El proceso Kroll es un proceso industrial pirometalúrgico utilizado para producir titanio metálico a partir de tetracloruro de titanio . A partir de 2001, el proceso de William Justin Kroll reemplazó al proceso Hunter en casi toda la producción comercial. [1]
En el proceso Kroll, el tetracloruro de titanio se reduce con magnesio líquido para dar titanio metálico:
La reducción se realiza a 800-850 °C en una retorta de acero inoxidable . [2] [3] Las complicaciones resultan de la reducción parcial del TiCl 4 , dando lugar a los cloruros inferiores TiCl 2 y TiCl 3 . El MgCl 2 se puede refinar aún más hasta obtener magnesio.
La esponja de titanio metálica porosa resultante se purifica mediante lixiviación o destilación al vacío . La esponja se tritura y se prensa antes de fundirla en un horno de arco al vacío con electrodo de carbón consumible , "rellenado con argón puro getterizado a una presión lo suficientemente alta como para evitar una descarga luminosa". [4] El lingote fundido se deja solidificar al vacío . A menudo se vuelve a fundir para eliminar las inclusiones y garantizar la uniformidad. Estos pasos de fusión aumentan el costo del producto. El titanio es aproximadamente seis veces más caro que el acero inoxidable: Potter señaló en 2023 que "el procesamiento del titanio es fundamentalmente difícil y costoso. Convertir lingotes de titanio en barras y láminas es un desafío debido a la reactividad del titanio: absorbe fácilmente las impurezas, lo que requiere " eliminación frecuente de la superficie y recorte para eliminar defectos de la superficie”, que son “costosos e implican una pérdida significativa de rendimiento”. Los procesos adjuntos que convierten la esponja de Kroll en metal útil han “cambiado poco desde la década de 1950”. [5]
Se habían aplicado muchos métodos a la producción de titanio metálico, comenzando con un informe de 1887 de Nilsen y Pettersen utilizando sodio, que se optimizó en el proceso comercial Hunter . En este proceso (que dejó de ser comercial en la década de 1990) el TiCl 4 se reduce al metal mediante sodio . [3]
En la década de 1920, Anton Eduard van Arkel, que trabajaba para Philips NV, describió la descomposición térmica del tetrayoduro de titanio para obtener titanio de gran pureza.
Se descubrió que el tetracloruro de titanio se reduce con hidrógeno a altas temperaturas para dar hidruros que pueden procesarse térmicamente hasta obtener metal puro.
Con estas tres ideas como trasfondo, Kroll en Luxemburgo desarrolló nuevos reductores y nuevos aparatos para la reducción de tetracloruro de titanio. Su alta reactividad frente a trazas de agua y otros óxidos metálicos presentó desafíos. Se logró un éxito significativo con el uso de calcio como reductor, pero la mezcla resultante todavía contenía importantes impurezas de óxido. [6] Kroll informó a la Sociedad Electroquímica de Ottawa sobre un gran éxito utilizando magnesio a 1000 °C utilizando un reactor revestido de molibdeno. [7] El titanio de Kroll era muy dúctil, lo que refleja su alta pureza.
El proceso Kroll desplazó al proceso Hunter y continúa siendo la tecnología dominante para la producción de metal titanio, además de impulsar la mayor parte de la producción mundial de metal magnesio. [ cita necesaria ]
Después de mudarse a los Estados Unidos, Kroll desarrolló aún más el método para la producción de circonio en el Centro de Investigación de Albany . [4]
![{\displaystyle {\ce {{TiCl4}+2{Mg}->[825~^{\circ }\mathrm {C} ]{Ti}+2{MgCl2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7d826ac7cb4b773190ee850f55d69e9986adf4ad)