Proceso Kroll
El titanio fue descubierto en Inglaterra por William Gregor en 1791, a partir del mineral conocido como ilmenita (FeTiO 3! Este elemento fue descubierto a"os m#s tarde por el $u%mico alem#n &einric' laprot', en este caso en el mineral rutilo (TiO ), $ue fue $uien en 179* le dio el nombre de titanio! El titanio como metal no se us+ fuera del laboratorio 'asta $ue en 19- Willian .ustin roll desarroll+ un m/todo para poder producirlo comercialmente0 mediante la reducci+n del Til con magnesio! 2ste m/todo es el m#s utiliado 'o4 en d%a 4 se le conoce con el nombre del proceso roll! El proceso roll fue el primer proceso $ue permiti+ la obtenci+n de cantidades apreciables de titanio puro, 4 se sigue utiliando ma4oritariamente ma4oritariamente en la actualidad! El proceso con5encional de e6tracci+n con5ierte las arenas metal%feras en tetracloruro de titanio, $ue luego reacciona con magnesio l%$uido, para producir titanio metal 4 cloruro de magnesio! Ese proceso 'a4 $ue 'acerlo por lotes, por lo $ue es caro, intensi5o en mano de obra 4 relati5amente lento, logrando al final del proceso, s+lo unas pocas toneladas de titanio en cada 5aso reactor! a producci+n masi5a con este m/todo es dif%cil, 4a $ue presenta una serie de limitaciones! El proceso consta de los siguientes pasos0 1 8 Obtenci+n de tetracloruro de titanio por cloraci+n a ::;, en presencia de carb+n, mediante la reacci+n0 TiO) < l) < = Til < O) ) 8 >e purifica el tetracloruro de titanio mediante destilaci+n fraccionada! 3 8 >e reduce el Til con magnesio o sodio molido en una atm+sfera inerte, con la reacci+n0 Til < )?g = Ti < )?gl ) 8 El titanio forma una espon@a en la pared del reactor, la cual se purifica por li6i5iaci+n con #cido clor'%drico diluido! El ?gl ) se recicla electrol%ticamente! * 8 >e compacta la espon@a resultante! >i se reduce el Til mediante sodio en lugar de magnesio, la espon@a resultante es granular granular,, lo $ue facilita el proceso de compactaci+n! - 8 >e funde la espon@a en un 'orno con un crisol de cobre refrigerado, mediante un arco el/ctrico de electrodo consumible en una atm+sfera inerte! Ana 5e llegado a este punto el proceso se terminar%a pero en ocasiones se desea me@orar la purea 4 'omogeneidad del lingote por lo $ue se repetir%a el paso anterior, anterior, es decirB se realia un primer procesado en el cual los lingotes se con5ierten en productos generales de taller!! >e realia un segundo procesado, en el $ue se obtienen las formas acabadas de los taller productos realiados! Otro m/todo, desarrollado con posterioridad, se basa en la purificaci+n del titanio mediante descomposici+n con 4odo, pero es poco usado industrialmente, 4 se usa b#sicamente
para la preparaci+n de titanio de mu4 alta purea para in5estigaci+n! El proceso es el siguiente! Crimero, el titanio crudo se 'ace reaccionar con 4odo en atm+sfera inerte para formar 4oduro de titanio! uego el 4oduro de titanio se descompone en la superficie de un 'ilo de titanio calentado, el cual actDa como nDcleo para el crecimiento de una barra cil%ndrica, compuesta de cristales de titanio de alta purea! a siguiente tabla muestra los diferentes grados de purea del titanio si es obtenido mediante el m/todo de roll o por el m/todo deformaci+n de 4oduro! Elemento
Ti (roll
Ti (4odo
l o r Fe ?g ?n i O >i
8 :,: :,:) 8 :,): :,13 :,:) :,: 8 :,11 :,:*
:,:) :,:1 8 :,:1 :,:1 :,:1 :,::* :,:) :,:1 :,:) :,:1
Proceso Hall-Heroult
