チタンは、アナターゼ、ブルッカイト、イルメナイト、ロイコセン、ペロブスカイト、ルチル、スフェーンなどの鉱物に見られる、地球上で 4 番目に豊富な金属から作られています。チタンは、クロール プロセスを使用して製造されます。このプロセスには、金属の抽出、精製、スポンジの精製、合金の作成、成形および成形が含まれます。
チタンと聞いて真っ先に思いつくのは強度。チタンについて知っておくべき興味深い事実は、実際には金属ではないということです。代わりに、遷移金属として知られています。原子番号 22 の軽量な銀灰色の素材です。さまざまな産業でチタンが好まれる主な理由は、耐食性にあります。また、骨に構造変化を加える必要がある場合に導入される主要な金属でもあります。この重要な遷移金属を形成するために必要な原材料を見てみましょう。
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原材料
チタンは 4 番目に豊富な金属であり、地球の地殻の約 0.62% を占めています。ただし、チタンが純粋な形で見つかることはめったにありません。チタンは通常、アナターゼ、ブルッカイト、イルメナイト、ロイコセン、ペロブスカイト、ルチル、スフェーンなどの鉱物に存在します。量は豊富ですが、チタンの高コストの理由は、この元素の孤立性と希少性であり、コストが増加します。チタン精鉱の主要生産国には、オーストラリア、カナダ、中国、インド、ノルウェー、南アフリカ、ウクライナが含まれます。米国では、主なチタン生産州はフロリダ、アイダホ、ニュージャージー、ニューヨーク、バージニアです。
前述のように、地球上にはチタンを含むさまざまな鉱石が自然に存在します。イルメナイトとロイコセンはチタン鉱石です。イルメナイト (FeTiO3) には、約 53% の二酸化チタンが含まれています。ロイコセンも同様の組成ですが、約 90% の二酸化チタンが含まれています。それらは、硬い岩の堆積物、またはビーチや漂砂砂に関連していることがわかっています。ルチルは比較的純粋な二酸化チタン (TiO2) です。アナターゼは結晶性二酸化チタンの別の形態であり、つい最近、チタンの重要な商業的供給源になった.主に浜辺や砂の堆積物に見られます。
ペロブスカイト (CaTiO3) とスフェーン (CaTi-SiO5) は、カルシウムとチタンの鉱石です。これらの材料はどちらも、カルシウムの除去が難しいため、チタンの商業生産には使用されていません。将来的には、ペロブスカイトはほぼ 60% の二酸化チタンを含み、不純物としてカルシウムしか含まないため、商業的に使用される可能性があります。スフェーンには第 2 の不純物としてシリコンが含まれているため、チタンの分離がさらに困難になります。鉱石に加えて、チタンの生産に使用される他の化合物には、塩素ガス、炭素、マグネシウムが含まれます。
製造プロセス
チタンはクロール法と呼ばれる製法で製造されています。これには、抽出、精製、スポンジの精製、合金の作成、および成形と成形が含まれますが、これはプロセス全体の簡単な概要にすぎません。製造プロセスの開始時に、製造業者は鉱山から精鉱を受け取ります。天然の形で使用できるルチルは別として、イルメナイトは、酸化チタンが 85% しか含まれないように、その中に存在する鉄分を除去するために処理する必要があります。鉄分を除去するために、材料は炭素と塩素ガスとともに流動床反応器に入れられます。材料を 900°C に加熱すると、四塩化チタン (TiCl4) が形成されます。これで 抽出 製造プロセスのフェーズは終了しました。
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製造の次のプロセスには、精製が含まれます スポンジの生産 .精製プロセスでは、四塩化チタン (TiCl4) を蒸留タンクに入れます。このステップでは、分別蒸留と沈殿によって不純物が分離されます。このアクションは、鉄、バナジウム、ジルコニウム、シリコン、マグネシウムなどの金属塩化物を除去します。次に、精製した四塩化チタンをステンレス製の容器に入れる。次にマグネシウムを加え、容器を1100℃まで加熱します。容器内にアルゴンを送り込み、空気を抜き、酸素や窒素の混入を防ぎます。マグネシウムは塩素と反応し、液体の塩化マグネシウムを生成します。チタンの融点は反応の融点よりも高いため、これにより純粋なチタンが固体のままになります。チタン固体を反応器から取り出し、次いで水および塩酸で処理して、過剰のマグネシウムおよび塩化マグネシウムを除去する。得られた固体は、スポンジと呼ばれる多孔質で豪華な金属です。
チタン製造の最後のステップは、合金の作成です。 .純粋なスポンジ チタンは、電極アーク炉の助けを借りて、商業用のチタン合金に変わります。この時点で、スポンジはさまざまな合金添加物やスクラップ金属と混合されます。合金材料に対するスポンジの正確な比率は、製造前に実験室で調合されます。次に、この塊を圧縮して圧縮し、溶接してスポンジ電極を形成します。次いで、スポンジ電極を真空アーク炉に入れて溶融する。この水冷銅容器では、電気アークを使用してスポンジ電極を溶かし、インゴットを形成します。容器内のすべての空気を除去する (真空を形成する) か、汚染を防ぐために大気をアルゴンで満たします。典型的には、インゴットをさらに１回または２回再溶融して、商業的に許容されるインゴットを製造する。インゴットが製造された後、炉から取り出され、欠陥がないか検査されます。お客様のご要望に応じて、表面の状態を整えることができます。その後、インゴットはさまざまな業界に出荷され、そこで目的の製品に加工されます。
