Il processo Kroll è un metodo utilizzato per convertire il minerale in metallo di titanio. Ingegneri, aziende manifatturiere e aziende mediche utilizzano il titanio per una varietà di scopi diversi perché è resistente come l’acciaio ma è più leggero. Tracce di titanio possono essere trovate in minerali come rutilo e ilmenite, ma il processo pirometallurgico Kroll rimuove le impurità e produce un metallo che può essere utilizzato in impianti medici, costruzioni e progettazione di aeromobili.
Il titanio è stato scoperto in Gran Bretagna nel 1791 da un uomo di nome William Gregor. Uno scienziato tedesco di nome Martin Heinrich Klaproth lo chiamò in onore del dio greco Titano durante lo stesso anno. Gli scienziati iniziarono a sviluppare modi per estrarre l’elemento appena scoperto da rutilo e ilmenite e nel 1910 un chimico di nome Matthew Hunter sviluppò un metodo per produrre metallo di titanio mescolando rutilo con coke e cloro. Il processo Hunter è diventato il primo processo su scala industriale per la produzione di questo metallo.
Durante gli anni ‘1930, uno scienziato lussemburghese di nome William Kroll iniziò a sperimentare con il titanio. Nel 1938 sviluppò quello che in seguito divenne noto come il metodo Kroll. Kroll si trasferì negli Stati Uniti dopo lo scoppio della seconda guerra mondiale e il suo processo per la produzione del metallo di titanio fu brevettato negli Stati Uniti nel 1940. Il brevetto fu successivamente annullato dal governo federale perché Kroll non era cittadino degli Stati Uniti. Entrò in una battaglia legale di sette anni che culminò con il ripristino del brevetto.
Il processo Kroll inizia facendo passare il gas di cloro attraverso il rutilo in un cloratore. Durante la prima fase del processo, dal minerale vengono prodotti tetracloruro di titanio e cloruri. L’ossigeno viene rimosso dal titanio tetracholdire attraverso un processo di distillazione, e questo lascia il tetracloruro di titanio in forma liquida. Gli scienziati aggiungono magnesio liquido o sodio al tetracloruro di titanio e il risultato finale è una spugna metallica.
Questa spugna di titanio viene frantumata e quindi messa in un forno ad arco sotto vuoto per elettrodi di consumo. La spugna fonde all’interno del forno ma, a differenza di altri metalli, non viene colata perché si solidifica nel vuoto. Un lingotto di titanio prodotto durante il processo Kroll può pesare oltre 5,000 chilogrammi (5.51 tonnellate). Le molteplici fasi del processo Kroll significano che il titanio è molto più costoso da produrre rispetto a tipi simili di metallo, come l’acciaio.
Dopo aver sviluppato il processo Kroll, William Kroll ha utilizzato una tecnica simile per creare il metallo di zirconio. Sia il titanio che lo zirconio sono ora utilizzati per realizzare parti di navi spaziali. Il titanio, a differenza dello zirconio, non è pericoloso per la salute e viene quindi utilizzato anche per gli impianti medici.