크롤 공정

크롤 공정(Kroll process)은 사염화 티타늄으로부터 금속 타이타늄을 생산하는 데 사용되는 건식 야금 산업 공정이다. 2001년 기준으로 윌리엄 저스틴 크롤의 공정은 거의 모든 상업 생산에서 헌터 공정을 대체했다.Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. .

 공정 
크롤 공정에서 사염화 티타늄은 액체 마그네슘에 의해 환원되어 타이타늄 금속을 생성한다.
{TiCl4} + 2{Mg} ->[825~^{\circ}\mathrm{C}]{Ti} + 2{MgCl2}
환원은 스테인리스강 증류기에서 800–850 °C에서 수행된다.Habashi, F. (ed.) Handbook of Extractive Metallurgy, Wiley-VCH, Weinheim, 1997. TiCl4의 부분 환원으로 인해 낮은 염화물인 TiCl2 및 TiCl3이 생성되어 합병증이 발생한다. MgCl2는 다시 마그네슘으로 정제될 수 있다. 

 부속 공정 
생성된 다공성 금속 타이타늄 스펀지는 침출 또는 감압 증류로 정제된다. 스펀지는 소비성 전극 아크로에 용해되기 전에 분쇄되고 압착되며, "글로우 방전을 피하기에 충분히 높은 압력의 순수 게터 아르곤으로 재충전된다". 용해된 주괴는 진공 상태에서 응고되도록 허용된다. 불순물을 제거하고 균일성을 보장하기 위해 종종 재용해된다. 이러한 용해 단계는 제품 비용을 증가시킨다. 타이타늄은 스테인리스강보다 약 6배 비싸다. 포터는 2023년에 "타이타늄은 근본적으로 다루기 어렵고 비싸다. 타이타늄 주괴를 막대와 판으로 만드는 것은 타이타늄의 반응성 때문에 어렵다. 타이타늄은 불순물을 쉽게 흡수하여 '빈번한 표면 제거 및 표면 결함을 제거하기 위한 절단'이 필요하며 이는 '비용이 많이 들고 상당한 수율 손실을 수반한다'." 크롤의 스펀지를 유용한 금속으로 바꾸는 부속 공정은 "1950년대 이후 거의 변하지 않았다".

 역사 및 후속 개발 
1887년 닐센과 페터슨이 나트륨을 사용하여 보고한 것부터 시작하여 타이타늄 금속 생산에 많은 방법이 적용되었으며, 이는 상업용 헌터 공정으로 최적화되었다. 이 공정(1990년대에 상업성을 잃음)에서는 TiCl4가 나트륨에 의해 금속으로 환원된다.

1920년대에 필립스에서 일하던 안톤 에두아르트 판 아르켈은 사요오드화 타이타늄의 열분해를 통해 고순도 타이타늄을 얻는 방법을 설명했다.

사염화 타이타늄은 고온에서 수소로 환원되어 순수 금속으로 열처리될 수 있는 수소화물을 생성하는 것으로 밝혀졌다.

이 세 가지 아이디어를 배경으로 룩셈부르크의 크롤은 사염화 타이타늄의 환원을 위한 새로운 환원제와 새로운 장치를 개발했다. 미량의 물 및 기타 금속 산화물에 대한 높은 반응성은 어려움을 야기했다. 칼슘을 환원제로 사용하여 상당한 성공을 거두었지만, 결과 혼합물에는 여전히 상당한 산화물 불순물이 포함되어 있었다.W. Kroll "Verformbares Titan und Zirkon" (Eng: Ductile Titanium and Zirconium) Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie Volume 234, p. 42-50.  1000 °C에서 몰리브데늄 피복 반응기를 사용하여 마그네슘을 사용하는 주요 성공은 크롤에 의해 오타와의 전기화학 학회에 보고되었다.W. J. Kroll, "The Production of Ductile Titanium" Transactions of the Electrochemical Society volume 78 (1940) 35–47. 크롤의 타이타늄은 고순도를 반영하여 매우 연성이었다.

크롤 공정은 헌터 공정을 대체했으며 타이타늄 금속 생산의 지배적인 기술로 남아 있으며, 전 세계 마그네슘 금속 생산의 대부분을 주도하고 있다.

미국으로 이주한 후 크롤은 올버니 연구 센터에서 지르코늄 생산 방법을 더욱 개발했다.

 같이 보기 
 염화물 공정


 각주 

 추가 자료 
 P.Kar, Mathematical modeling of phase change electrodes with application to the FFC process, PhD thesis; UC, Berkeley, 2007.

 외부 링크 
 Titanium: Kroll Method: 오크리지 국립연구소의 Innovations in Manufacturing이 업로드한 유튜브 동영상

분류:화학공학 공정
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분류:금속공학 공정
분류:20세기 발명품