A titán fémhulladék előkészítési módja

A titán és ötvözetei kiváló tulajdonságokkal rendelkeznek, például alacsony sűrűségű korrózióállósággal és magas hőmérséklettel szembeni ellenállással. A világ titánipara az átmenetet éli át egyetlen modellről, amelynek fő piaca az űrhajózás, egy diverzifikált modellre, amely a kohászat, az energia, a közlekedés, a vegyipar, a biomedicina és más polgári területek fejlesztésére összpontosít. Jelenleg a világ csak néhány országban, például az Egyesült Államokban, Japánban, Oroszországban, Kínában és más országokban tud ipari titángyártást végezni, a világ teljes éves titántermelése csak néhány tízezer tonna. De a titán jelentős stratégiai értéke és a nemzetgazdaság helyzete miatt a titán a vas, az alumínium felemelkedése lesz, a "harmadik fém" után a 21. század a titán évszázada lesz.

A jelenlegi titángyártási módszerek a jelenlegi titángyártás fém hőredukciós módszerével, amely fém redukálószer (R) és fém-oxidok vagy -kloridok (MX) felhasználására vonatkozik az M fém előállítására. termikus redukciós módszer (Kroll-módszer) és nátrium-termikus redukciós módszer (Hunter-módszer). Mivel a Hunter-módszer drágább, mint a Kroll-módszer, az iparban jelenleg egyetlen széles körben alkalmazott módszer a Kroll-módszer, amelyet 1948-as kidolgozása óta kritizálnak magas költsége és alacsony redukciós hatékonysága miatt. Fél évszázaddal később a folyamat alapvetően nem változott, még mindig szakaszos termelés, nem sikerült megvalósítani a folyamatos termelést.

Titán fém gyártási módszer új trendek a világ titán ipar évtizedes fejlesztés után, bár a Kroll módszer és a Hunter módszer egy sor fejlesztést, de szakaszos működés, kis fejlesztések nem tudják jelentősen csökkenteni a titán árát. Ezért új, alacsony költségű folyamatos eljárást kell kidolgozni a magas termelési költségek problémájának alapvető megoldására. Ennek érdekében a kutatók számos kísérletet és tanulmányt végeztek. A jelenlegi kutatás a következő módszerekre összpontosít: elektrokémiai redukciós módszer a költségek csökkentése érdekében, az emberek a titán fém közvetlen deoxidációs kutatása. Vannak, akik külföldön elektrokémiai módszerekkel csökkentik a titánban lévő szilárd oldott oxigén koncentrációját az alábbi kimutatási határra (500 ppm). Úgy vélik, hogy az elektrokémiai deoxidáció során a kalcium-klorid olvadt só elektrolízise során a dezoxidáló kalcium keletkezik, és az O2- CO2 vagy CO formájában kicsapódik az anódon. Ezt az új nagyfokú tisztítási módszert nemcsak a titán oxigénmentesítésére használják, hanem ritkaföldfémek, például ittrium és neodímium esetében is, és 10 ppm-re csökkentheti az oxigéntartalmat.

A kísérleti eljárás iparosításának elektrokémiai módszere: mindenekelőtt a titán-dioxid por öntéssel vagy nyomásos öntéssel, katódhoz szinterezve, anódként grafit, olvadt sóként CaCl2, elektrolízishez grafit vagy titán tégelyben. Az alkalmazott feszültség 2,8 V és 3,2 V között van, ami alacsonyabb, mint a CaCl2 bomlási feszültsége (3,2 V és 3,3 V között). Az elektrolízis bizonyos időtartama után a katód fehérről szürkére változott, és SEM alatt megfigyelték a 0,25 μm TiO2 átalakulását 12 μm-es titánszivacská. A kalcium-klorid olvadt sóként való alkalmazásának fő oka az alacsony ára és az O2- oldhatósága, ami miatt a kicsapódott titán nem könnyen oxidálódik; emellett a CaCl2 nem mérgező és nem szennyezi a környezetet.

Összehasonlítva a TiCl4 olvadt só elektrolízissel, ebben a módszerben az alapanyagok inkább oxidok, mint illékony kloridok, így az előállítási folyamat leegyszerűsíthető, és a termékek minősége magas; nem lesz redox reakció a titán vegyértékionok között; az anódos csapadékgáz tiszta oxigén (inert anód) vagy CO és CO2 keveréke (grafit anód), amely könnyen szabályozható és nem szennyező.

