高強度と重量の比率、例外的な腐食抵抗、および生体適合性で知られる金属であるチタンは、鉱石の原料からの効率的で高純度の抽出と改良のプロセスに大きく依存する幅広い用途があります。本質的にチタンは主にルチル（ティオ₂）またはイルメナイト（fetio₃）の形で存在し、これらの鉱石を使用可能な純粋なチタンに変換することは複雑でエネルギー集約型のプロジェクトであり、コアの課題は、チタンが酸素、窒素、亜酸化炭素、および他の炭素と他の元素を縮小して、酸素、炭素、その他の要素と激しく反応するのが非常に簡単であるということです。したがって、産業における純粋なチタン（特にチタンスポンジ）の大量生産は、主にクロール法とその誘導体プロセスに依存しており、その核となるアイデアは、最初にチタンを揮発性中間化合物 - 四塩化チタン（TICL₄）に変換し、次に高度の中間体を減らして浄化することです。
The purification journey begins with the enrichment and chlorination of titanium ore. ilmenite or rutile is first enriched by beneficiation to increase the TiO₂ content. Titanium-rich materials (such as natural rutile, artificial rutile or high titanium slag) are then chlorinated in fluidized bed reactors with coke and chlorine at high temperatures (about 900-1000°C). This violent exothermic process converts titanium oxides into gaseous titanium tetrachloride (TiCl₄), and impurities such as iron in the ore also produce corresponding chlorides (such as FeCl₃). The newly produced crude TiCl₄ is a complex mixture containing impurities such as silicon, vanadium, iron, aluminum, magnesium, and chloride, especially vanadium impurities (VOCl₃, VCl₄) that are similar to titanium properties, which are the most difficult to separate, so strict distillation and purification are necessary. Using the differences in the boiling points of various chlorides, the impurities with low boiling points (such as SiCl₄) were first removed, and the impurities with high boiling points (such as FeCl₃ and AlCl₃) were enriched and removed in the subsequent kettles. For vanadium, a key impurity, chemical treatment methods are often used, such as adding a reducing agent (such as mineral oil or hydrogen sulfide) to liquid TiCl₄ to reduce V⁵⁺ to V⁴⁺, and then passing hydrogen sulfide to form an insoluble sulfide precipitate (such as VOS), or adding metal reducing agents such as copper powder to selectively reduce it to a low-valence state and then adsorption and filtration to remove it. This series of fine distillation and chemical treatments results in a colorless transparent liquid titanium tetrachloride with extremely high purity (typically required >99.9％）、これはその後の削減ステップの資格のある原料です。
高純度のTICLを取得した後、削減プロセスに入り、チタン金属を生成し、主流のプロセスはマグネシウム熱還元です。不活性アルゴンガスによって保護された大きな鋼炉（還元炉）は、十分な量の溶融マグネシウム（Mg）で満たされています。洗練された液体ティクリは、ゆっくりと注入されるか、約800〜900度の温度で溶融マグネシウムバスに密着した速度で噴霧されます。発生する重要な反応は、ticl₄（g）+ 2 mg（l）→ti（s）+ 2mgcl₂（l）です。これは、過熱や飛行温度を避けるために、摂食速度と温度を正確に制御する必要がある激しい発熱反応です。反応によって生成されるチタン金属は溶融状態ではありませんが、反応器の内壁または中心の鋼鉄のバスケットにゆるく多孔質の固体形態に堆積し、いわゆる「チタンスポンジ」を形成します。反応後、アーゴン保護下で反応器全体がゆっくりと冷却されます。冷却された反応器には、洞窟チタン腫、残留マグネシウム（未反応）、および固化した塩化マグネシウムが含まれています。これらのコンポーネントを分離し、チタンスポンジをさらに浄化するには、真空蒸留が必要です。原子炉全体または除去されたスポンジブロックは、特別な真空蒸留炉に配置され、高温（約. 920-1010度）および高真空（0.1 PA未満）で長時間加工されます。この環境では、残留マグネシウムと塩化マグネシウムは蒸気圧が高いため優先的に揮発し、炉の冷却ゾーンに凝縮および閉じ込められますが、チタンは蒸気圧が非常に低く、ほとんど揮発性ではないため、保持して浄化できます。真空蒸留は、海綿体の細孔に吸着された水素、塩化マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化マグネシウム、最終的には通常99.5％から99.7％の純度で大量の多孔質チタンスポンジを効果的に除去できます。別の方法として、ナトリウムの熱還元は原則として類似しており、金属ナトリウムを使用してticl₄+ 4 na→ti + 4 naClの反応とともにticl₄を減少させます。ナトリウム法は反応温度が低く（約550〜600度）、産生された塩化ナトリウムは水により溶けて洗い流されますが、大量の塩廃水を治療する必要があり、高ナトリウム活性を備えた手術にはさらに注意が必要です。
crowerプロセス（マグネシウムまたはナトリウムの還元）と真空蒸留によって得られるチタンスポンジは、純度は非常に高くなっていますが、微量ギャップ不純物（酸素、窒素、炭素）および残留塩化物が含まれており、多孔質でゆるい状態です。密度、均一な組成、低い不純物含有量、優れた機械的特性を備えた工業用チタンのインゴットを得るには、それらを溶かして浄化する必要があります。真空自己消費電極アーク炉は通常、融解に使用されます。まず、チタンスポンジを粉砕してスクリーニングし、合金要素（Al、Vなど）は、必要な合金組成に従って正確に一致し、均等に混合され、大きな圧力下で電極ブロックに押し込まれ、複数の電極ブロックが十分に長い自己消費電極に溶接されます。電極は、水冷銅のるつぼの真空または不活性ガス（アルゴンまたはヘリウム）保護された大気炉チャンバーに配置され、アークは電極とるつぼの底にあるインゴットプレートの間に点火されます。強力なアークは電極先端を溶かし、溶融液滴がるつぼに落ちて溶融プールを形成し、インゴットに固化します。プロセス全体が真空または不活性な大気で実行され、チタンの酸化と窒化を効果的に防止します。さらに重要なことに、溶融状態では、高い蒸気圧（残留mgcl₂、部分酸素、水素など）の高い不純物がさらに揮発して除去され、溶融プールの凝固プロセスも障害の分離と除去を助長します。エアロエンジンブレードなどの極端な純度と均一性を必要とするハイエンドアプリケーションの場合、2つまたは3つの真空自己消費アーク溶融が通常必要です。それぞれの融解は、チタンゴットの純度、均一性、密度をさらに改善し、最終的には非常に低い不純なコンテンツを備えた非常に低い不純なコンテンツを備えた大きなチタン合金インゴットを取得します。その後のローリング、鍛造、その他の処理プロセスのための高品質の原材料。
要約すると、チタンの浄化は、高温化学、精密分離、真空冶金、電気植物総合などの学際的な技術を組み込んだ複雑なシステムエンジニアリングです。鉱石の塩素化から純粋なティクルを得るために、マグネシウム/ナトリウムの還元と真空蒸留を組み合わせてチタンスポンジを生成し、複数の真空アーク融解して高純度の密なチタンのインゴットを鋳造して、それぞれのステップはチタンの高い化学的活動を飼いならすことを目的としています。航空宇宙、海洋工学、バイオメディシンなどの最先端のフィールドをサポートする「宇宙金属」、「海洋金属」、「生物生物金属」に、現代の産業用真珠としてのユニークな価値を示しています。catherine@hiriger.com.
