tio ₂- 함유 중간체를 통해 티타늄-컴파운드 구조를 생산하는 공정

티타늄 은 강도, 가벼운 무게 및 부식에 대한 탁월한 저항으로 가치있는 놀라운 금속입니다. 항공 우주, 의료 임플란트, 해양 응용 분야 및 고성능 스포츠 장비에서 널리 사용됩니다. 그러나 티타늄은 어떻게 지구의 원시 미네랄에서 반짝이는 고성능 재료로 어떻게 변하는가? 광석에서 완성 된 티타늄 제품으로의 여정은 복잡하며 화학, 공학 및 정밀도의 일련의 신중하게 제어 된 단계가 포함됩니다.

이 기사는 원시 광석을 채굴하는 것에서부터 사용 가능한 금속 생산에 이르기까지 티타늄 추출 및 생산의 전체 과정을 안내합니다. 이 단계를 이해하면 왜 티타늄이 다른 금속보다 비싸고 왜 성능이 중요한 응용 분야에 예약되어 있는지 설명하는 데 도움이됩니다.

원료 채굴 : 티타늄이 시작되는 곳

티타늄은 본질적으로 금속 형태로 발생하지 않습니다. 대신, 그것은 주로 미네랄 광석 (tio ₂)과 ilmenite (fetio)의 형태로 발견됩니다. 이 광석은 일반적으로 호주, 남아프리카, 캐나다, 인도 및 중국과 같은 국가에서 채굴됩니다. Ilmenite는 더 풍부하지만 티타늄을 추출하려면 더 많은 가공이 필요합니다.

티타늄 광석의 채굴 과정에는 전통적인 오픈 핏 또는 준설 기술이 포함됩니다. 중장 장비는 지구 층을 제거하여 일 메 나이트 또는 루틸을 함유 한 미네랄 모래를 추출합니다. 그런 다음 수집 된 모래를 세척하고 분류하여 광석을 집중시킵니다.

채굴 후, 광석은 분쇄, 스크리닝 및 자기 분리를 포함하는 혜택 과정을 거칩니다. 이 단계는 티타늄 함량을 집중시키고 불순물을 제거하여 화학 처리를위한 재료를 준비합니다.

광석을 이산화 티타늄으로 전환합니다

다음 주요 단계는 원시 티타늄 광석을 이산화 티타늄 (TIO)으로 바꾸는 것으로 티타늄 금속을 생산하기위한 중간 제품 역할을합니다. 이것은 일반적으로 황산염 공정 또는 염화물 공정의 두 가지 과정을 통해 수행됩니다.

• 설페이트 공정은 황산으로 일 메 나이트를 소화하여 황산 티타늄을 생성하는 것을 포함한다. 이어서,이를 가수 분해하여 수화 된 이산화 티타늄을 형성하고, 이산화 티오 (가열)를 형성하여 순수한 티오를 생성한다.

• 티타늄 금속을 생산하는 데 더 일반적으로 사용되는 염화물 공정은 탄소의 존재하에 고온에서 염소 가스로 루틸을 처리하는 것입니다. 이것은 Titanium Tetrachloride (Ticl₄)를 형성하며, 'tickle. '불순물로 알려진 휘발성 및 반응성 화합물은 이러한 조건 하에서 반응하지 않으며 분리됩니다.

TICL₄은 증류를 통해 정제되는 주요 중간체입니다. 고온에서의 가스이기 때문에 비 휘발성 불순물로부터 쉽게 분리 될 수있어 고순도가 고급 티타늄 테트라 클로라이드를 초래할 수 있습니다.

크롤 과정 : 티타늄 스폰지 생산

고순도가 높은 TICLA가 이용 가능하면 Kroll 공정을 통해 금속 티타늄으로 전환됩니다. 이것은 오늘날 가장 널리 사용되는 방법으로, 타이타늄 스폰지를 생산하는 데 가장 널리 사용되는 방법입니다.

크롤 과정은 약 800-1000 ° C 온도에서 비활성 대기에서 티타늄 테트라클로라이드와 마그네슘과 반응하는 것을 포함합니다. 화학 반응은 다음과 같습니다.

ticl₄ + 2mg → ti + 2mgcl₂

마그네슘은 티타늄 금속과 염화 마그네슘을 부산물로 형성하여 TICLA를 감소시킨다. 이 반응은 매우 민감하며 오염을 피하기 위해 신중하게 제어해야합니다. 결과 티타늄은 회색, 스폰지 같은 질량으로 보이므로 'Titanium Sponge. '라는 이름입니다.

