티타늄은 지구상에서 네 번째로 풍부한 금속으로 만들어졌으며, 이는 아나 타제, 브룩이트, 일 메 나이트, 류 콕센, 페 로브 스카이 트, 루틸 및 스페네와 같은 미네랄에서 발견됩니다. 티타늄은 추출, 정제, 스폰지 정제, 합금 생성, 금속의 형성 및 형성을 포함하는 Kroll 공정을 사용하여 제조됩니다.
티타늄이라는 단어를들을 때 가장 먼저 떠오르는 것은 힘입니다. 티타늄에 대해 알아야 할 흥미로운 사실은 실제로 금속이 아니라는 것입니다. 대신, 전이 금속으로 알려져 있습니다. 원자 번호 22를 가진 가벼운 은색 회색 재료입니다. 다양한 산업에서 티타늄이 선호되는 주된 이유는 부식에 내성이 있기 때문입니다. 또한 뼈에서 구조적 변화가 이루어져야 할 때마다 도입되는 주요 금속입니다. 이제이 중요한 전환 금속을 형성하는 데 필요한 원료를 살펴 보겠습니다.
(사진 크레딧 :Losmininos/Wikimedia Commons)
원료
티타늄은 지각의 약 0.62%를 차지하는 네 번째로 가장 풍부한 금속입니다. 그러나 티타늄은 순수한 형태로 거의 발견되지 않습니다. 티타늄은 일반적으로 아나 타제, 브룩이트, ilmenite, 류 옥센, 페 로브 스카이 트, rutile 및 sphene과 같은 미네랄에 존재합니다. 비록 수량이 풍부하지만, 티타늄의 높은 비용의 이유는이 요소의 분리와 희귀 성이므로 비용이 증가하기 때문입니다. 티타늄 농축 물의 주요 생산 업체에는 호주, 캐나다, 중국, 인도, 노르웨이, 남아프리카 및 우크라이나가 포함됩니다. 미국에서는 주요 티타늄 생산 국가는 플로리다, 아이다 호, 뉴저지, 뉴욕 및 버지니아입니다.
앞에서 언급했듯이 지구상에서 자연스럽게 발생하는 티타늄이 포함 된 다양한 광석이 있습니다. Ilmenite 및 leucoxene은 Titaniferous 광석입니다. Ilmenite (FETIO3)는 약 53% 이산화 티타늄을 함유합니다. 류 옥센은 비슷한 조성물을 가지지 만 약 90% 이산화 티타늄을 함유하고 있습니다. 그들은 하드 바위 퇴적물이나 해변 및 충적 모래와 관련이있는 것으로 밝혀졌습니다. Rutile은 비교적 순수한 이산화 티타늄 (TIO2)입니다. 아나타제는 이산화 결정질의 또 다른 형태이며 최근에 티타늄의 상업적인 공급원이되었습니다. 주로 해변과 모래 퇴적물에서 발견됩니다.
페 로브 스카이 트 (catio3)와 스페인 (cati-sio5)은 칼슘과 티타늄 광석입니다. 이 물질 중 어느 것도 칼슘 제거의 어려움으로 인해 티타늄의 상업적 생산에 사용되지 않습니다. 앞으로 페 로브 스카이 트는 거의 60% 이산화 티타늄 티타늄을 함유하고 불순물로서 칼슘을 갖기 때문에 상업적으로 사용될 수 있습니다. Sphene은 실리콘을 두 번째 불순물로 가지고있어 티타늄을 분리하기가 더욱 어렵습니다. 광석 외에도 티타늄 생산에 사용되는 다른 화합물에는 염소 가스, 탄소 및 마그네슘이 포함됩니다.
제조 공정
티타늄은 Kroll 공정이라고 알려진 것을 사용하여 제조됩니다. 여기에는 추출, 정제, 스폰지 정제, 합금 생성 및 형성 및 성형이 포함되며, 이는 전체 프로세스에 대한 간단한 개요입니다. 제조 공정의 시작 부분에서 제조업체는 광산으로부터 농축 물을받습니다. 자연적인 형태로 사용될 수있는 Rutile 외에도 Ilmenite는 산화 티타늄 티타늄을 포함하는 지점까지 그 안에 존재하는 철분 함량을 제거하기 위해 처리되어야합니다. 철분 함량을 제거하기 위해, 재료는 탄소 및 염소 가스와 함께 유동층 베드 반응기에 넣습니다. 물질은 900 ℃로 가열되어 테트라 클로라이드 티타늄 (TICL4)이 형성된다. 이를 통해 추출 제조 공정의 단계는 끝났습니다.
(사진 크레딧 :공군 기지)
제조의 다음 프로세스에는 정제 가 포함됩니다 및 스폰지 생산 . 정제 과정은 티타늄 테트라클로라이드 (TICL4)를 복용하여 증류 탱크에 배치하는 것입니다. 이 단계 동안, 불순물은 분수 증류 및 침전을 사용하여 분리된다. 이 작용은 철, 바나듐, 지르코늄, 실리콘 및 마그네슘을 포함한 금속 염화물을 제거합니다. 다음으로 정제 된 티타늄 테트라 클로라이드는 스테인레스 스틸 용기에 넣습니다. 이어서 마그네슘을 첨가하고 용기를 1,100 ℃로 가열한다. 아르곤은 용기로 펌핑되어 공기가 제거되고 산소 또는 질소로 오염 될 수 있습니다. 마그네슘은 염소와 반응하여 액체 염화 마그네슘을 생성합니다. 티타늄의 융점은 반응의 융점보다 높기 때문에 순수한 티타늄 고체를 남깁니다. 티타늄 고체를 반응기로부터 제거한 다음 물과 염산으로 처리하여 과도한 마그네슘과 염화 마그네슘을 제거 하였다. 결과 고체는 스폰지라고 불리는 다공성과 고급스러운 금속입니다.
티타늄 생산과 관련된 마지막 단계는 합금 생성 입니다. . 그런 다음 순수한 티타늄 스폰지는 전극 아크 퍼니스를 사용하여 상업적으로 사용하기위한 티타늄 합금으로 바뀝니다. 이 시점에서 스폰지는 다양한 합금 첨가 및 스크랩 금속과 혼합됩니다. 스폰지 대 합금 물질의 정확한 비율은 생산 전에 실험실에서 제형화됩니다. 그런 다음이 질량을 소형으로 압축하고 함께 용접하여 스폰지 전극을 형성합니다. 그런 다음 스폰지 전극을 녹기 위해 진공 아크로에 넣습니다. 이 수냉식 구리 용기에서 전기 아크를 사용하여 스폰지 전극을 녹여 잉곳을 형성합니다. 용기의 모든 공기는 제거 (진공 형성) 또는 대기가 오염을 방지하기 위해 아르곤으로 채워진다. 일반적으로, 잉곳은 상업적으로 허용 가능한 잉곳을 생성하기 위해 하나 또는 두 번 더 다시 멜텐화됩니다. 잉곳을 만들면 퍼니스에서 제거되어 결함을 검사합니다. 표면은 고객에게 필요한대로 조절할 수 있습니다. 그런 다음 잉곳은 원하는 제품으로 제작 된 다른 산업으로 배송 할 수 있습니다.
