Proces Krolla (przemysłowa redukcja TiCU magnezem).

Substancje wyjściowe w przemysłowej metodzie magnezotermicznej otrzymy­wania tytanu stanowią:

1. czterochlorek tytanu o czystości 99,9%

2. magnez o bardzo wysokiej czystości (najbardziej niepożądanymi
   zanieczyszczeniami są: tlen, azot i węgiel). W przypadku podawania magnezu w
   postaci wlewków wstępnie poddaje się je trawieniu rozcieńczonym HCI celem
   usunięcia z powierzchni magnezu tlenków i azotków.

3. gaz szlachetny (najczęściej argon, rzadziej hel), pozbawiony tlenu oraz azotu.

Proces można prowadzić w sposób okresowy lub ciągły.

Aparaturę do otrzymywania gąbki tytanowej w procesie okresowym przedstawiono na rysunku.

Cylindryczny reaktor wykonany z miękkiej blachy stalowej od góry zamknięty jest hermetyczną pokrywą. W pokrywie znajdują się otwory doprowadzające TiCI₄ oraz doprowadzające i odprowadzające gaz szlachetny. Pojemność reaktora pozwala na umieszczanie w nim kilkuset kilogramów wsadu (500 - 700).

W dolnej części reaktora znajduje się otwór do odprowadzania ciekłego MgCl₂. Załadunek stałego magnezu w postaci wlewków odbywa się w sposób okresowy. Po jego załadowaniu i zamknięciu pokrywy reaktor przedmuchuje się gazem szlachetnym w celu usunięciu z niego powietrza i wilgoci. Następnie reaktor zostaje umieszczony w piecu i stopniowo ogrzewany. Powolne ogrzewanie prowadzi się po to, aby usunąć z reaktora resztki wydzielających się gazów zanim zaczną one reagować z magnezem. Proces prowadzi się zwykle w temperaturze 800 - 900 °C.

Granice temperatury prowadzenia procesu wyznaczane są temperaturą topnienia magnezu (651 °C) i temperatura eutektyki Ti-Fe (w przybliżeniu 1050 °C). Po stopieniu się magnezu do komory wprowadza się w sposób kontrolowany TiCI₄. Przy wzroście ciśnienia w reaktorze związanym z tym, że szybkość wprowadzania TiCI₄ jest większa od szybkości reakcji:

2Mg (ciecz) ⁺ TiCI₄ (gaz) - 2MgCl2 (ciecz) ⁺ Ti (gąbka)

przy pomocy odpowiednich zaworów zmniejsza się ilość doprowadzanego czterochlorku. Jeśli natomiast zużycie TiCI₄ w reaktorze przewyższa szybkość jego wprowadzania, wówczas wyrównuje się ciśnienie wprowadzając odpowiednią ilość gazu szlachetnego. Ciśnienie gazu szlachetnego podczas redukcji wynosi zwykle około 1 atm.

Powstający w procesie tytan ma formę dendrytów, które spiekając się tworzą gąbczastą
masę. Gąbka tytanowa gromadzi się początkowo na ściankach reaktora nad ciekłym

magnezem a następnie wypełnia cały reaktor. Aby uniemożliwić wchłanianie magnezu

Schemat przemysłowego reduktora Krolla [ 1 ]; 1 - kork zatykający przewód spustowy dla MgCI₂, 2 -komora reaktora, 3 - gąski magnezu, 4 - zasilanie TiCI₄ (obracająca się rurka), 5 - zasilanie TiCI₄ (stała rurka), 6 - zawór wyrównujący ciśnienie, 7 - dopływ gazu szlachetnego, 8 - piec grzewczy, 9 - termopara 10 - chłodnica, koszulka wodna, 11 - przewody dla osi mieszadeł.

przez tworzącą się gąbkę tytanową konieczne jest okresowe usuwanie chlorku magnezu, który jest przekazywany do elektrolizerni, gdzie zostaje przetworzony ma metaliczny magnez i ponownie zawrócony do produkcji.

Po zakończeniu procesu reaktor wyjmuje się z pieca, i chłodzi w powietrzu lub w wodzie. Produkty reakcji studzi się w atmosferze gazu szlachetnego. Po otwarciu reaktora usuwa się z niego zawartość poddając ja sortowaniu, gdyż odcinane kawałki gąbki posiadają różną czystość.

Otrzymany tytan zawiera znaczne ilości magnezu i chlorku magnezu. Usuwanie tych zanieczyszczeń może być prowadzone metoda ługowania lub też metodą destylacji próżniowej.

---