Was ist der Kroll-Prozess?
Das Kroll-Verfahren ist eine Methode zur Umwandlung von Erz in Titanmetall. Ingenieure, Produktionsfirmen und medizinische Unternehmen verwenden Titan für eine Vielzahl von unterschiedlichen Zwecken, da es so stark wie Stahl ist, aber leichter. Spuren von Titan können in Mineralien wie Rutil und Ilmenit gefunden werden, aber das pyrometallurgische Kroll-Verfahren entfernt Verunreinigungen und erzeugt ein Metall, das in medizinischen Implantaten, im Bauwesen und im Flugzeugbau verwendet werden kann.
Titan wurde 1791 in Großbritannien von einem Mann namens William Gregor entdeckt. Ein deutscher Wissenschaftler namens Martin Heinrich Klaproth nannte es im selben Jahr nach dem griechischen Gott Titan. Wissenschaftler begannen, Wege zu entwickeln, um das neu entdeckte Element aus Rutil und Ilmenit zu extrahieren, und 1910 entwickelte ein Chemiker namens Matthew Hunter eine Methode zur Herstellung von Titanmetall durch Mischen von Rutil mit Koks und Chlor. Das Hunter-Verfahren war das erste großtechnische Verfahren zur Herstellung dieses Metalls.
In den 1930er Jahren begann ein Luxemburger Wissenschaftler namens William Kroll mit Titan zu experimentieren. 1938 entwickelte er die später als Kroll-Methode bekannte Methode. Kroll zog nach dem Ausbruch des Zweiten Weltkriegs in die USA, und sein Verfahren zur Herstellung von Titanmetall wurde 1940 in den USA patentiert. Das Patent wurde später von der Bundesregierung für nichtig erklärt, da Kroll kein amerikanischer Staatsbürger war. Er trat in einen siebenjährigen Rechtsstreit ein, der mit der Wiedereinsetzung des Patents gipfelte.
Der Kroll-Prozess beginnt damit, dass Chlorgas in einem Chlorator durch Rutil geleitet wird. Während der ersten Stufe des Prozesses werden Titantetrachlorid und -chloride aus dem Erz hergestellt. Durch einen Destillationsprozess wird Sauerstoff aus dem Titantetrachlorid entfernt, wodurch das Titantetrachlorid in flüssiger Form zurückbleibt. Wissenschaftler fügen dem Titantetrachlorid flüssiges Magnesium oder Natrium hinzu, und das Endergebnis ist ein metallischer Schwamm.
Dieser Titanschwamm wird zerkleinert und dann in einen Vakuum-Lichtbogenofen für Verbrauchselektroden gegeben. Der Schwamm schmilzt im Ofen, wird aber im Gegensatz zu anderen Metallen nicht gegossen, da er sich im Vakuum verfestigt. Ein während des Kroll-Prozesses hergestellter Titanbarren kann mehr als 5.000 Kilogramm (5,51 Tonnen) wiegen. Aufgrund der vielen Schritte des Kroll-Prozesses ist die Herstellung von Titan viel teurer als die von ähnlichen Metallen wie Stahl.
Nach der Entwicklung des Kroll-Prozesses verwendete William Kroll eine ähnliche Technik, um Zirkoniummetall herzustellen. Sowohl Titan als auch Zirkonium werden heute zur Herstellung von Teilen für Raumschiffe verwendet. Titan ist im Gegensatz zu Zirkonium kein Gesundheitsrisiko und wird daher auch für medizinische Implantate verwendet.