티타늄은 어떻게 만들어지나요? 광석에서 금속까지의 하드코어 여정

1. 광물 처리

암석에서 추출된 "원시" 티타늄은 순수한 금속 형태로 존재하지 않지만 주로 암석에 저장됩니다.일메나이트(FeTiO₃) 그리고금홍석(TiO2), 금홍석은 티타늄 함량이 더 높고 고품질-원료입니다. 먼저 광석을 분쇄하고 갈아서 고운 가루로 만듭니다. 그런 다음 자기 분리, 재선택 및 기타 방법을 사용하여 티타늄 함량이 높은 정광(일메나이트 정광 또는 금홍석 정광)을 분리하고 철 및 규소와 같은 불순물을 제거합니다.

2.염소화

티타늄을 "액체 중간체"(사염화티타늄)로 변환하는 핵심 단계는 고체 산화티타늄을 액체 사염화티타늄(TiCl₄)-으로 변환하는 것입니다. 이 액체는 무색, 휘발성, 부식성이 강한 액체로 후속 정제 및 환원이 용이합니다. 티타늄 정광(TiO2)과 코크스(탄소)를 혼합하여 염소화로에 넣는 단계; 약 1000도까지 가열하고 동시에 염소가스(Cl 2)를 도입합니다. 고온에서 반응은 사염화티타늄 증기를 생성하고 이를 냉각하여 염화제2철과 같은 불순물이 혼합된 액체 조악한 사염화티타늄을 얻습니다.

3.정제

조악한 사염화티타늄은 증류를 통한 정제가 필요합니다. 이 방법은 끓는점 차이에 의존합니다. TiCl₄은 136.4도에서 끓고, 염화철은 315도에서 끓습니다. 원액이 가열됩니다. 136.4도에서 끓는 부분은 고순도-TiCl₄로 수집됩니다. 더 무거운 불순물은 잔류물로 남습니다.

4.감소

마그네슘은 염소와 "경쟁"하여 스폰지 티타늄을 생성합니다(핵심 단계). 이는 티타늄 생산에서 가장 중요한 단계이자 순수한 ​​티타늄을 얻기 위해 금속 마그네슘으로 사염화티타늄을 환원시키는 Kroll 공정 -의 핵심이기도 합니다. 순수한 사염화티타늄을 밀폐된 스테인레스 스틸 반응 용기에 펌핑하고, 용기를 아르곤 가스(불활성 가스)로 채우고, 공기를 격리합니다(티타늄과 마그네슘의 산화를 방지하기 위해). 마그네슘 주괴를 놓고 800~850도까지 가열하여 마그네슘을 액체 상태로 녹이는 단계; 마그네슘은 사염화티타늄과 격렬하게 반응하여 순수한 티타늄을 대체합니다. 반응이 완료된 후 생성물을 냉각하여 염화마그네슘과 미반응 마그네슘이 혼합된 티타늄(흔히 "스펀지 티타늄"으로 알려짐)과 같은 다공성 스폰지를 얻습니다.

5. 분리 : 진공 증류, 스폰지 티타늄 정제

스폰지 티타늄의 염화마그네슘과 마그네슘 불순물을 제거해야 합니다. 그렇지 않으면 후속 처리에 영향을 미칩니다.

• 스펀지 티타늄 혼합물을 진공 증류로에 넣고 고온으로 가열합니다.
• 진공 환경에서 마그네슘과 염화마그네슘은 기화되어 재활용을 위해 응축됩니다(마그네슘은 재활용 가능).
• 최종 결과물은 순도 99.7% 이상의 스펀지 티타늄으로 회색 검정색과 다공성 구조를 나타냅니다.

6.녹는다

스펀지 티타늄부터 티타늄 잉곳까지. 스폰지 티타늄은 다공성이고 느슨하며 부품으로 직접 가공할 수 없습니다. 밀도가 높은 티타늄 잉곳으로 녹여야 합니다. 스펀지 티타늄을 전극에 압착하여 진공 아크 용해로(또는 전자빔 용해로)에 넣습니다. 진공 환경에서 전기를 가하면 아크가 고온(티타늄의 융점인 1668도 초과)을 발생시켜 스펀지 티타늄이 액체 티타늄으로 녹게 됩니다. 냉각 후 액체 티타늄을 티타늄 잉곳으로 주조합니다. - 이는 단조, 압연 및 가공에 사용할 수 있는 기본 원료입니다.

7. 처리

티타늄 잉곳은 다양한 제품으로 변형될 수 있습니다. 티타늄 잉곳은 우리가 보는 티타늄 재료로 변환되기 전에 후속 가공을 거쳐야 합니다.

• 단조/압연: 티타늄 잉곳을 가열하여 막대, 판으로 단조하거나 프레스를 사용하여 파이프와 포일로 굴립니다.
• 합금: 알루미늄, 바나듐과 같은 원소를 추가하여 티타늄 합금(예: TC4)을 만들어 강도와 고온 저항을 향상합니다.
• 표면 처리: 내식성과 심미성을 높이기 위해 연마, 아노다이징 등을 수행합니다.