Hogyan olvasztják a titánt?

A titán, az "űrfém" néven ismert elem, egyedülálló fizikai és kémiai tulajdonságaival pótolhatatlan szerepet játszik a repülésben, az űrhajózásban, az orvostudományban és más területeken. Szóval, hogyan nyerik ki a titánt mélyen a föld alatti ércből? Ezután induljunk el együtt erre a titánolvasztási útra.

1. A titán alapanyagai
A fém titán előállításának alapanyaga főként rutil, amely több mint 96% titán-dioxidot tartalmaz. Azokban az országokban, amelyekben nincsenek rutilbányák, "magas titántartalmú salakot" használnak ilmenitből, amely körülbelül 90% titán-dioxidot tartalmaz. A természetes rutil áremelkedése és csökkenő készletei miatt az országok hajlamosak ilmenitből titánban gazdag anyagok, nevezetesen magas titán salak és mesterséges rutil előállítására. A titánt 1791-ben fedezték fel, de az első tiszta titánt 1910-ben állították elő, ami több mint száz évig tartott. Ennek az az oka, hogy a titán nagyon aktív magas hőmérsékleten, és könnyen kombinálható olyan elemekkel, mint az oxigén, a nitrogén és a szén. A tiszta titán kinyeréséhez nagyon kemény körülmények szükségesek.

2. Titán olvasztási lépések
A titán olvasztása bonyolult lépésekkel jár. Az ilmenitből alakítsa titán-tetrakloridot, tegye egy lezárt rozsdamentes acél tartályba, töltse meg argonnal, és reagáljon magnézium-fémmel, hogy "szivacstitánt" kapjon. Ez a porózus "titánszivacs" nem használható közvetlenül, és elektromos kemencében folyadékká kell olvasztani, mielőtt titán tuskóba önthető. De milyen egyszerű ilyen elektromos kemencét készíteni! Amellett, hogy az elektromos kemence levegőjét ki kell üríteni, az a baj, hogy a folyékony titánhoz egyszerűen lehetetlen tégelyt találni, mert az általános tűzálló anyagok oxidokat tartalmaznak, és a bennük lévő oxigént a folyékony titán veszi el. .

3. "Vízhűtéses réztégely"
Később az emberek végre feltaláltak egy elektromos kemencét "vízhűtéses réztégellyel". Ennek az elektromos kemencének a központi részének csak egy része nagyon meleg, a többi hideg. Miután a titán az elektromos kemencében megolvad, vízzel lehűtve a réztégely falához folyik, és azonnal titán tömbbé kondenzálódik. Ezzel a módszerrel több tonnás titánblokkokat lehet előállítani, de ennek költsége elképzelhető.

4. Titán-dioxid ipari kitermelése
Az iparban gyakran titán-dioxidot állítanak elő ilmenit kénsavval történő lebontásával, majd a titán-dioxidból titánfémet állítanak elő. A Fe2(SO4)3 szennyeződés eltávolítása érdekében vasreszeléket adunk hozzá, a Fe3+-t Fe2+-re redukáljuk, majd az oldatot 273 K alá hűtjük, így a FeSO4·7H2O (zöld) vitriol) melléktermékként kristályosodik.

5. A titán-dioxidot metatitánsav égetésével állítják elő titán-dioxid előállítására. A titánfémet iparilag állítják elő a titán-tetraklorid fém hőredukciójával történő redukálásával. A titán-dioxidot (vagy természetes rutil) és a szénport összekeverik és 1000-1100K-ra hevítik, klórozzák, és a keletkező TiCl4 gőzt kondenzálják.

6. A titán-tetrakloridot fémmagnézium redukálja.
A titán-tetrakloridot fémmagnézium redukálja inert gázban, mólarányban, és a reakcióhőmérsékletet körülbelül 900 fokon szabályozzák, hogy szivacsszerű titánt kapjanak. A melléktermék magnézium-klorid 1000 fokos vákuumban történő hevítéssel választható el a titántól.

7. Megtisztulás
A titán-dioxidot argonban TiCl4-re redukálhatjuk olvadt magnéziummal 1070 K-on, így porózus szivacstitánt kapunk. Ezt a titánszivacsot összetörik, vákuumívkemencében megolvasztják, végül különféle titán anyagokat készítenek belőle. A kapott TiCl4-et magas hőmérsékleten (körülbelül 1250 fokon) TiCI4=Ti+2CI2-vé bomlik, így tiszta titánt kapnak.

Visszatekintve a teljes titánolvasztási folyamatra, nem tehetünk mást, mint az emberi bölcsesség nagyságát. A mélyen a föld alá temetett érctől a könnyű és kemény fémtitánig minden lépés számtalan ember bölcsességét és verejtékét testesíti meg. E látszólag hétköznapi munkások kemény munkája teszi a nemesfém-titánt széles körben felhasznált különféle területeken, és nagyban hozzájárult az emberi társadalom előrehaladásához és fejlődéséhez.