Titan

Titan besitzt ein breites Anwendungsgebiet und wird besonders in der chemischen Industrie eingesetzt, weil andere Metalle oft infolge von Korrosion versagen. Titan hingegen ist korrosionsbeständig und dient zudem als Ersatz für Kunststoffe, deren Einsatz ab einer bestimmten Temperatur oder einem bestimmten Druck nicht mehr erfolgreich gewährleistet werden kann. 

Bauteil aus Titan

Zudem besitzt Titan eine besondere Sauerstoffaffinät, weshalb das in titanreichen Erzen befindliche Titanoxid $ TiO_2 $ aus seiner stabilen Verbindung in eine weniger stabile Verbindung überführt werden muss, damit eine Reduktion und letztlich die Gewinnung von reinem Titan gelingt. Hierzu röstet man das Titanoxid mit Hilfe von Kohlenstoff bei Temperaturen bis zu 1000 °C.

Reaktionsgleichung von Titan

Die Reaktionsgleichung ist dabei wie folgt:

$ 2 TiO_2 + 3 C + 4 Cl_2 \rightarrow 2 TiCl_4 + 2 CO + CO_2 $

Titantetrachlorid

Das nach dieser Gleichung entstehende Titantetrachlorid [gasförmig] wird gereinigt, eine Trennung von den Chloriden der Begleitelemente wird vorgenommen und eine Verflüssigung stellt sich nach der Abkühlung ein. Damit sich während der Verflüssigungsphase und der Lagerung keine neuen Begleitstoffe einlagern können, finden diese Vorgänge unter Inertgas statt.

Metallisches Titan

Um nun das Titantetrachlorid in metallisches Titan zu reduzieren, verwendet man reaktive Metalle wie Natrium oder Magnesium. Unter einer Schutzatmosphäre wird dem flüssigen reaktiven Metall flüssiges Titantetrachlorid zugeführt und anschließend bei einer Prozesstemperatur von bis zu 900°C gehalten. Diesen Vorgang, bei dem durch Reduktion Titan entsteht, bezeichnet man als den Kroll-Prozess.

Die zugehörige Reaktionsgleichung hat die Form: 

$ TiCl_4 + 2 Mg + [überschüssiges] Mg \rightarrow Ti + 2 MgCl_2 + [überschüssiges] Mg $

Das in der Reaktionsgleichung aufgeführte überschüssige Magnesium [ca. 20 %] dient als Schutz vor Folgereaktionen, wie die Umwandlung von $ TiCl_4$ zu $ TiCl_3$ oder $ TiCl_2$

Titanschwamm

Nach Ende des Prozesses liegt ein Titanschwamm mit einer Reinheit von ca. 99 % vor. Das zuvor noch enthaltene Magnesiumchlorid und der Magnesiumüberschuss, wurde zuvor mit Salzsäure [verdünnt] herausgelaugt. Für eine weitere Verwendung presst man die Titanschwammstücke zu verdichtete Briketts, die als Elektroden im Lichtbogenofen umgeschmolzen werden können. Auch für letzteren Vorgang ist die Gegenwart einer Schutzatmosphäre zwingend.  

Zusammenfassung des Verfahrens - Titan

Nachfolgend ist nochmals der gesamte Verfahrensablauf zur Gewinnung von reinem Titan abgebildet.

Herstellung von Titan