Klorlama, bir metalin veya metal bileşiğinin klorürlü bir faza dönüştürülmesi işlemidir.
Genel proses fikri:
Metal doğrudan klorlanabilir:
Metal oksitler de uygun koşullarda klorüre dönüştürülebilir.
Bazı metal oksitlerin klorüre dönüştürülmesini kolaylaştırmak için klorlamaya karbon da dahil edilir.
Bu işlem genel olarak karboklorlama olarak adlandırılır.
Karbon, oksitteki oksijenin CO veya CO₂ şeklinde uzaklaştırılmasına yardım eder.
Klorlamanın asıl avantajı, başlangıçtaki bileşiğin fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirmesidir.
Bazı metal klorürleri:
- düşük kaynama sıcaklığına,
- yüksek uçuculuğa,
- birbirinden farklı buhar basınçlarına,
- uygun çözünürlük özelliklerine,
- sonraki indirgeme için daha elverişli kimyasal yapıya
sahip olabilir.
Titanyum metalurjisi klorlamanın en iyi endüstriyel örneklerinden biridir.
TiO₂'nin doğrudan metalik titanyuma indirgenmesi kolay değildir. Bu nedenle önce uçucu bir klorür oluşturulur.
Karboklorlama şematik olarak:
şeklinde gösterilebilir.
Oluşan TiCl₄ düşük kaynama noktasına sahip uçucu bir bileşiktir.
Saflaştırılmış TiCl₄ daha sonra magnezyumla indirgenebilir:
Bu reaksiyon Kroll prosesinin temel indirgeme reaksiyonudur.
Ti⁴⁺ → Ti
Redüksiyon
Mg → Mg²⁺
Oksidasyon
Her metal klorürü aynı kolaylıkta oluşmaz.
Genel klorür oluşum reaksiyonu:
için standart Gibbs serbest enerji değişimi:
ile değerlendirilir.
Ancak gerçek proses koşullarında:
kullanılır.
Basit bir metal/klorür dengesini düşünelim:
Saf katı metal ve klorür aktivitelerinin yaklaşık 1 olduğu basitleştirilmiş durumda:
olur.
Dolayısıyla pCl₂ değiştirilerek metal ile klorür arasındaki denge etkilenebilir.
pO₂
Metal / oksit dengesi
pCl₂
Metal / klorür dengesi
Evet. Klorlamanın ekstraktif metalurjideki önemli avantajlarından biri seçici kimyasal dönüşüm olanağıdır.
İki farklı bileşeni düşünelim:
Eğer A ve B klorürlerinin oluşum termodinamikleri yeterince farklıysa, uygun sıcaklık ve klor potansiyelinde:
tercihli olarak gerçekleştirilebilirken BO'nun büyük kısmı klorlanmadan kalabilir.
Klorürler arasındaki uçuculuk farkı çok güçlü bir ayırma yöntemi oluşturabilir.
Örneğin:
olsun.
Klorlama sırasında A klorürü gaz fazına geçebilir:
Böylece A, B'den fiziksel olarak ayrılmış olur.
MO → MS
Yüzey ve kimyasal özellikler değiştirilir.
Flotasyon / liç / sonraki ekstraksiyon kolaylaştırılabilir.
MO → MClₓ
Uçuculuk, çözünürlük ve indirgenebilirlik değiştirilebilir.
Ayırma ve saflaştırma kolaylaştırılabilir.
Klorlama genellikle nihai metal üretimi değildir. Klorür saflaştırıldıktan sonra metal başka bir yöntemle kazanılır.
Bu yöntem metale göre değişebilir.
Kimyasal indirgeme:
gibi reaksiyonlar kullanılabilir.
Elektrolitik indirgeme:
prensibine dayalı ergimiş tuz elektrolizi bazı metaller için kullanılabilir.