컨텐츠 메뉴
>> 2.1 채굴 기술
>> 3.1 설페이트 공정
>> 3.2 염화물 공정
>> 4.1 크롤 과정
>> 5.1 분쇄 및 체질
>> 5.2 진공 용융
>> 7.1 롤링
>> 7.2 단조
>> 7.3 가공
>> 9.1 재활용 티타늄
>> 9.2 미래 발전
● 결론
● 자주 묻는 질문
티타늄은 강도, 경량 특성 및 부식에 대한 저항으로 알려진 놀라운 금속입니다. 항공 우주, 의료 및 자동차를 포함한 다양한 산업에서 널리 사용됩니다. 티타늄 금속을 만드는 과정은 복잡하며 원료 추출부터 완제품 생산에 이르기까지 여러 단계가 포함됩니다. 이 기사는 광석에서 금속까지 티타늄의 전체 여행을 탐구하여 관련된 방법과 프로세스를 자세히 설명합니다.
티타늄은 지각에서 네 번째로 풍부한 금속으로 약 0.62%를 차지합니다. 주로 Ilmenite (FETIO3) 및 Rutile (TIO2)과 같은 미네랄에서 발견됩니다. 강도 대 중량비와 우수한 부식 저항을 포함하여 티타늄의 독특한 특성은 특히 내구성이 중요한 환경에서 다양한 응용 분야에 이상적인 선택입니다. 또한 티타늄은 무독성 및 생체 적합성으로 의료 임플란트 및 장치에서의 사용을 증가 시켰습니다. 극심한 온도와 압력을 견딜 수있는 능력은 또한 성능과 안전이 가장 중요한 항공 우주 공학에서 선호되는 재료입니다.
티타늄 금속 생산의 첫 번째 단계는 티타늄 함유 미네랄의 추출입니다. 티타늄 생산에 사용되는 가장 일반적인 광석은 Ilmenite와 Rutile입니다. 이 광석은 주로 호주, 캐나다 및 남아프리카와 같은 국가에서 지구에서 채굴됩니다. 추출 과정은 광석을 얻는 것뿐만 아니라 환경 영향을 최소화하고 지속 가능한 관행을 보장하기위한 신중한 계획도 포함됩니다.
티타늄 광석은 일반적으로 개방형 마이닝 기술을 사용하여 추출됩니다. 이 방법에는 오버 부담 (광석을 덮고있는 토양 및 암석)을 제거하여 아래 티타늄이 풍부한 미네랄에 접근하는 것이 포함됩니다. 광석이 노출되면, 티타늄을 다른 재료와 분리하기 위해 분쇄되고 가공됩니다. 오픈 핏 마이닝은 효율성과 저렴한 비용으로 선호되지만 심각한 조경 변경 및 서식지 파괴로 이어질 수 있습니다. 따라서 광업 회사는 채굴 작업이 완료된 후 토지를 복원하기위한 관행을 점점 채택하고 있습니다.
추출 후, 광석은 티타늄 함량을 증가시키기 위해 농도 과정을 겪습니다. 이것은 종종 중력 분리, 자기 분리 또는 부유와 같은 물리적 방법을 통해 달성됩니다. 목표는 더 높은 비율의 이산화 티타늄 (TIO2)을 함유하는 농축 물을 생산하는 것입니다. 농도 공정은 후속 화학 공정의 효율에 직접적인 영향을 미치기 때문에 중요합니다. 센서 기반 분류 및 자동화 시스템과 같은 고급 기술은 광석 농도의 효율성과 효과를 향상시키기 위해 개발되고 있습니다.
티타늄 광석이 집중되면 다음 단계는 이산화 티타늄으로 전환하는 것입니다. 이것은 일반적으로 황산염 공정과 염화물 공정의 두 가지 주요 과정을 통해 수행됩니다. 각 방법에는 장점이 있으며 생산 시설의 특정 요구 사항과 이산화 티타늄 티타늄 순도에 따라 선택됩니다.
