Come viene prodotto il titanio?
Il processo Kroll
Il processo Kroll produce principalmente titanio ad elevata purezza. Ciò inizia con la rimozione del minerale di titanio, che è principalmente ilmenite o rutilo, e poi convertito in tetracloruro di titanio (TiCl₄) attraverso la carboclorurazione. Il composto intermedio viene purificato mediante distillazione prima di essere ridotto in presenza di magnesio sotto atmosfera inerte per ottenere una spugna di titanio. La solida spugna di titanio che ne risulta viene rimossa, spezzata in piccoli pezzi e rifusa per ottenere metallo liquido. Sviluppato da William Kroll negli anni ’40, questo metodo rimane fondamentale per la produzione del titanio grazie al suo rapporto costo-efficacia nella produzione di metallo pronto per l’industria.
L'importanza del minerale di titanio nella produzione
Il processo di produzione efficiente ed efficace richiede materie prime per la creazione del metallo di titanio, che è disponibile solo da fonti di minerale di titanio. Al giorno d'oggi sono comunemente usati due minerali primari: ilmenite e rutilo. Tipicamente, l'ilmenite (FeTiO₃) contiene circa il 45-60% di TiO₂ mentre il rutilo (TiO₂) contiene una concentrazione molto più elevata, circa il 90-95%. A causa della sua rigidità, il rutilo ha requisiti di lavorazione inferiori che lo rendono una risorsa preferibile ma scarsa.
Parametri tecnici chiave:
Contenuto di biossido di titanio: direttamente correlato all'efficienza del processo Kroll a seconda della purezza dei minerali come il rutilo che riducono sia i costi che i tempi di lavorazione.
Durezza del minerale: entrambi i minerali sono generalmente duri ma le caratteristiche meccaniche influenzano i processi di macinazione ed estrazione.
Livelli di impurità: è necessario eseguire ulteriori passaggi per rimuovere impurità come il ferro dall'ilmenite; ciò influisce sulla resa e sulla qualità complessive.
I produttori possono garantire livelli di resa e purezza più elevati nel metallo di titanio finale approvvigionandosi e lavorando adeguatamente il minerale di titanio di alta qualità, migliorandone in definitiva l’applicazione in vari settori.
Ruolo del magnesio e del cloruro nella produzione di titanio
Il magnesio e il cloruro svolgono un ruolo significativo nel processo di produzione del titanio utilizzando il processo Kroll. Come agente riducente, il magnesio trasforma il tetracloruro di titanio (TiCl₄) nel suo materiale di partenza dalla spugna di titanio. Questa fase prevede la clorurazione del minerale di titanio per ottenere TiCl₄ purificato, un composto volatile. In questa fase l'ossido di titanio si trasforma in TiCl₄ con l'aiuto del cloruro.
Nella reazione del nucleo durante un'atmosfera inerte, il magnesio fuso viene miscelato con TiCl₄ a temperature molto elevate intorno a 800-900 gradi, provocando la riduzione di TiCl₄ in spugna di titanio e la produzione di MgCl₂ come sottoprodotto. La reazione complessiva è la seguente:\[ TiCl₄ + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl₂ \]
I resti di MgCl₂ devono essere rimossi comunemente attraverso tecniche elettrolitiche che recuperano anche il magnesio per utilizzarlo nuovamente all'interno di questo ciclo rendendolo così sostenibile. L'efficienza del magnesio e i livelli di purezza in termini di cloruro influiscono direttamente sulla resa e sulla qualità prodotta dalle spugne di titanio, sottolineando così la loro importanza nella produzione del titanio.