반응 후, 티타늄 스폰지는 클로라이드 마그네슘 및 미 반응 마그네슘으로부터 분리된다. 이러한 부산물은 일반적으로 진공 증류 또는 침출에 의해 제거됩니다. 이어서 정제 된 티타늄 스폰지를 분쇄하고 추가 처리를 위해 저장합니다.

용융 및 합금 : 스폰지를 사용 가능한 금속으로 전환합니다

티타늄 스폰지는 대부분의 응용 분야에서 직접 사용할 수 없습니다. 녹아서 잉곳이나 슬래브에 녹아서 롤링, 단조 또는 최종 제품으로 가공 할 수 있어야합니다.

용융 공정은 종종 진공 아크 리멜팅 (VAR) 또는 EBM (Electron Beam Melting) 용광로를 사용합니다. 이러한 방법은 금속이 순수하고 산소 또는 질소 오염이 없도록하여 강도와 내구성을 크게 줄일 수 있습니다.

이 단계에서 티타늄은 강도, 연성 또는 부식성과 같은 특정 특성을 향상시키기 위해 알루미늄, 바나듐, 몰리브덴 또는 주석과 같은 다른 원소와 합금 될 수 있습니다. 예를 들어, TI-6AL-4V는 가장 일반적인 티타늄 합금이며 항공 우주, 의료 및 산업 응용 분야에서 사용됩니다.

일단 녹으면 티타늄은 큰 잉곳에 주조됩니다. 이 잉곳은 최종 응용 프로그램에 따라 시트, 바, 튜브 또는 맞춤형 모양을 형성하기 위해 여러 라운드의 롤링, 단조 또는 압출을 거칩니다.

형성 및 가공 : 최종 제품이 형성됩니다

티타늄은 경도와 열전도율이 낮기 때문에 기계 가공이 어렵 기 때문에 최첨단에 열이 쌓여 있습니다. 절단 또는 성형 중에 재료가 손상되지 않도록 특수 도구와 기술이 사용됩니다.

티타늄은 몇 가지 방법을 통해 형성 될 수 있습니다.

• 구조적 구성 요소를 만들기위한 단조 및 롤링

• 튜브와 막대의 압출

• 특히 항공 우주에서 복잡한 모양을위한 캐스팅

• 첨가제 (3D 프린팅)제조

형성 후, 생성물은 외관 및 부식성을 향상시키기 위해 연마, 샌드 블라스팅 또는 양극화와 같은 표면 처리를 겪을 수있다.

최종 제품의 응용

일단 가공되면 티타늄 제품은 광범위한 산업에서 사용됩니다.

• 항공 우주 : 제트 엔진, 기체, 랜딩 기어

• 의료 : 뼈 임플란트, 치과 나사, 수술 도구

• 해양 : 선박 부품, 열교환 기, 수중 밸브

• 산업 : 화학 반응기, 파이프 라인, 담수화 시스템

• 소비재 : 안경 프레임, 시계, 스포츠 장비

강도, 낮은 무게 및 부식에 대한 저항 덕분에 티타늄은 고급 엔지니어링 및 설계에서 새로운 역할을 계속 찾고 있습니다.

환경 및 경제적 고려 사항

티타늄 생산은 에너지 집약적이며 다른 금속에 비해 비용이 많이 듭니다. Kroll 프로세스는 효과적이지만 여러 고온 단계와 대량의 마그네슘을 포함합니다. 그러나 연구원들은 FFC 케임브리지 프로세스와 같은 새로운 기술을 개발하여 미래의 비용을 줄이고 지속 가능성을 향상시킬 수 있습니다.

또한 티타늄은 재활용 가능합니다. 가공 및 제조로 인한 스크랩은 녹고 재사용 될 수있어 환경 발자국을 낮 춥니 다.

결론

Titanium의 광석에서 완제품으로의 전환은 광업, 화학적 전환 및 Kroll 공정 및 합금과 같은 정확한 야금 단계와 관련된 복잡한 프로세스입니다. 각 단계는 높은 수준의 통제 및 전문 지식을 요구하며, 항공 우주, 의료 및 해양 산업과 같은 까다로운 응용 분야에서 티타늄의 우수한 강도, 부식 저항 및 성능에 기여합니다.

티타늄의 복잡성과 가치를 감안할 때 신뢰할 수있는 공급 업체와 협력하는 것이 필수적입니다. Ningbo Chuangrun New Materials Co., Ltd. 티타늄 생산에 대한 광범위한 경험을 가진 신뢰할 수있는 파트너입니다. 품질과 혁신에 대한 그들의 헌신은 글로벌 산업의 전문적인 요구를 충족시키기 위해 잘 갖추어져 있습니다.