Mètode de preparació de ferralla de titani

El titani i els seus aliatges tenen excel·lents propietats, com ara resistència a la corrosió de baixa densitat i resistència a altes temperatures. La indústria mundial del titani està experimentant la transició d'un model únic amb l'aeroespacial com a mercat principal a un model diversificat centrat en el desenvolupament de la metal·lúrgia, l'energia, el transport, la indústria química, la biomedicina i altres camps civils. Actualment, el món pot dur a terme la producció industrialitzada de titani en només uns pocs països com els Estats Units, el Japó, Rússia, la Xina i altres països, la producció anual total mundial de titani és de només unes desenes de milers de tones. Però a causa del valor estratègic important del titani i de l'estat de l'economia nacional, el titani es convertirà en l'augment del ferro, l'alumini, després del "tercer metall", el segle XXI serà el segle del titani.

Mètodes actuals de producció de titani producció actual de titani mitjançant el mètode de reducció tèrmica de metalls, que fa referència a l'ús de reductor metàl·lic (R) i òxids o clorurs metàl·lics (MX) de la reacció per preparar metall M. La producció ja industrialitzada de titani mètodes metal·lúrgics per al magnesi mètode de reducció tèrmica (mètode Kroll) i mètode de reducció tèrmica de sodi (mètode Hunter). Com que el mètode Hunter és més car que el mètode Kroll, l'únic mètode que actualment s'utilitza àmpliament a la indústria és el mètode Kroll, que ha estat criticat des del seu desenvolupament l'any 1948 pel seu alt cost i baixa eficiència de reducció. Mig segle després, el procés no ha canviat fonamentalment, segueix sent la producció intermitent, no es va adonar de la producció de continu.

Mètode de producció de metall de titani de noves tendències a la indústria mundial del titani després de dècades de desenvolupament, tot i que el mètode Kroll i el mètode Hunter per a una sèrie de millores, però són operacions intermitents, petites millores no poden reduir significativament el preu del titani. Per tant, s'hauria de desenvolupar un nou procés continu de baix cost per resoldre fonamentalment el problema dels alts costos de producció. Amb aquesta finalitat, els investigadors han dut a terme un gran nombre d'experiments i estudis. La investigació actual se centra en els mètodes següents: mètode de reducció electroquímica per tal de reduir costos, la gent de la investigació de desoxidació directa del metall de titani. Algunes persones a l'estranger utilitzen mètodes electroquímics per reduir la concentració d'oxigen sòlid dissolt en titani fins al límit de detecció (500 ppm) a continuació. Creuen que en el procés de desoxidació electroquímica, el calci desoxidant es produeix en l'electròlisi de la sal fosa de clorur de calci, i O2- es precipita en forma de CO2 o CO a l'ànode. Aquest nou mètode d'alta purificació s'utilitza no només per a la desoxigenació del titani, sinó també per a metalls de terres rares com l'itri i el neodimi, i pot reduir el contingut d'oxigen a 10 ppm.

El mètode electroquímic d'industrialització del procés experimental és: en primer lloc, la pols de diòxid de titani amb fosa o modelat a pressió, sinteritzat per al càtode, grafit com a ànode, CaCl2 com a sal fosa, en gresol de grafit o titani per a l'electròlisi. La tensió aplicada és de 2,8 V a 3,2 V, que és inferior a la tensió de descomposició de CaCl2 (3,2 V a 3,3 V). Després d'un cert temps d'electròlisi, el càtode va canviar de blanc a gris i es va observar la transformació de 0,25 μm TiO2 a 12 μm d'esponja de titani sota SEM. El motiu principal per utilitzar el clorur de calci com a sal fosa és el seu baix preu i la seva solubilitat per O2-, que fa que el titani precipitat no sigui fàcil d'oxidar; a més, el CaCl2 no és tòxic i no contamina el medi ambient.

En comparació amb l'electròlisi de sal fosa de TiCl4, les matèries primeres utilitzades en aquest mètode són òxids en lloc de clorurs volàtils, de manera que el procés de preparació es pot simplificar i la qualitat dels productes és alta; no hi haurà reacció redox entre els ions de valència de titani; el gas de precipitació de l'ànode és oxigen pur (ànode inert) o una barreja de CO i CO2 (ànode de grafit), que és fàcilment controlable i no contaminant.

