Come viene ottenuto il titanio metallico attraverso il processo Kroll
Il titanio è un metallo leggero e resistente, noto per il suo colore bianco metallico e la sua resistenza alla corrosione. Questo metallo reagisce passivando in presenza di ossigeno, formando uno strato di ossido che lo protegge da acidi, basi e agenti ossidanti. Grazie a queste proprietà, il titanio trova numerose applicazioni in diversi settori.
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Applicazioni del titanio
Grazie alla sua resistenza alla corrosione e al basso peso specifico, il titanio è ampiamente utilizzato in leghe, in particolare nel settore aerospaziale per la produzione di componenti per turbine, motori aeronautici, strutture aeree, nonché nell’edilizia, nella produzione di attrezzature sportive, veicoli blindati, gioielli, caschi e molti altri. Il titanio è anche impiegato nell’ambito dell’implantologia dentale per la sua elevata biocompatibilità. Tuttavia, affinché gli impianti dentali siano sicuri e ben accettati dall’organismo, è fondamentale che siano realizzati con titanio di elevata purezza.
Estrazione del titanio
Il titanio può essere estratto da rocce contenenti il minerale rutilo, in cui è presente principalmente come biossido di titanio (TiO2). Processo Kroll
Il processo Kroll, il cui nome deriva dall’ingegnere e metallurgista William Justin Kroll, è il metodo più comunemente utilizzato per estrarre il titanio metallico. Questo processo si articola in quattro stadi distinti: 1. Trattamento del minerale ridotto in polvere con cloro gassoso per ottenere il tetracloruro di titanio.
2. Purificazione del TiCl4.
3. Riduzione del titanio (IV) a titanio poroso.
4. Trattamento del titanio poroso per ottenere il titanio metallico.
Nonostante siano passati molti anni dalla sua invenzione, il processo Kroll rimane fondamentale per l’estrazione efficiente del titanio metallico.
Processo di Produzione del Biossido di Titanio
Il biossido di titanio, noto per la sua stabilità termica e resistenza agli attacchi chimici, viene prodotto attraverso un processo complesso. Non può essere ridotto utilizzando carbonio, monossido di carbonio o idrogeno poiché in presenza di carbonio si forma carburo di titanio, rendendo il metallo fragile.
Processo di Produzione in Quattro Stadi
# Primo Stadio
Nel primo stadio del processo, il minerale viene trattato in un reattore a letto fluidizzato a 1000 °C con cloro gassoso in presenza di coke. Durante questa fase, si ottiene il tetracloruro di titanio, che è più facilmente riducibile rispetto al biossido di titanio.
# Secondo Stadio
Il tetracloruro viene successivamente trattato con solfuro di idrogeno per rimuovere impurità e poi purificato mediante distillazione per ottenere un prodotto con un grado di purezza superiore al 99.9%.
# Terzo Stadio
Nel terzo stadio, il tetracloruro purificato viene inviato in un reattore di acciaio inossidabile in atmosfera di argon a circa 500 °C. Durante questa fase si verificano reazioni esotermiche che portano alla formazione di cloruro di titanio (II) e cloruro di titanio (III), causando un aumento rapido della temperatura fino a 800-850 °C. Questi cloruri vengono ridotti gradualmente, con la temperatura che raggiunge infine i 1000 °C per completare il processo di riduzione.
# Quarto Stadio
Una volta completato il processo di riduzione, il titanio ottenuto risulta poroso e deve essere purificato ulteriormente. Durante il quarto stadio, il metallo viene trattato con azoto e ossigeno ad alte temperature sotto vuoto o in atmosfera inerte di argon per ottenere il prodotto finito. Eventuali inclusioni vengono rimosse mediante il processo di fusione sotto vuoto per garantire l’uniformità del prodotto.
Questo complesso processo di produzione garantisce la purezza e la qualità del biossido di titanio, un materiale fondamentale in numerosi settori industriali.
