นวัตกรรมในการสกัดไทเทเนียม: ภาพรวมที่ครอบคลุมของกระบวนการคาร์โบไฮเดรตคลอรีน
ในโลกของวัสดุขั้นสูงไทเทเนียมได้รับการยอมรับในเรื่องความแข็งแรงความหนาแน่นต่ำและการต่อต้านการกัดกร่อนทำให้มันขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมตั้งแต่การบินและอวกาศไปจนถึงอุปกรณ์การแพทย์ อย่างไรก็ตามการสกัดและการกลั่นของไทเทเนียมเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนด้วยการผลิตไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (TICL4) เป็นศูนย์กลางของทั้งโลหะไทเทเนียมและการผลิตเม็ดสีไทเทเนียม กระบวนการสำคัญในการขับเคลื่อนวิวัฒนาการนี้คือกระบวนการคาร์โบไฮเดรตคลอรีนซึ่งเป็นวิธีการพัฒนาที่ปรับแต่งไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO2) ให้เป็น TICL4 ที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยปลดล็อคศักยภาพในการผลิตโลหะไทเทเนียมคุณภาพสูง
กระบวนการคาร์โบไฮเดรต-คลอรีน
หัวใจสำคัญของการสกัดไทเทเนียมตั้งอยู่ในกระบวนการของคาร์โบไฮเดรต-คลอรีนซึ่งเปลี่ยนแร่ไทเทเนียมเป็นไทเทเนียมเตตริชอลด์ (TICL4) ซึ่งเป็นตัวกลางที่สำคัญสำหรับการผลิตโลหะต่อไป กระบวนการเริ่มต้นด้วยไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ที่ได้จากแร่เช่น rutile หรือ ilmenite ที่ได้รับการอัพเกรดซึ่งอยู่ภายใต้ปฏิกิริยาคลอรีนในเตียงของเหลว
ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง TiO2 ทำปฏิกิริยากับก๊าซคลอรีนและโค้กปิโตรเลียมเพื่อสร้าง TICL4 และคาร์บอนมอนอกไซด์ตามสมการทางเคมีต่อไปนี้:
tio 2+2 cl 2+2 c → ticl 4+2 cotio2 +2 cl2 +2 c → ticl4 +2 co co
ทำงานที่อุณหภูมิระหว่าง850 และ 1, 000 องศา (1,550 ถึง 1,800 องศา F)ปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสร้าง TICL4 ซึ่งเป็นของเหลวที่ไม่มีสีที่อุณหภูมิห้องซึ่งจะผ่านการทำให้บริสุทธิ์เพื่อกำจัดสิ่งสกปรกและบรรลุระดับความบริสุทธิ์ที่ต้องการ
การทำให้บริสุทธิ์และการกลั่น
หลังจากการก่อตัว TICL4 ผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์เพื่อกำจัดคาร์บอนที่เหลืออนุภาคโลหะและสิ่งสกปรกอื่น ๆ สิ่งนี้สามารถทำได้ผ่านการกรองและการกลั่นด้วยกระบวนการหลังมีบทบาทสำคัญในการแยก TICL4 บริสุทธิ์ที่จำเป็นสำหรับการผลิตโลหะ การกลั่นช่วยให้มั่นใจได้ว่า TICL4 จะถูกทำให้บริสุทธิ์มากกว่าความบริสุทธิ์ 99.9%ทำให้เหมาะสำหรับขั้นตอนการลดลงในการผลิตโลหะไทเทเนียม
การผลิตโลหะไทเทเนียมผ่านกระบวนการ Kroll
เมื่อบริสุทธิ์แล้ว TICL4 จะลดลงเพื่อผลิตโลหะไทเทเนียม วิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการลดนี้คือกระบวนการ krollโดยที่ TICL4 ทำปฏิกิริยากับแมกนีเซียมที่อุณหภูมิสูงเพื่อผลิตโลหะไทเทเนียมและแมกนีเซียมคลอไรด์:
ticl 4+2 mg → ti +2 mgcl2ticl4 +2 mg → ti +2 mgcl2
ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงนี้ส่งผลให้เกิดการผลิตโลหะไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งจะใช้ในการใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่อุตสาหกรรมการบินและอวกาศไปจนถึงการปลูกถ่ายทางการแพทย์
วัตถุดิบสำหรับการผลิต TICL4
เพื่อให้แน่ใจว่ามีการจัดหา TICL4 อย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งสำคัญที่วัตถุดิบที่ใช้ในกระบวนการคาร์โบไฮเดรตคลอรีนมีปริมาณ TiO2 ในระดับสูงมากกว่า 90% โดยทั่วไปแล้วจะเกิดขึ้นได้จากการใช้ rutile ธรรมชาติ, rutile สังเคราะห์ (ผลิตจาก ilmenite) และตะกรันที่อุดมด้วยไทเทเนียมที่ได้มาจากแร่แม่เหล็ก titaniferous วัสดุเหล่านี้ได้รับกระบวนการอัพเกรดที่ซับซ้อนเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับการผลิต TICL4
ผลกระทบและประสิทธิภาพสิ่งแวดล้อม
ในขณะที่การสกัดไทเทเนียมนั้นใช้พลังงานอย่างมาก เมื่อเทียบกับกระบวนการซัลเฟตที่ใช้ร่วมกันในการผลิตเม็ดสีไทเทเนียม-วิธีการคลอรีนคาร์โบไฮเดรตสร้างผลพลอยได้จากพิษน้อยลงทำให้เป็นทางเลือกที่ยั่งยืนมากขึ้น นอกจากนี้ความบริสุทธิ์สูงของ TICL4 ที่ผลิตในกระบวนการนี้ช่วยลดการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายในระหว่างขั้นตอนการลดลงในภายหลังเพื่อเพิ่มประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมของการผลิตไทเทเนียม
บทสรุป
กระบวนการคาร์โบไฮเดรต-คลอรีนแสดงให้เห็นถึงนวัตกรรมที่สำคัญในการผลิตโลหะไทเทเนียมและเม็ดสีไทเทเนียม ด้วยการใช้ประโยชน์จากไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นวัตถุดิบและการใช้คลอรีนอุณหภูมิสูง Titanium tetrachloride นั้นผลิตและบริสุทธิ์อย่างมีประสิทธิภาพนำไปสู่การสร้างไทเทเนียมคุณภาพสูง ด้วยการใช้งานที่ครอบคลุมหลายอุตสาหกรรมตั้งแต่การบินและอวกาศไปจนถึงการดูแลสุขภาพไทเทเนียมยังคงเป็นวัสดุที่จำเป็นและวิวัฒนาการของวิธีการผลิตสัญญาว่าจะมีประสิทธิภาพและความยั่งยืนมากขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
