Metoda pripreme metalnog otpada od titana

Titan i njegove legure imaju izvrsna svojstva kao što su otpornost na koroziju niske gustoće i otpornost na visoke temperature. Svjetska industrija titana prolazi kroz tranziciju s jedinstvenog modela sa zrakoplovstvom kao glavnim tržištem na diverzificirani model s fokusom na razvoj metalurgije, energetike, transporta, kemijske industrije, biomedicine i drugih civilnih područja. Trenutačno se u svijetu može izvesti industrijalizirana proizvodnja titana u samo nekoliko zemalja kao što su Sjedinjene Države, Japan, Rusija, Kina i druge zemlje, ukupna svjetska godišnja proizvodnja titana je samo nekoliko desetaka tisuća tona. Ali zbog značajne strateške vrijednosti titana i statusa nacionalne ekonomije, titan će postati uspon željeza, aluminija, nakon "trećeg metala", 21. stoljeće bit će stoljeće titana.

Trenutne metode proizvodnje titana Trenutna proizvodnja titana korištenjem metode termičke redukcije metala, koja se odnosi na upotrebu reduktora metala (R) i metalnih oksida ili klorida (MX) reakcije za pripremu metala M. Već industrijalizirana proizvodnja titana metalurške metode za magnezij metoda toplinske redukcije (Krollova metoda) i metoda termičke redukcije natrija (Hunterova metoda). Budući da je Hunterova metoda skuplja od Krollove metode, jedina metoda koja se trenutno široko koristi u industriji je Krollova metoda, koja je od svog razvoja 1948. kritizirana zbog visoke cijene i niske učinkovitosti smanjenja. Pola stoljeća kasnije, proces se nije bitno promijenio, još uvijek je povremena proizvodnja, nije uspjela ostvariti kontinuiranu proizvodnju.

Metoda proizvodnje metalnog titana novih trendova u svjetskoj industriji titana nakon desetljeća razvoja, iako Kroll metoda i Hunter metoda za niz poboljšanja, ali oni su povremeni rad, mala poboljšanja ne mogu značajno smanjiti cijenu titana. Stoga treba razviti novi, jeftini kontinuirani proces kako bi se temeljno riješio problem visokih troškova proizvodnje. U tu svrhu istraživači su proveli veliki broj eksperimenata i studija. Trenutno istraživanje usmjereno je na sljedeće metode: metodu elektrokemijske redukcije kako bi se smanjili troškovi, istraživanje izravne deoksidacije metala titana. Neki ljudi u inozemstvu koriste elektrokemijske metode za smanjenje koncentracije čvrstog otopljenog kisika u titanu do donje granice detekcije (500 ppm). Oni vjeruju da se u procesu elektrokemijske dezoksidacije dezoksidant kalcij proizvodi elektrolizom rastaljene soli kalcijevog klorida, a O2- se taloži u obliku CO2 ili CO na anodi. Ova nova metoda visokog pročišćavanja koristi se ne samo za deoksigenaciju titana, već i za metale rijetke zemlje kao što su itrij i neodim, a može smanjiti sadržaj kisika na 10 ppm.

Elektrokemijska metoda industrijalizacije eksperimentalnog procesa je: prije svega, prah titan dioksida s lijevanjem ili kalupljenjem pod pritiskom, sinteriran za katodu, grafit kao anoda, CaCl2 kao rastaljena sol, u grafitnom ili titanijevom lončiću za elektrolizu. Primijenjeni napon je 2,8 V do 3,2 V, što je niže od napona razgradnje CaCl2 (3,2 V do 3,3 V). Nakon određenog vremena elektrolize, katoda se promijenila iz bijele u sivu, a transformacija 0.25 μm TiO2 u 12 μm titansku spužvu promatrana je pod SEM. Glavni razlog za korištenje kalcijevog klorida kao rastaljene soli je njegova niska cijena i njegova topljivost za O2-, zbog čega se istaloženi titan ne može lako oksidirati; osim toga, CaCl2 je netoksičan i ne zagađuje okoliš.

U usporedbi s elektrolizom rastaljene soli TiCl4, sirovine koje se koriste u ovoj metodi su oksidi, a ne hlapljivi kloridi, tako da se proces pripreme može pojednostaviti, a kvaliteta proizvoda je visoka; neće biti redoks reakcije između valentnih iona titana; anodni taloženi plin je čisti kisik (inertna anoda) ili mješavina CO i CO2 (grafitna anoda), koji se lako kontrolira i ne zagađuje.