설페이트 공정에서, 농축 광석은 황산으로 처리되어 이산화 티타늄을 용해시킨다. 이어서, 결과 용액을 여과하여 불순물을 제거한다. 그 후, 티타늄은 물을 첨가하고 용액을 가열함으로써 이산화 티타늄으로 침전된다. 이 방법은 비교적 간단하지만 상당한 양의 폐기물을 생산할 수 있으며, 이는 환경 영향을 최소화하기 위해 신중하게 관리해야합니다. 황산염 공정은 종종 저급 광석에 사용되며 환경 문제로 인해 현대 티타늄 생산에서 덜 일반적입니다.
염화물 공정은 현대 티타늄 생산에 더 일반적으로 사용됩니다. 이 방법에서, 농축 된 광석은 고온에서 염소 가스와 반응하여 티타늄 테트라 클로라이드 (TICL4)를 생성한다. 이어서,이 화합물은 증류를 통해 정제되어 고순도 티타늄 테트라 클로라이드를 초래한다. 염화물 공정은 설페이트 공정에 비해 효율성과 환경 영향이 낮아집니다. 그것은 더 높은 순도 수준으로 이산화 티타늄을 생산할 수있게 해주므로 항공 우주 및 의료 용도와 같은 엄격한 품질 표준이 필요한 응용 분야에 필수적입니다.
티타늄 금속 생산의 다음 단계는 티타늄 테트라 클로라이드의 감소입니다. 이것은 일반적으로 진공 또는 불활성 대기에서 TICL4와 마그네슘의 반응을 포함하는 Kroll 공정을 사용하여 수행됩니다. Kroll 공정은 최종 티타늄 금속의 품질과 특성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 티타늄 생산의 중요한 단계입니다.
1. 준비 : 티타늄 테트라 클로라이드는 먼저 불순물을 제거하기 위해 증류된다. 이 단계는 감소 공정이 고품질 티타늄 금속을 생성하도록하는 데 필수적입니다.
2. 환원 : 정제 된 TICL4를 마그네슘 분말과 혼합하고 밀봉 된 용기에서 약 800 ℃ (1,500 ℃)로 가열한다. 마그네슘은 티타늄 스폰지 (Titanium Sponge)로 알려진 스펀지 형태로 티타늄 금속을 생산하기 위해 티타늄 테트라클로라이드를 감소시킵니다. 이 해면 티타늄은 다공성이며 밀도가 낮으므로 후속 단계에서 처리하고 처리 할 수 있습니다.
3. 부산물 :이 반응 동안, 클로라이드 마그네슘 (MGCL2)은 부산물로 생성되며, 이는 휘발을 통해 제거 될 수있다. Kroll 프로세스는 효율성으로 알려져 있지만 최적의 결과를 보장하기 위해 온도와 압력을 신중하게 제어해야합니다.
Kroll 공정에서 생산 된 티타늄 스폰지는 아직 사용 가능한 형태가 아닙니다. 남은 불순물을 제거하고 용융을 준비하기 위해 추가 정제를 받아야합니다. 이 정제 과정은 최종 티타늄 제품에서 원하는 기계적 특성 및 부식 저항을 달성하기 위해 필수적이다.
티타늄 스폰지는 더 작은 조각으로 뭉개져 크기가 균일 한 균일 성을 보장합니다. 이 단계는 후속 용융 공정에 중요합니다. 최종 제품의 용융이 발생하고 결함의 위험을 줄입니다. 분쇄 및 체질 과정은 또한 티타늄의 품질에 영향을 줄 수있는 남은 오염 물질을 제거하는 데 도움이됩니다.