Ez a módszer nemcsak a katód közelében lejátszódó redukciós reakciót segíti elő, hanem a redukcióval nyert titánt is deoxidálja. Ez a módszer ötvözi az oxidok közvetlen elektrolitikus redukcióját és az elektrokémiai deoxigénezést, amely a titán előállításának új módszere, és a titán extrakciós eljárásának legjelentősebb módszerévé vált. A brit Nature folyóiratban 2000-ban megjelent cikk adatai szerint a becslések szerint ennek a módszernek az alkalmazása tonnánként körülbelül 13,000 USA dollárral csökkenti a titánszivacs előállítási költségét. , és a jelenlegi 50–60 000 tonnás globális termelés 770 millió USA dollárt takarít meg évente a gyártási költségeken, ha áttérünk erre az elektrokémiai módszerre.

Armstrong-módszer Amstrong et al. a Hunter-módszer fejlesztésére, folyamatos gyártási folyamattá téve. Az eljárás a következő: TiCl4 gázt először feleslegben lévő olvadt nátriumba fecskendeznek be, amely hűtőközegként redukálja a terméket és továbbítja az elválasztási folyamatba. Távolítsa el a nátriumot és a sót, hogy megkapja a termék titánport. A termék oxigéntartalma mindössze 0,2%, ami eléri a másodlagos titán szabványát. Az eljárás enyhe javításával VTi, AlTi ötvözetek állíthatók elő. A Hunter-módszerhez képest ennek a módszernek az előnyei a folyamatos gyártás, az alacsony befektetés, a széles termékalkalmazási kör, valamint a nátriumra és klórra bomló melléktermékek újrahasznosítása.

TiCl4 elektrolitikus redukciós módszer Az elektrolitikus eljárás szempontjából a TiCl4 elektrolitikus módszer alkalmazása felülmúlja mind a Kroll, mind a Hunter módszereket. Ezért a Kroll-féle termikus redukciós módszer kifejlesztésének kezdetétől fogva az az elképzelés, hogy a titán olvasztási eljárását elektrolitikus módszerré alakítsák át.

A TiCl4 elektrolitikus redukciós módszer az egyetlen, amelyet valaha a Kroll-eljárás lehetséges helyettesítőjének tartottak, az Egyesült Államok, a volt Szovjetunió, Japán, Franciaország, Olaszország, Kína és így tovább hosszú távú és mélyreható kutatást. A TiCl4 elektrolitikus redukciós módszer technikailag szükséges a TiCl4 alacsony vegyértékű titán-kloriddá alakításához és az olvadékban való feloldásához, ugyanakkor el kell választani a katód területét az anód területétől, és az elektrolittartályt tömíteni kell. .

Az olaszok TiCl4 elektrolízissel foglalkoztak, elemezték a klórozó elektrolízis adatait, és megállapították, hogy amikor a hőmérséklet 900 fok felett van, akkor az elektrolitban nincs Ti2+ vagy Ti3+, hanem csak Ti. 4+ és Ti. Az ezen az alapon kialakított elektrolízis folyamat a következő: TiCl4 gázt injektálnak egy többrétegű elektrolitba és abszorbeálják. Ez a többfázisú réteg kálium-, kalcium-, titán-, klór- és fluor-, valamint kálium- és kalciumionokból áll, és elválasztja a titán katódot a grafit anódtól. A legalsó rétegben keletkező folyékony titán vízhűtéssel a fürdő aljára süllyed egy réztégelybe, így tuskákat képez. Az ezzel a módszerrel kapott titán tisztasága azonban nem magas, és a hatékonysága alacsony.

Az Outlook kiváló teljesítményt és bőséges titánforrásokat kínál a 20. század második felétől, mint ideális anyagi figyelmet, de eddig nem a ritka fémekből származott a világ éves titántermelése csak több tízezer tonna. Mivel a Kroll-módszer a titán-tetraklorid redukálása magnéziumfémmel, hogy szivacsos titánfémet kapjunk, amihez a hosszú folyamat, több folyamat ismétlődése és egyéb tényezők társulnak, ami a titánszivacs magas költségét eredményezi, ami befolyásolja a titán alkalmazását a különböző iparágakban, így még nem népszerűsítették sok alkalmazási területen. Azonban úgy gondoljuk, hogy a tudomány és a technológia fejlődésével, a titán fém új gyártási folyamatának fejlesztésével, a termelési költségek csökkentésével, a gyártási méretek bővülésével a 21. század valóban a titán évszázada lesz.