Ova metoda ne samo da potiče reakciju redukcije u blizini katode, već također deoksidira titan dobiven redukcijom. Ova metoda kombinira izravnu elektrolitičku redukciju oksida i elektrokemijsku deoksigenaciju, što je nova metoda pripreme titana, a postala je najistaknutija metoda u procesu ekstrakcije titana. Prema podacima rada objavljenog u britanskom časopisu Nature u 2000 godini, procjenjuje se da korištenje ove metode smanjuje proizvodne troškove titanske spužve za oko 13,000 američkih dolara po toni , a trenutna ukupna globalna proizvodnja od 50,000 do 60.000 tona će uštedjeti 770 milijuna američkih dolara godišnje u troškovima proizvodnje ako se prebaci na proizvodnju ovom elektrokemijskom metodom.

Armstrongova metoda Amstrong et al. poboljšati Hunter metodu, čineći je kontinuiranim proizvodnim procesom. Proces je sljedeći: plin TiCl4 prvo se ubrizgava u višak rastaljenog natrija, koji djeluje kao rashladno sredstvo za redukciju produkta i njegovo odvođenje u proces odvajanja. Uklonite natrij i sol kako biste dobili proizvod titanski prah. Sadržaj kisika u proizvodu je samo 0.2%, dostižući standard sekundarnog titana. Laganim poboljšanjem procesa mogu se dobiti VTi, AlTi legure. U usporedbi s Hunter metodom, ova metoda ima prednosti kontinuirane proizvodnje, niske investicije, širokog spektra primjene proizvoda, a nusprodukti razloženi u natrij i klor mogu se reciklirati.

Metoda elektrolitičke redukcije TiCl4 Iz perspektive elektrolitičkog procesa, uporaba elektrolitičke metode TiCl4 je bolja od Krollove i Hunterove metode. Stoga od početka razvoja Krollove termičke redukcijske metode postoji ideja transformacije procesa taljenja titana u elektrolitičku metodu.

Metoda elektrolitičke redukcije TiCl4 jedina je za koju se nekada smatralo da je moguća zamjena za Krollov proces, Sjedinjene Države, bivši Sovjetski Savez, Japan, Francuska, Italija, Kina i tako dalje proveli su dugoročne i in- dubinsko istraživanje o tome. Metoda elektrolitičke redukcije TiCl4 tehnički je potrebna za pretvaranje TiCl4 u niskovalentni klorid titana i njegovo otapanje u talini, a istovremeno je potrebno odvojiti područje katode od područja anode i zabrtviti spremnik elektrolize. .

Talijani su radili na elektrolizi TiCl4, analizirali su podatke elektrolize kloriranja i otkrili da kada je temperatura iznad 900 stupnjeva, u elektrolitu nema Ti2+ ili Ti3+, već samo Ti 4+ i Ti. Proces elektrolize uspostavljen na ovoj osnovi je sljedeći: plin TiCl4 ubrizgava se u višeslojni elektrolit i apsorbira. Ovaj višefazni sloj sastoji se od iona kalija, kalcija, titana, klora i fluora, kao i kalija i kalcija, i odvaja titansku katodu od grafitne anode. Tekući titan generiran u najnižem sloju tone na dno kupelji u bakreni lončić s vodenim hlađenjem kako bi se formirali ingoti. Međutim, čistoća titana dobivenog ovom metodom nije visoka, a učinkovitost je niska.

Outlook ima vrhunske performanse i obilne resurse titana iz druge polovice 20. stoljeća kao idealnu materijalnu pažnju, ali do sada nisu bili od rijetkih metala jer svjetska godišnja proizvodnja titana iznosi samo desetke tisuća tona. Budući da Kroll metoda reducira titan tetraklorid s metalnim magnezijem kako bi se dobio spužvasti metalni titan, zajedno s dugim procesom, ponavljanjem više procesa i drugim čimbenicima, rezultira visokom cijenom titan spužve, što utječe na primjenu titana u raznim industrijama, tako da još nije populariziran za korištenje u mnogim područjima primjene. Međutim, vjerujemo da će s razvojem znanosti i tehnologije, razvojem novih proizvodnih procesa metala titana, smanjenjem troškova proizvodnje, širenjem opsega proizvodnje 21. stoljeće doista postati stoljeće titana.