그런 다음 분쇄 된 티타늄 스폰지는 진공 또는 비활성 대기에서 녹아 오염을 방지합니다. 이 과정은 종종 전자 빔 용융 (EBM) 또는 진공 아크 리멜팅 (VAR) 용광로의 사용을 포함합니다. 용융 공정은 티타늄 잉곳의 형성을 초래하며, 이는 다양한 형태와 형태로 추가로 처리 될 수있다. 진공 용융은 고순도 티타늄을 생성하는 데 필수적이며, 산화의 위험을 최소화하고 금속의 특성을 저하시킬 수있는 다른 반응을 최소화합니다.
티타늄은 종종 특정 응용 분야의 특성을 향상시키기 위해 다른 금속과 합금됩니다. 일반적인 합금 원소에는 알루미늄, 바나듐 및 몰리브덴이 포함됩니다. 합금 과정은 일반적으로 용융 단계에서 발생하며, 원하는 합금 요소가 용융 티타늄에 첨가된다. 합금은 다양한 산업의 요구를 충족시키기 위해 티타늄의 특성을 조정하는 데 중요한 단계입니다.
티타늄 합금은 순수한 티타늄에 비해 개선 된 강도, 연성 및 부식성을 나타냅니다. 이러한 특성은 항공 우주 성분 및 의료 임플란트와 같은 까다로운 응용 프로그램에 적합합니다. 예를 들어, 티타늄 합금은 종종 경량을 유지하면서 높은 스트레스와 피로를 견딜 수있는 능력으로 인해 항공기 구조에 사용됩니다. 의료 분야에서, 티타늄 합금은 생체 적합성과 체액의 부식에 대한 내성으로 인해 임플란트에서 선호됩니다.
티타늄이 합금되어 잉곳으로 캐스팅되면 다양한 모양과 형태로 추가로 처리 될 수 있습니다. 여기에는 롤링, 단조 및 가공이 포함됩니다. 이러한 각 프로세스는 최종 티타늄 제품에서 특정 형상 및 특성을 생성하도록 설계되었습니다.
티타늄 잉곳은 항공 우주 및 자동차 응용 분야에서 일반적으로 사용되는 시트 나 플레이트로 롤링 할 수 있습니다. 롤링 과정에는 잉곳을 가열하고 롤러를 통과하여 원하는 두께를 달성하는 것이 포함됩니다. 이 방법을 사용하면 구성 요소에 쉽게 제작할 수있는 크고 평평한 티타늄 조각을 생산할 수 있습니다. 롤링 과정은 또한 티타늄의 기계적 특성을 향상시켜 더 강력하고 내구성이 뛰어납니다.
단조는 티타늄을 형성하는 데 사용되는 또 다른 방법입니다. 이 과정은 티타늄을 가열 한 다음 압력을 가하여 특정 모양으로 형성하는 것이 포함됩니다. 단조 티타늄 성분은 강도와 내구성으로 알려져 있습니다. 단조 공정은 항공 우주 및 군사 장비와 같은 고성능 응용 분야에서 종종 필요한 복잡한 모양을 생산할 수 있습니다. 또한, 단조 티타늄 부품은 일반적으로 주조를 통한 것과 비교하여 우수한 기계적 특성을 나타낸다.
가공은 티타늄 시트 또는 블록에서 정확한 구성 요소를 만드는 데 사용됩니다. 이 과정에는 원하는 치수와 공차를 달성하기위한 절단, 드릴링 및 밀링이 포함됩니다. 티타늄 가공에는 경도와 작업장 경향으로 인해 특수 도구와 기술이 필요합니다. 그러나 가공 기술의 발전으로 티타늄에서 복잡한 설계 및 고정밀 부품을 생산할 수있어 응용 분야가 더욱 확대되었습니다.
티타늄 금속은 고유 한 특성으로 인해 광범위한 응용 분야에서 사용됩니다. 가장 일반적인 용도 중 일부는 다음과 같습니다.
-Aerospace : 티타늄은 경량 및 강도 특성으로 인해 기체, 엔진 및 랜딩 기어를 포함한 항공기 구성 요소에 광범위하게 사용됩니다. 항공 우주 산업은 티타늄에 의존하여 연료 효율을 향상시키고 전반적인 체중을 줄이며 이는 성능과 안전에 중요합니다.
