El proceso Kroll es un proceso industrial pirometalúrgico que se utiliza 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 lleva a cabo 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 puede refinarse aún más para volver a convertirse en magnesio.
La esponja de titanio metálico poroso resultante se purifica mediante lixiviación o destilación al vacío . La esponja se tritura y se prensa antes de fundirla en un horno de arco de vacío con electrodos de carbono consumibles, "rellenado con argón puro obtenido a una presión lo suficientemente alta como para evitar una descarga luminiscente". [4] El lingote fundido se deja solidificar al vacío . A menudo se vuelve a fundir para eliminar 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 titanio es fundamentalmente difícil y costoso de manejar. Convertir lingotes de titanio en barras y láminas es un desafío debido a la reactividad del titanio: absorbe fácilmente las impurezas, lo que requiere "la eliminación y el recorte frecuentes de la superficie para eliminar los defectos de la superficie", que son "costosos e implican una pérdida significativa de rendimiento". Los procesos adjuntos que convierten la esponja de Kroll en un metal útil "han cambiado poco desde la década de 1950". [5]
Se han aplicado muchos métodos a la producción de titanio metálico, comenzando con un informe de 1887 de Nilsen y Pettersen que utilizaba 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 producir titanio de alta pureza.
Se descubrió que el tetracloruro de titanio se reduce con hidrógeno a altas temperaturas para dar hidruros que pueden procesarse térmicamente para obtener el metal puro.
Con estas tres ideas como base, Kroll desarrolló en Luxemburgo nuevos reductores y nuevos aparatos para la reducción del tetracloruro de titanio. Su alta reactividad frente a trazas de agua y otros óxidos metálicos presentaba desafíos. Se logró un éxito significativo con el uso de calcio como reductor, pero la mezcla resultante aún contenía importantes impurezas de óxido. [6] Kroll informó a la Sociedad Electroquímica de Ottawa sobre un gran éxito obtenido con magnesio a 1000 °C utilizando un reactor revestido de molibdeno. [7] El titanio de Kroll era muy dúctil, lo que reflejaba su alta pureza.
El proceso Kroll desplazó al proceso Hunter y continúa siendo la tecnología dominante para la producción de titanio metálico, además de impulsar la mayor parte de la producción mundial de magnesio metálico. [ cita requerida ]
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)