Spôsob prípravy titánového šrotu

Titán a jeho zliatiny majú vynikajúce vlastnosti, ako je odolnosť proti korózii s nízkou hustotou a odolnosť voči vysokej teplote. Svetový titánový priemysel zažíva prechod od jednotného modelu s letectvom ako hlavným trhom k diverzifikovanému modelu so zameraním na rozvoj metalurgie, energetiky, dopravy, chemického priemyslu, biomedicíny a iných civilných oblastí. V súčasnosti môže svet realizovať industrializovanú výrobu titánu len v niekoľkých krajinách ako sú USA, Japonsko, Rusko, Čína a ďalšie krajiny, celková ročná produkcia titánu na svete je len niekoľko desiatok tisíc ton. Ale kvôli významnej strategickej hodnote titánu a postaveniu národného hospodárstva sa titán stane vzostupom železa, hliníka, po „tretí kov“ bude 21. storočie storočím titánu.

Súčasné spôsoby výroby titánu súčasná výroba titánu pomocou metódy tepelnej redukcie kovu, ktorá sa týka použitia kovového redukčného činidla (R) a oxidov alebo chloridov kovov (MX) reakcie na prípravu kovu M. Už industrializovaná výroba titánu, metalurgické metódy pre horčík metóda tepelnej redukcie (metóda Kroll) a metóda tepelnej redukcie sodíka (metóda Hunter). Pretože Hunterova metóda je drahšia ako Krollova metóda, jediná metóda, ktorá je v súčasnosti široko používaná v priemysle, je Krollova metóda, ktorá je od svojho vývoja v roku 1948 kritizovaná pre svoju vysokú cenu a nízku účinnosť redukcie. O pol storočia neskôr sa proces zásadne nezmenil, je stále prerušovaná výroba, nepodarilo sa realizovať kontinuálnu výrobu.

Titánový kovový spôsob výroby nových trendov vo svete titánového priemyslu po desaťročiach vývoja, aj keď metóda Kroll a metóda Hunter pre sériu vylepšení, ale sú prerušované, malé vylepšenia nemôžu výrazne znížiť cenu titánu. Preto by sa mal vyvinúť nový, nízkonákladový kontinuálny proces, aby sa zásadne vyriešil problém vysokých výrobných nákladov. Za týmto účelom výskumníci vykonali veľké množstvo experimentov a štúdií. Súčasný výskum sa zameriava na nasledujúce metódy: elektrochemická redukčná metóda s cieľom znížiť náklady, ľudia z titánového kovu výskum priamej deoxidácie. Niektorí ľudia v zahraničí používajú elektrochemické metódy na zníženie koncentrácie pevného rozpusteného kyslíka v titáne na detekčný limit (500 ppm) nižšie. Domnievajú sa, že v procese elektrochemickej deoxidácie sa pri elektrolýze roztavenej soli chloridu vápenatého vyrába deoxidačný vápnik a O2- sa zráža vo forme CO2 alebo CO na anóde. Táto nová metóda vysokého čistenia sa používa nielen na deoxygenáciu titánu, ale aj kovov vzácnych zemín, ako je ytrium a neodým, a môže znížiť obsah kyslíka na 10 ppm.

Elektrochemická metóda industrializácie experimentálneho procesu je: v prvom rade práškový oxid titaničitý s odlievaním alebo tlakovým lisovaním, spekaný pre katódu, grafit ako anóda, CaCl2 ako roztavená soľ, v grafitovom alebo titánovom tégliku na elektrolýzu. Použité napätie je 2,8 V až 3,2 V, čo je nižšie ako rozkladné napätie CaCl2 (3,2 V až 3,3 V). Po určitom čase elektrolýzy sa katóda zmenila z bielej na sivú a pomocou SEM sa pozorovala premena 0,25 μm TiO2 na 12 μm titánovú hubu. Hlavným dôvodom použitia chloridu vápenatého ako roztavenej soli je jeho nízka cena a jeho rozpustnosť pre O2-, vďaka čomu nie je ľahké oxidovať vyzrážaný titán; okrem toho je CaCl2 netoxický a neznečisťuje životné prostredie.

V porovnaní s elektrolýzou roztavenej soli TiCl4 sú suroviny používané v tejto metóde skôr oxidy než prchavé chloridy, takže proces prípravy možno zjednodušiť a kvalita produktov je vysoká; medzi titánovými valenčnými iónmi nebude žiadna redoxná reakcia; anódovým zrážacím plynom je čistý kyslík (inertná anóda) alebo zmes CO a CO2 (grafitová anóda), ktorý je ľahko regulovateľný a neznečisťujúci.

