Процес Кролла

Процес Кролла — це спосіб пірометалургійного виробництва титану шляхом відновлення його магнієм з тетрахлориду титану TiCl₄. Процес Кролла, розроблений і запатентований в 1940 році^[1] люксембурзьким металургом Вільямом Джастіном Кроллом, витіснив процес Хантера і став основою промислового виробництва титану^[2].

Спосіб процесу[3]

Вихідною сировиною процесу є титанові руди ільменіт (31,6 %Fe — TiO₃) та рутил (60 % — TiO₂). Щоб отримати рутил (TiO₂) з ільменіту, його відновлюють вуглецем (деревним вугіллям, антрацитом) в електродуговій печі.

${\displaystyle {\ce {3(TiO2FeO) + 4C -> 3Fe + Ti3O5 + 4CO}}}$.

За високої температури в печі (1600—1800 ^оС) залізо навуглецьовується, утворюючи чавун, а низькі оксиди титану переходять у шлак і спливають на поверхню розплаву. Шлак і чавун окремо розливають у виливниці. Під час випуску шлаку, його зберігання та переробки низькі оксиди переходять в ТіО₂. Після магнітної сепарації (для відокремлення частинок із залізом), подрібнення, змішування із зв'язкою (нафтовий кокс, кам'яновугільна смола) та обпалювання за 800 ^оС (для видалення летких речовин) із шлаку формують пористі брикети з концентрацією вуглецю 20-25 %. В герметичних печах електроопору брикети хлорують в присутності відновника — вуглецю. За температури 800—1250 ^оС утворююється газоподібний чотирихлористий титан за реакцією

${\displaystyle {\ce {TiO2 + 2C + 2Cl2 -> TiCl4 + 2CO}}}$.

Після охлодження парогазової суміші в конденсаторних установках отримують рідкий чотирихлористий титан, забруднений хлоридами інших металів. Його очищують фільтруванням та ректифікуванням. Чистий TiCl₄ відновлюють магнієм до металевого титану за температур приблизно 800—1000 °C в атмосфері захисного газу (гелій, аргон) в герметичній реторті з неіржавної сталі, поміщеної в електричну піч опору:

${\displaystyle {\ce {TiCl4 + 2Mg -> Ti + 2MgCl2}}}$.

Рідкий MgCl₂ періодично зливають. Частинки відновленого титану спікаються в пористу масу — титанову губку, просочену магнієм і хлористим магнієм. Очищення губки від цих залишків здійснюють вилуговуванням або вакуумною дистиляцією.

Титанова губка є основою виробництва технічного титану й титанових сплавів.