克羅爾法
編輯克羅爾法是一種火法冶金工業工藝,用于從四氯化鈦中生產金屬鈦。 克羅爾法幾乎取代了所有商業生產的亨特工藝。
過程
編輯在克羅爾法中,TiCl4被液態鎂還原得到金屬鈦:
TiCl 4 + 2 Mg → 825 o C Ti + 2 MgCl 2 {\displaystyle {\ce {TiCl4 + 2Mg ->[825oC]Ti + 2MgCl2}}}
還原是在 800–850 °C 的不銹鋼蒸餾器中進行的。 并發癥是由于 TiCl4 的部分還原,產生較低的氯化物 TiCl2 和 TiCl3。 MgCl2 可以進一步精煉回鎂。 所得多孔金屬鈦海綿通過浸出或真空蒸餾提純。 海綿在消耗性碳電極真空電弧爐中熔化之前被壓碎和壓制。 允許熔化的錠在真空下凝固。 它經常被重熔以去除夾雜物并確保均勻性。 這些熔化步驟增加了產品的成本。 鈦的價格大約是不銹鋼的六倍。
在 1990 年代停止商業化的早期 Hunter 工藝中,來自氯化物工藝的 TiCl4 被鈉還原為金屬。
歷史及后續發展
編輯克羅爾法于 1940 年由盧森堡的 William J. Kroll 發明。 移居美國后,克羅爾進一步開發了生產鋯的方法。 許多方法已應用于鈦金屬的生產,從 1887 年 Nilsen 和 Pettersen 使用鈉的報告開始,該報告被優化到商業亨特工藝中。 在 1920 年代,van Arkel 描述了四碘化鈦的熱分解以產生高純鈦。
發現四氯化鈦在高溫下會被氫氣還原,生成氫化物,氫化物可以通過熱處理制成純金屬。 在此背景下,Kroll 開發了用于還原四氯化鈦的新型還原劑和新型設備。 它對痕量水和其他金屬氧化物的高反應性提出了挑戰。 使用鈣作為還原劑取得了重大成功,但所得混合物仍含有大量氧化物雜質。 據渥太華電化學學會報道,在 1000°C 下使用鉬復合反應器使用鎂取得了重大成功。 Kroll 的鈦具有高延展性,反映出其高純度。 克羅爾法取代了亨特工藝,繼續成為鈦金屬生產的主導技術,并推動了世界上大部分鎂金屬的生產。
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