عملية هنتر

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

كانت عملية هنتر أول عملية صناعية لإنتاج التيتانيوم المعدني النقي . وقد اخترعها عام 1910 ماثيو أ. هنتر ، وهو كيميائي من مواليد نيوزيلندا عمل في الولايات المتحدة. [ 1 ] تتضمن العملية اختزال رابع كلوريد التيتانيوم (TiCl₄ ) باستخدام الصوديوم (Na) في مفاعل دفعي ذي جو خامل عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية. ثم يُستخدم حمض الهيدروكلوريك  المخفف لاستخلاص الملح من المنتج. [ 2 ]

TiCl 4 (ز) + 4 Na(l) → 4 NaCl(l) + Ti(s)

قبل عملية هنتر، كانت جميع محاولات إنتاج معدن التيتانيوم تُنتج موادًا غير نقية للغاية، غالبًا ما تكون نتريد التيتانيوم (الذي يشبه المعدن). استُخدمت عملية هنتر حتى عام 1993، عندما استُبدلت بعملية كرول الأكثر اقتصادية ، والتي طُوّرت في أربعينيات القرن العشرين. في عملية كرول، يُختزل رباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl₄ ) بواسطة المغنيسيوم بدلًا من الصوديوم. تشترك الطريقتان في نفس الخطوة الأولية، وهي الحصول على رباعي كلوريد التيتانيوم من الخام عن طريق الكلورة والاختزال الكربوني الحراري للأكسجين. تُعد عملية كرول الآن أكثر عمليات صهر التيتانيوم شيوعًا. [ 3 ] [ 4 ]

أُجريت عملية هنتر إما في خطوة واحدة أو خطوتين. في حالة استخدام خطوة واحدة، تكون معادلة التفاعل كما هو موضح أعلاه. نظرًا لكمية الحرارة الكبيرة المتولدة من الاختزال باستخدام الصوديوم مقارنةً باستخدام المغنيسيوم، وصعوبة التحكم في ضغط بخار الصوديوم السائل، يُمكن استخدام عملية من خطوتين. تتضمن عملية الخطوتين اختزال TiCl₄ إلى TiCl₂ باستخدام نصف الكمية المكافئة من الصوديوم اللازمة لاختزال TiCl₄ إلى Ti. بعد ذلك، يُنقل TiCl₂ الموجود في كلوريد الصوديوم المنصهر إلى وعاء آخر يحتوي على كمية الصوديوم الإضافية اللازمة لتكوين Ti. تتم عملية الخطوتين وفقًا للتفاعلين التاليين:

TiCl 4 (ز) + 2Na(l) → TiCl 2 (ل، في NaCl) + 2NaCl(l)
TiCl 2 (ل، في كلوريد الصوديوم) + 2Na(l) → Ti(s) + 2NaCl(l)

يتميز التيتانيوم المُنتَج بعملية هنتر بانخفاض نسبة التلوث بالحديد والعناصر الأخرى، كما أنه أقل التصاقًا بجدران وعاء الاختزال مقارنةً بعملية كرول. ويُنتَج التيتانيوم في عملية هنتر على شكل مسحوق يُسمى "الجسيمات الإسفنجية الدقيقة"، وهو شكل مفيد كمادة خام في تعدين المساحيق .

يُعدّ فصل كلوريد الصوديوم الناتج عن التيتانيوم العاملَ المُحدِّد الرئيسي لجدوى عملية هنتر. إذ إن ضغط بخار كلوريد الصوديوم الناتج في عملية هنتر أقل من ضغط بخار كلوريد المغنيسيوم الناتج في عملية كرول. ولذلك، يصعب فصل كلوريد الصوديوم عن التيتانيوم باستخدام التقطير بكفاءة. لذا، يُزال كلوريد الصوديوم بالترشيح في محلول مائي . وتتطلب عملية استخلاص المنتج الثانوي (كلوريد الصوديوم) من هذا المحلول المائي طاقة إضافية. وقد دفعت هذه المشكلات إلى إيقاف استخدام عملية هنتر في الصناعة عام ١٩٩٣. ولا تزال الأبحاث جارية في مجال اختزال الصوديوم حتى اليوم نظرًا لجودة ونقاء رواسب المعدن الناتجة مقارنةً بعملية كرول. [ ٥ ]

مراجع

  1. ↑ إم إيه هنتر، "التيتانيوم المعدني"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، 1910، الصفحات 330-336. doi : 10.1021/ja01921a006
  2. ↑ شاشكه، كارل (2014). "عملية هنتر". قاموس الهندسة الكيميائية . مطبعة جامعة أكسفورد. doi : 10.1093/acref/9780199651450.001.0001 . ISBN 978-0-19-965145-0.
  3. ↑ هاينز سيبوم؛ فولكر غونتر؛ أوسكار رويدل؛ فتحي حبشي؛ هانز أوفه وولف (2005). "التيتانيوم، سبائك التيتانيوم، ومركبات التيتانيوم". التيتانيوم، سبائك التيتانيوم، ومركبات التيتانيوم . موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-في سي إتش. doi : 10.1002/14356007.a27_095 . ISBN 3527306730.
  4. ↑ فراي، ديريك؛ شواندت، كارستن (2017). "جوانب تطبيق الكيمياء الكهربائية في استخلاص التيتانيوم وتطبيقاته" . معاملات المواد . 58 (3): 306-312 . doi : 10.2320/matertrans.MK201619 . ISSN 1345-9678 . 
  5. ↑ تاكيدا، أوسامو؛ أودا، تيتسويا؛ أوكابي، تورو هـ. (2014). "الفصل 2.9 - إنتاج المعادن الأرضية النادرة، ومعادن مجموعة التيتانيوم، والمعادن التفاعلية". في سيثارامان، سيشادري (محرر). دراسة في علم المعادن العملياتي . المجلد 3. بوسطن: إلسيفير. الصفحات 1028-1029 . doi : 10.1016/B978-0-08-096988-6.00019-5 . ISBN   978-0-08-096988-6.