Táto metóda nielen podporuje redukčnú reakciu v blízkosti katódy, ale tiež deoxiduje titán získaný redukciou. Táto metóda kombinuje priamu elektrolytickú redukciu oxidov a elektrochemickú deoxygenáciu, čo je nová metóda prípravy titánu a stala sa najvýznamnejšou metódou v procese extrakcie titánu. Podľa údajov článku publikovaného v britskom časopise Nature v roku 2000 sa odhaduje, že použitie tejto metódy znižuje výrobné náklady titánovej špongie o približne 13,000 amerických dolárov za tonu a súčasná celková celosvetová produkcia 50,{6}} až 60 000 ton ušetrí 770 miliónov amerických dolárov ročne na výrobných nákladoch, ak sa prejde na výrobu touto elektrochemickou metódou.

Armstrongova metóda Amstrong a kol. zlepšiť Hunterovu metódu, čím sa stane kontinuálnym výrobným procesom. Proces je nasledovný: plynný TiCl4 sa najskôr vstrekuje do nadbytku roztaveného sodíka, ktorý pôsobí ako chladivo na redukciu produktu a prenáša ho do separačného procesu. Odstráňte sodík a soľ, aby ste získali produkt titánový prášok. Obsah kyslíka v produkte je len 0,2 %, čím dosahuje štandard sekundárneho titánu. Miernym zlepšením procesu je možné vyrobiť zliatiny VTi, AlTi. V porovnaní s Hunterovou metódou má táto metóda výhody kontinuálnej výroby, nízkych investícií, širokého spektra aplikácií produktov a vedľajšie produkty rozložené na sodík a chlór je možné recyklovať.

Metóda elektrolytickej redukcie TiCl4 Z hľadiska elektrolytického procesu je použitie elektrolytickej metódy TiCl4 lepšie ako metóda Kroll a Hunter. Preto od začiatku vývoja Krollovej metódy tepelnej redukcie existuje myšlienka transformovať proces tavenia titánu na elektrolytickú metódu.

Metóda elektrolytickej redukcie TiCl4 je jediná, ktorá sa kedysi považovala za možnú náhradu Krollovho procesu, USA, bývalý Sovietsky zväz, Japonsko, Francúzsko, Taliansko, Čína atď. hĺbkový výskum toho. Metóda elektrolytickej redukcie TiCl4 je technicky potrebná na premenu TiCl4 na nízkomocný chlorid titánu a jeho rozpustenie v tavenine a súčasne je potrebné oddeliť oblasť katódy od oblasti anódy a utesniť elektrolytickú nádrž. .

Taliani pracovali na elektrolýze TiCl4, analyzovali údaje z chloračnej elektrolýzy a zistili, že keď je teplota vyššia ako 900 stupňov, v elektrolyte nie je Ti2+ ani Ti3+, ale iba Ti 4+ a Ti. Proces elektrolýzy zavedený na tomto základe je nasledovný: Plynný TiCl4 sa vstrekuje do viacvrstvového elektrolytu a absorbuje sa. Táto viacfázová vrstva pozostáva z iónov draslíka, vápnika, titánu, chlóru a fluóru, ako aj draslíka a vápnika a oddeľuje titánovú katódu od grafitovej anódy. Kvapalný titán vytvorený v najnižšej vrstve klesá na dno kúpeľa do medeného téglika s vodným chladením za vzniku ingotov. Čistota titánu získaného týmto spôsobom však nie je vysoká a účinnosť je nízka.

Outlook má nadštandardný výkon a bohaté zásoby titánu z druhej polovice 20. storočia ako ideálny materiál na pozornosť, no doteraz neboli zo vzácnych kovov, pričom svetová ročná produkcia titánu je len niekoľko desiatok tisíc ton. Pretože metóda Kroll spočíva v redukcii chloridu titaničitého kovovým horčíkom, aby sa získal hubovitý kovový titán, spojený s dlhým procesom, opakovaním viacerých procesov a ďalšími faktormi, čo vedie k vysokým nákladom na titánovú hubu, čo ovplyvňuje použitie titánu v rôznych priemyselných odvetviach, takže ešte nebol spopularizovaný na použitie v mnohých aplikačných oblastiach. Veríme však, že s rozvojom vedy a techniky, vývojom nového výrobného procesu titánového kovu, znížením výrobných nákladov, rozšírením výrobného rozsahu sa 21. storočie skutočne stane storočím titánu.