Metoda priprave odpadnih kovin iz titana

Titan in njegove zlitine imajo odlične lastnosti, kot sta odpornost proti koroziji nizke gostote in odpornost na visoke temperature. Svetovna industrija titana doživlja prehod od enotnega modela z vesoljstvom kot glavnim trgom do raznolikega modela, ki se osredotoča na razvoj metalurgije, energetike, transporta, kemične industrije, biomedicine in drugih civilnih področij. Trenutno lahko svet izvaja industrializirano proizvodnjo titana v le nekaj državah, kot so ZDA, Japonska, Rusija, Kitajska in druge države, skupna svetovna letna proizvodnja titana je le nekaj deset tisoč ton. Toda zaradi pomembne strateške vrednosti titana in statusa nacionalnega gospodarstva bo titan postal vzpon železa, aluminija, po "tretji kovini" bo 21. stoletje stoletje titana.

Trenutne metode proizvodnje titana Trenutna proizvodnja titana z metodo termične redukcije kovine, ki se nanaša na uporabo kovinskega reducenta (R) in kovinskih oksidov ali kloridov (MX) reakcije za pripravo kovine M. Že industrializirana proizvodnja titana, metalurške metode za magnezij metoda toplotne redukcije (metoda Kroll) in metoda termične redukcije natrija (metoda Hunter). Ker je Hunterjeva metoda dražja od metode Kroll, je edina metoda, ki se trenutno pogosto uporablja v industriji, metoda Kroll, ki je bila od svojega razvoja leta 1948 kritizirana zaradi visokih stroškov in nizke učinkovitosti zmanjševanja. Pol stoletja kasneje se proces ni bistveno spremenil, še vedno je občasna proizvodnja, ni uspelo realizirati kontinuirane proizvodnje.

Metoda proizvodnje titanove kovine novih trendov v svetovni industriji titana po desetletjih razvoja, čeprav sta metodi Kroll in Hunter za vrsto izboljšav, vendar sta občasno delovanje, majhne izboljšave ne morejo bistveno zmanjšati cene titana. Zato je treba razviti nov, nizkocenovni kontinuirani postopek, da bi temeljito rešili problem visokih proizvodnih stroškov. V ta namen so raziskovalci izvedli veliko število poskusov in študij. Sedanje raziskave se osredotočajo na naslednje metode: metoda elektrokemične redukcije za zmanjšanje stroškov, raziskave neposredne deoksidacije kovine titana. Nekateri ljudje v tujini uporabljajo elektrokemične metode za zmanjšanje koncentracije trdno raztopljenega kisika v titanu na spodnjo mejo zaznavnosti (500 ppm). Menijo, da v procesu elektrokemične deoksidacije pri elektrolizi staljene soli kalcijevega klorida nastane dezoksidator kalcij, O2- pa se na anodi izloči v obliki CO2 ali CO. Ta nova metoda visokega čiščenja se ne uporablja samo za deoksigenacijo titana, ampak tudi za redke zemeljske kovine, kot sta itrij in neodim, in lahko zmanjša vsebnost kisika na 10 ppm.

Elektrokemična metoda industrializacije eksperimentalnega procesa je: najprej prah titanovega dioksida z litjem ali tlačnim oblikovanjem, sintran za katodo, grafit kot anoda, CaCl2 kot staljena sol, v grafitnem ali titanovem lončku za elektrolizo. Uporabljena napetost je 2,8 V do 3,2 V, kar je nižje od napetosti razgradnje CaCl2 (3,2 V do 3,3 V). Po določenem času elektrolize se je katoda spremenila iz bele v sivo in pod SEM smo opazili transformacijo 0.25 μm TiO2 v 12 μm titanovo gobo. Glavni razlog za uporabo kalcijevega klorida kot staljene soli je njegova nizka cena in njegova topnost za O 2-, zaradi česar oborjenega titana ni enostavno oksidirati; poleg tega je CaCl2 netoksičen in ne onesnažuje okolja.

V primerjavi z elektrolizo staljene soli TiCl4 so surovine, uporabljene pri tej metodi, oksidi in ne hlapni kloridi, zato je postopek priprave mogoče poenostaviti, kakovost izdelkov pa je visoka; med titanovimi valentnimi ioni ne bo prišlo do redoks reakcije; anodni precipitacijski plin je čisti kisik (inertna anoda) ali mešanica CO in CO2 (grafitna anoda), ki ga je enostavno nadzorovati in ne onesnažuje.

