan und Zirkon» (англ .: «Пластичный титан и цирконий») Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie Том 234, с. 42-50. Дои:10.1002 / zaac.19372340105
  5. ^ У. Дж. Кролл, «Производство пластичного титана», Труды Электрохимического общества, том 78 (1940) 35–47.
  6. ^ Г. З. Чен; Д. Дж. Фрей; Т. В. Фартинг (2000). «Прямое электрохимическое восстановление диоксида титана до титана в расплавленном хлориде кальция». Природа. 407 (6802): 361–4. Bibcode:2000Натура 407..361С. Дои:10.1038/35030069. PMID  11014188. S2CID  205008890.

дальнейшее чтение

  • П.Кар, Математическое моделирование электродов фазового перехода применительно к процессу FFC, кандидатская диссертация; Калифорнийский университет, Беркли, 2007.

внешние ссылки