عملية كرول

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

تُعدّ عملية كرول عملية صناعية تعدينية حرارية تُستخدم لإنتاج التيتانيوم المعدني من رابع كلوريد التيتانيوم . واعتبارًا من عام 2001، حلت عملية ويليام جاستن كرول محل عملية هنتر في جميع عمليات الإنتاج التجاري تقريبًا. [ 1 ]

عملية

في عملية كرول، يتم اختزال رابع كلوريد التيتانيوم بواسطة المغنيسيوم السائل لإنتاج معدن التيتانيوم:

تيكل4+2المغنيسيوم→825 ∘جتي+2كلوريد المغنيسيوم2{\displaystyle {\ce {{TiCl4}+2{Mg}->[825~^{\circ }\mathrm {C} ]{Ti}+2{MgCl2}}}}

تُجرى عملية الاختزال عند درجة حرارة 800-850 درجة مئوية  في معوجة من الفولاذ المقاوم للصدأ . [ 2 ] [ 3 ] تنشأ تعقيدات نتيجة الاختزال الجزئي لـ TiCl₄ ، مما يؤدي إلى تكوين كلوريدات TiCl₂ و TiCl₃ الأقل تركيزًا . ويمكن تكرير MgCl₂ مرة أخرى إلى المغنيسيوم.

العمليات الملحقة

تُنقى إسفنجة التيتانيوم المعدنية المسامية الناتجة عن طريق الترشيح أو التقطير الفراغي . تُسحق الإسفنجة وتُضغط قبل صهرها في فرن قوس كهربائي فراغي ذي قطب كهربائي قابل للاستهلاك ، يُملأ بغاز الأرجون النقي المُصفّى بضغط عالٍ بما يكفي لتجنب التفريغ المتوهج. [ 4 ] يُترك السبيكة المنصهرة لتتصلب تحت الفراغ . وغالبًا ما يُعاد صهرها لإزالة الشوائب وضمان التجانس. تُضيف خطوات الصهر هذه إلى تكلفة المنتج. يُعد التيتانيوم أغلى بست مرات تقريبًا من الفولاذ المقاوم للصدأ: أشار بوتر في عام 2023 إلى أن "التيتانيوم صعب ومكلف التعامل معه بطبيعته. يُعد تحويل سبائك التيتانيوم إلى قضبان وصفائح تحديًا نظرًا لتفاعلية التيتانيوم: فهو يمتص الشوائب بسهولة، مما يتطلب "إزالة السطح وتشذيبه بشكل متكرر للتخلص من عيوب السطح" وهو أمر "مكلف وينطوي على خسارة كبيرة في الإنتاج". لم تتغير العمليات المصاحبة التي تحول إسفنجة كرول إلى معدن مفيد "إلا قليلاً منذ خمسينيات القرن الماضي". [ 5 ]

التاريخ والتطورات اللاحقة

طُبقت طرق عديدة لإنتاج معدن التيتانيوم، بدءًا بتقرير نُشر عام 1887 من قِبل نيلسن وبيترسن باستخدام الصوديوم، والذي تم تطويره لاحقًا إلى عملية هنتر التجارية . في هذه العملية (التي توقفت عن الإنتاج التجاري في التسعينيات)، يُختزل رباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl₄) إلى المعدن بواسطة الصوديوم . [ 3 ]

في عشرينيات القرن العشرين، وصف أنطون إدوارد فان أركيل، الذي كان يعمل لدى شركة فيليبس إن في، التحلل الحراري لرباعي يوديد التيتانيوم لإنتاج تيتانيوم عالي النقاء.

وقد وجد أن رباعي كلوريد التيتانيوم يختزل بالهيدروجين عند درجات حرارة عالية ليعطي هيدريدات يمكن معالجتها حرارياً للحصول على المعدن النقي.

انطلاقًا من هذه الأفكار الثلاثة، طوّرت شركة كرول في لوكسمبورغ عوامل اختزال جديدة وجهازًا جديدًا لاختزال رابع كلوريد التيتانيوم. وقد شكّلت تفاعليته العالية مع كميات ضئيلة من الماء وأكاسيد المعادن الأخرى تحدياتٍ كبيرة. وحقق استخدام الكالسيوم كعامل اختزال نجاحًا ملحوظًا، إلا أن الخليط الناتج ظلّ يحتوي على شوائب أكسيدية كبيرة. [ 6 ] كما أبلغت كرول الجمعية الكهروكيميائية في أوتاوا بنجاحٍ كبيرٍ في استخدام المغنيسيوم عند درجة حرارة 1000  درجة مئوية في مفاعل مُغلّف بالموليبدينوم. [ 7 ] وكان تيتانيوم كرول عالي الليونة، مما يعكس نقاوته العالية.

حلت عملية كرول محل عملية هنتر ولا تزال هي التقنية المهيمنة لإنتاج معدن التيتانيوم، فضلاً عن كونها المحرك الرئيسي لإنتاج معظم معدن المغنيسيوم في العالم.

بعد انتقاله إلى الولايات المتحدة، قام كرول بتطوير طريقة إنتاج الزركونيوم في مركز ألباني للأبحاث . [ 4 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هولمان، أ. ف.؛ ويبرغ، إ. "الكيمياء غير العضوية". دار النشر الأكاديمية: سان دييغو، 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  2. ↑ حبشي، ف. (محرر) دليل استخلاص المعادن، وايلي-في سي إتش، فاينهايم، 1997.
  3. 1 2 هاينز سيبوم؛ فولكر غونتر؛ أوسكار رويدل؛ فتحي حبشي؛ هانز أوفه وولف (2005). "التيتانيوم، سبائك التيتانيوم، ومركبات التيتانيوم". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-في سي إتش. doi : 10.1002/14356007.a27_095 . ISBN 978-3-527-30673-2.
  4. 1 2 كرول، دبليو جيه (1955). "كيف وُلد التيتانيوم والزركونيوم التجاريان". مجلة معهد فرانكلين . 260 (3): 169-192 . doi : 10.1016/0016-0032(55)90727-4 .
  5. ↑ بوتر، برايان (7 يوليو 2023). "قصة التيتانيوم" .
  6. ^ دبليو كرول “Verformbares Titan und Zirkon” (المهندس: التيتانيوم المرن والزركونيوم) Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie Volume 234، p. 42-50. دوى : 10.1002/zaac.19372340105
  7. ↑ WJ Kroll, "The Production of Ductile Titanium" Transactions of the Electrochemical Society volume 78 (1940) 35–47.

للمزيد من القراءة

  • P.Kar، النمذجة الرياضية لأقطاب تغيير الطور مع تطبيق على عملية FFC، أطروحة دكتوراه؛ جامعة كاليفورنيا، بيركلي، 2007.