En el proceso &all8&eroult se utilian dos tipos de celdas, las $ue tienen #nodos mDltiples precocidos, 4 las de #nodos autococidos o #nodo >oderberg! ! En ambos tipos, los #nodos est#n suspendidos en una superestructura $ue se e6tiende sobre la ca5idad de la celda, 4 est#n conectados a una barra colectora #nodica m+5il, de modo $ue se puede a@ustar su posici+n 5ertical! os blo$ues de #nodos precocidos se fabrican a partir de una mecla de co$ue de petr+leo de ba@a cenia, calcinado, 4 al al$uitr#n o breaB se forman en prensas 'idr#ulicas 4 se cuecen 'asta 11:: o! as celdas an+dicas de >oderberg tienen un solo #nodo grande $ue ocupa la ma4or parte de la ca5idad de celda! El #nodo est# encerrado en una ca@a de acero, abierta con lados 5erticales a tra5/s de los cuales se sumerge en el electrolito! ormalmente, la distancia #nodo8 c#todo es de m#s o menos * cm! El electrolito fundido consiste principalmente en criolita (3aF lF3 adem#s de algDn e6ceso de lF3 de - a 1: en peso, de aF) 4 de ) - de l)O3! El control de la composici+n del electrolito es una operaci+n importante en el proceso de producci+n del aluminio! Ha $ue el punto de fusi+n de la criolita pura es de 1::9 o, el electrolito contiene espatoflDor (caf) 4 algo de lF3 en e6ceso 4, @unto con la alDmina disuelta, reduce la temperatura de fusi+n lo suficiente para permitir $ue las celdas se operen en el inter5alo de 9: a 9: o! El e6ceso de lF3 me@ora tambi/n la eficiencia de la celda! a relaci+n en peso de aFlF3 en la criolita es de 1!*:B el e6ceso de lF3 en el electrolito se a@usta para tener una relaci+n aFlF3 en el inter5alo 1!1: a 1!:! en las primeras semanas despu/s de $ue se 'a puesto en operaci+n una celda reci/n recubierta, el electrolito se absorbe r#pidamente en el
recubrimiento 4 en el aislante, con marcada absorci+n preferente de una porci+n con alto contenido de sodio, $ue tiende al reducir la relaci+n aFlF3 por deba@o de lo deseado! Esto se compensa a"adiendo un material alcalino como carbonato de sodio0 3a)O3 < lF3 = )(3a 6 lF3 < l)O3 < 3O) Jespu/s de las primeras semanas de operaci+n de las celdas, el electrolito tiende a agotarse en lF3, por la reacci+n con la sosa c#ustica residual en la alDmina 4 por la 'idr+lisis a partir del aire o de materiales a"adidos0 3a)O < lF = )(3aF 6 lF3 < l)O3 3&)O < )lF3 = l)O3 < -&F os fluoruros 5olatiliados 4 el #cido fluor'%drico gaseoso se colectan, @unto con otros gases desprendidos de las celdas, por medio de campanas colectoras de gas, o bien se 'acen pasar por mDltiples a lo largo de los ductos, 'acia las instalaciones centrales de tratamiento de 4 de recuperaci+n! os la5adores secos recuperan part%culas 4 'acen reaccionar el &F con l)O3, lo $ue se alimenta entonces a la celda *! as p/rdidas en el electrolito re$uieren adiciones peri+dicas de lF3 para mantener la composici+n deseada! El pe$ue"o porcenta@e de cal $ue aparece normalmente como impureas en la alDmina basta para mantener la concentraci+n deseada de espatoflDor a tra5/s de la reacci+n0 3aO < )lF3 = 3aF) < l)O3 Jurante la operaci+n de la celda se forma una costra congelada en la superficie del ba"o fundido! >e le a"ade alDmina encima de la costra, en donde se precalienta 4 elimina su agua absorbida mec#nicamente! a costra se rompe peri+dicamente 4 la alDmina se agita dentro del ba"o para mantener una concentraci+n de ) a- ! El re$uerimiento te+rico es 1,9 g! Cor g! de aluminioB en la pr#ctica el nDmero real es apro6imadamente 1!91! cuando se agota la alDmina en el ba"o, ocurre el llamado efecto de #nodo en el cual se forma una pel%cula delgada de tetrafluoruro de carbono sobre el #nodo, de modo $ue el ba"o 4a no mo@a su superficie, causando una abrupta ele5aci+n en el 5olta@e de la celda, lo $ue se inicia por una l#mpara de se"ales o una campana deri5ada a tra5/s de la celda 4 $ue no opera con el 5olta@e normal de la celda! uando esto sucede se agita la alDmina dentro de la celda, aun$ue el tiempo no coincida con la adici+n rutinaria peri+dica de la alDmina, en el proceso de electr+lisis as% como el 5olta@e de la celda, 5uel5en a la normalidad! Es toda5%a incierto el mecanismo real, mediante el cual se disuel5e la alDmina en el ba"o fundido 4 se descompone electro$u%micamente! os resultados finales son la liberaci+n de o6igeno en el #nodo 4 el dep+sito de aluminio en el c#todo! 2l o6igeno se combina con el #nodo de carbono para formar O 4 O), predominando el O)!