Aquest mètode no només afavoreix la reacció de reducció prop del càtode, sinó que també desoxida el titani obtingut per reducció. Aquest mètode combina la reducció electrolítica directa d'òxids i la desoxigenació electroquímica, que és un nou mètode de preparació de titani, i s'ha convertit en el mètode més notable en el procés d'extracció de titani. Segons les dades de l'article publicat a la revista britànica Nature l'any 2000, s'estima que l'ús d'aquest mètode redueix el cost de producció de l'esponja de titani en uns 13,000 dòlars per tona. , i la producció global total actual de 50,000 a 60.000 tones estalviarà 770 milions de dòlars EUA anuals en costos de producció si es canvia a la producció d'aquest mètode electroquímic.

Mètode d'Armstrong Amstrong et al. per millorar el mètode Hunter, convertint-lo en un procés de producció continu. El procés és el següent: primer s'injecta gas TiCl4 en un excés de sodi fos, que actua com a agent refrigerant per reduir el producte i portar-lo al procés de separació. Traieu el sodi i la sal per obtenir el producte en pols de titani. El contingut d'oxigen del producte és tan baix com el 0,2%, arribant a l'estàndard del titani secundari. Una lleugera millora del procés pot produir aliatges VTi, AlTi. En comparació amb el mètode Hunter, aquest mètode té els avantatges d'una producció contínua, poca inversió, una àmplia gamma d'aplicacions de productes i els subproductes descomposts en sodi i clor es poden reciclar.

Mètode de reducció electrolítica TiCl4 Des de la perspectiva del procés electrolític, l'ús del mètode electrolític TiCl4 és superior als mètodes Kroll i Hunter. Per tant, des de l'inici del desenvolupament del mètode de reducció tèrmica de Kroll, hi ha la idea de transformar el procés de fosa de titani en un mètode electrolític.

El mètode de reducció electrolítica de TiCl4 és l'únic que abans es pensava que era un possible substitut del procés Kroll, els Estats Units, l'antiga Unió Soviètica, el Japó, França, Itàlia, la Xina, etc., han dut a terme a llarg termini i en- investigació en profunditat al respecte. El mètode de reducció electrolítica TiCl4 es requereix tècnicament per convertir TiCl4 en un clorur de titani de baixa valent i dissoldre'l a la fosa i, al mateix temps, cal separar l'àrea del càtode de la zona de l'ànode i fer que el dipòsit electrolític segelli. .

Els italians han estat treballant en l'electròlisi de TiCl4, van analitzar les dades de l'electròlisi de cloració i van trobar que quan la temperatura és per sobre dels 900 graus, no hi ha Ti2+ o Ti3+ a l'electròlit, sinó només Ti 4+ i Ti. El procés d'electròlisi establert sobre aquesta base és el següent: el gas TiCl4 s'injecta en un electròlit multicapa i s'absorbeix. Aquesta capa multifàsica està formada per ions de potassi, calci, titani, clor i fluor, així com potassi i calci, i separa el càtode de titani de l'ànode de grafit. El titani líquid generat a la capa més baixa s'enfonsa al fons del bany en un gresol de coure amb refredament per aigua per formar lingots. Tanmateix, la puresa del titani obtingut per aquest mètode no és alta i l'eficiència és baixa.

Outlook té un rendiment superior i abundants recursos de titani de la segona meitat del segle XX com a material ideal d'atenció, però fins ara no han estat dels metalls rars de la producció anual de titani del món és només desenes de milers de tones. Com que el mètode Kroll és reduir el tetraclorur de titani amb metall de magnesi per obtenir un metall de titani esponjós, juntament amb el procés llarg, la iteració de múltiples processos i altres factors, el que resulta en un alt cost de l'esponja de titani, afectant l'aplicació de titani en diverses indústries, de manera que encara no s'ha popularitzat per utilitzar-lo en moltes àrees d'aplicació. Tanmateix, creiem que amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia, el desenvolupament de nous processos de producció de metall de titani, la reducció de costos de producció, l'expansió de l'escala de producció, el segle XXI es convertirà realment en el segle del titani.