- 의료 : 티타늄은 생체 적합성이므로 고관절 및 무릎 교체, 치과 임플란트 및 수술기구와 같은 의료 임플란트에 이상적입니다. 부식에 대한 저항과 뼈 조직과 통합하는 능력은 장기 임플란트에 선호되는 재료입니다.
- 자동차 : 자동차 산업은 배기 시스템 및 엔진 부품과 같은 고성능 부품을 위해 티타늄을 사용하여 무게를 줄이고 연료 효율을 향상시킵니다. 티타늄의 강도는 더 얇은 구성 요소를 허용하여 성능을 희생하지 않고 더 가벼운 차량으로 이어질 수 있습니다.
- 해병 : 티타늄의 부식 저항은 조선 및 해상 석유 시추를 포함한 해양 응용 프로그램에 적합합니다. 바닷물과 같은 가혹한 환경을 견딜 수있는 능력은 해양 구조와 장비의 장수와 신뢰성을 보장합니다.
티타늄 금속의 생산에는 상당한 에너지 소비와 환경 영향이 포함됩니다. 재활용과보다 효율적인 프로세스의 개발을 통해 티타늄 생산의 지속 가능성을 향상시키기위한 노력이 이루어지고 있습니다. 업계는 점점 더 환경 발자국을 알고 있으며이를 완화하기위한 조치를 취하고 있습니다.
재활용 티타늄 스크랩은 티타늄 생산의 환경 영향을 줄이는 효과적인 방법입니다. 재활용 티타늄은 재 처리 및 새로운 티타늄 제품을 만들고 자원 및 에너지를 보존하는 데 사용될 수 있습니다. 재활용 과정은 스크랩 티타늄을 녹이고 생산 주기로 재 도입하여 원료 추출 및 가공의 필요성을 크게 줄이는 것입니다.
대체 감소 제의 사용 및 개선 된 추출 기술을 포함하여 티타늄 생산을위한보다 지속 가능한 방법을 개발하기위한 연구가 진행 중입니다. 기술 및 프로세스 최적화의 혁신은 환경 영향을 최소화하면서 티타늄 생산의 효율성을 향상시킬 것으로 예상됩니다. 또한, 새로운 티타늄 공급원의 탐색과 바이오 기반 공정의 개발은보다 지속 가능한 티타늄 산업에 더욱 기여할 수 있습니다.
광석에서 금속으로의 티타늄의 여정은 추출, 정제, 감소, 합금 및 성형을 포함한 여러 단계를 포함하는 복잡한 과정입니다. 티타늄의 고유 한 특성은 다양한 산업에서 귀중한 자료를 만들고 있으며 지속적인 연구는 생산 방법과 지속 가능성을 향상시키는 것을 목표로합니다. 기술이 발전함에 따라 티타늄 메탈은 현대 응용 분야에서 계속해서 중요한 역할을하며 여러 부문에서 혁신과 성능을 주도 할 것입니다.
- 티타늄은 항공 우주, 의료 임플란트, 자동차 부품 및 강도, 경량 및 부식 저항으로 인해 해양 응용 분야에서 사용됩니다.
- 티타늄은 황산염 및 염화물 공정을 포함한 광산, 농도 및 화학 공정을 통해 일 마니 나이트 및 루틸과 같은 광석에서 추출됩니다.
-Kroll 공정은 진공 또는 비활성 대기에서 마그네슘으로 티타늄 티타늄을 감소시킴으로써 티타늄 금속을 생산하는 방법입니다.
- 예, 티타늄을 재활용 할 수 있으며, 티타늄 스크랩을 재활용하면 환경 영향을 줄이고 자원을 절약 할 수 있습니다.
- 티타늄 합금은 순수한 티타늄에 비해 개선 된 강도, 연성 및 부식 저항을 제공하므로 요구하는 응용 분야에 적합합니다.