Ta metoda ne samo spodbuja reakcijo redukcije v bližini katode, ampak tudi deoksidira titan, dobljen z redukcijo. Ta metoda združuje neposredno elektrolitsko redukcijo oksidov in elektrokemijsko deoksigenacijo, ki je nova metoda priprave titana in je postala najbolj opazna metoda v procesu ekstrakcije titana. Po podatkih prispevka, objavljenega v britanski reviji Nature leta 2000, se ocenjuje, da uporaba te metode zmanjša proizvodne stroške titanove gobe za približno 13,000 ameriških dolarjev na tono. , trenutna skupna svetovna proizvodnja od 50,000 do 60.000 ton pa bo pri proizvodnih stroških prihranila 770 milijonov ameriških dolarjev na leto, če se preklopi na proizvodnjo s to elektrokemično metodo.

Armstrongova metoda Amstrong et al. izboljšati Hunterjevo metodo, tako da postane neprekinjen proizvodni proces. Postopek je sledeč: plin TiCl4 se najprej vbrizga v presežek staljenega natrija, ki deluje kot hladilno sredstvo za redukcijo produkta in ga prenese v postopek ločevanja. Odstranite natrij in sol, da dobite produkt titanov prah. Vsebnost kisika v izdelku je tako nizka kot 0,2 %, kar dosega standard sekundarnega titana. Z rahlim izboljšanjem postopka lahko proizvedemo zlitine VTi, AlTi. V primerjavi s Hunterjevo metodo ima ta metoda prednosti neprekinjene proizvodnje, nizkih naložb, širokega spektra uporabe izdelkov in stranske produkte, ki se razgradijo v natrij in klor, je mogoče reciklirati.

Metoda elektrolitske redukcije TiCl4 Z vidika elektrolitskega postopka je uporaba elektrolitske metode TiCl4 boljša od Krollove in Hunterjeve metode. Zato že od začetka razvoja Krollove metode termične redukcije obstaja zamisel o preoblikovanju procesa taljenja titana v elektrolitsko metodo.

Metoda elektrolitske redukcije TiCl4 je edina, za katero se je nekoč mislilo, da je možna zamenjava za Krollov postopek, ZDA, nekdanja Sovjetska zveza, Japonska, Francija, Italija, Kitajska itd. poglobljene raziskave o tem. Metoda elektrolitske redukcije TiCl4 je tehnično potrebna za pretvorbo TiCl4 v nizkovalentni titanov klorid in njegovo raztapljanje v talini, hkrati pa je potrebno ločiti območje katode od območja anode in zapreti rezervoar za elektrolit. .

Italijani so delali na elektrolizi TiCl4, analizirali so podatke elektrolize kloriranja in ugotovili, da ko je temperatura nad 900 stopinj, v elektrolitu ni Ti2+ ali Ti3+, ampak samo Ti 4+ in Ti. Postopek elektrolize, vzpostavljen na tej podlagi, je naslednji: plin TiCl4 se vbrizga v večplastni elektrolit in absorbira. Ta večfazna plast je sestavljena iz ionov kalija, kalcija, titana, klora in fluora ter kalija in kalcija in ločuje titanovo katodo od grafitne anode. Tekoči titan, ki nastane v najnižji plasti, potone na dno kopeli v bakren lonček z vodnim hlajenjem, da se oblikujejo ingoti. Vendar čistost titana, pridobljenega s to metodo, ni visoka in učinkovitost je nizka.

Outlook ima vrhunsko zmogljivost in bogate vire titana iz druge polovice 20. stoletja kot idealno materialno pozornost, vendar doslej ni bilo iz redkih kovin, saj je svetovna letna proizvodnja titana le na desettisoče ton. Ker je metoda Kroll zmanjšati titanov tetraklorid z magnezijevo kovino, da dobimo gobasto kovino titana, skupaj z dolgim ​​procesom, ponavljanjem več procesov in drugimi dejavniki, kar ima za posledico visoke stroške titanove gobe, kar vpliva na uporabo titana v različnih industrijah, tako da še ni bil populariziran za uporabo na številnih področjih uporabe. Vendar verjamemo, da bo 21. stoletje z razvojem znanosti in tehnologije, razvojem novega proizvodnega procesa kovine titana, zmanjšanjem stroškov proizvodnje, širitvijo obsega proizvodnje resnično postalo stoletje titana.