A titán bővelkedik a földkéregben, és Kína az első helyen áll a világon a titánkészletek tekintetében, a bizonyított készletek a világ teljes készletének körülbelül 38,8%-át teszik ki. Ezek az erőforrások több mint 100 bányászati területen vannak elosztva, több mint 20 tartományban és régióban, elsősorban Kína délnyugati, közép-déli és északi régióiban. Különösen a Panxi régióban található vanádium-titán magnetit lelőhelyek világszerte híresek jelentős készleteikről, amelyek Kína titánkészletének 92%-át teszik ki, szilárd alapot biztosítva az ország titániparának. A titán jelenlegi gyártási folyamatát azonban hosszú folyamatciklusok, magas energiafogyasztás és súlyos szennyezés jellemzi, ami magas árakhoz vezet, és korlátozza a széles körű használatát. Következésképpen az új, olcsó titángyártási módszerek kifejlesztése rendkívül fontos ahhoz, hogy felgyorsítsa Kína átmenetét a jelentős titánforrás-országból a titángyártó erőművé.
Hagyományos titánkohászati eljárás
A hagyományos titán olvasztási eljárás, az úgynevezett "Kroll-eljárás", magában foglalja a titán-tetraklorid (TiCl4) fémes nátriummal vagy magnéziummal történő redukcióját, hogy fémes titánt kapjanak. Mivel a titán olvadáspontja alatt keletkezik, szivacsszerű formában létezik, innen ered a "szivacstitán" elnevezés. A Kroll eljárás három fő szakaszból áll: a titánban gazdag anyagok előállítása, a TiCl4 előállítása, valamint a redukció és a desztilláció szivacstitán előállítására.
Új titánkohászati eljárások
A fémes titán előállítási költségének csökkentése érdekében a kutatók számos új extrakciós módszert vizsgáltak, köztük a TiCl4 elektrolízist, az ITP (Armstrong) eljárást, az FFC eljárást, az OS eljárást, az előredukciós eljárást (PRP), a QT eljárást, a MER eljárást és az USTB eljárást. .
TiCl4 elektrolízis a titángyártáshoz
A titán-oxidok és titán-kloridok nyersanyagként szolgálhatnak az ipari titángyártáshoz. Azonban csak a titán-kloridot használták prekurzorként a titán fém előállításához, mivel képes hatékonyan eltávolítani az oxigén- és szénszennyeződéseket. A jelenlegi kutatás a TiCl4 előállítására és tisztítására összpontosít, olyan módszereket kutatva, mint a nátrium termikus redukciója, az oxigénredukció, a hidrogén redukció és a közvetlen elektrolízis.
Armstrong/ITP (International Titanium Powder) eljárás
Az 1997-ben alapított, Chicagóban (USA) működő ITP gáznemű nátriumot használ a TiCl4 redukálására, lehetővé téve a titánpor folyamatos előállítását. Ez a módszer magában foglalja a TiCl4-gőz befecskendezését egy nátriumgáz áramba, így titánport és NaCl-t állítanak elő, amelyeket ezt követően desztillációval, szűréssel és mosással választanak el. Az eljárás magas terméktisztasággal és környezetbarátsággal büszkélkedhet, de továbbra is kihívást jelent a gyártási költségek csökkentése és a termékminőség javítása.
FFC folyamat (Cambridge-folyamat)
DJ Fray professzor és munkatársai a Cambridge-i Egyetemen 2000-ben javasolták az FFC eljárást, amelyben katódként szilárd titán-oxidot, anódként grafitot, elektrolitként pedig alkáliföldfém-klorid olvadékot elektrolizálnak. Ez a módszer környezetbarát, rövid gyártási ciklussal, de olyan kihívásokkal néz szembe, mint a termék magas oxigéntartalma és a folyamat megszakítása.
OS folyamat
A One és a Suzuki által Japánban kifejlesztett eljárás elektrolitikus úton nyert kalciumot használ a TiO2 fémes titánná történő redukálására. A folyamat Ca/CaO/CaCl2 olvadékban, katódos kosárba helyezett titán-oxid porral történik. A módszer jelentős költségcsökkentést ígér, de viszonylag magas oxigéntartalmú titánfémet állít elő.
PRP folyamat
Ez a japán tudósok által javasolt módszer a TiO2-t folyasztószerekkel, például CaO-val vagy CaCl2-vel keveri, formálja a keveréket, szintereli, és magas hőmérsékleten kalciumgőznek teszi ki, így titánport állít elő. A kapott por 99%-os tisztaságot érhet el csökkentett oxigéntartalom mellett.
QiT folyamat
A Quebec Iron and Titanium Inc. által kifejlesztett eljárás magában foglalja a titánsalak elektrolízisét olvadt só környezetben, hogy titánfémet állítsanak elő. Az eljárás egy vagy két lépésben hajtható végre, a salak titántartalmától és szennyeződési szintjétől függően.
MER folyamat
A MER Corporation által kifejlesztett eljárás anódként TiO2-t vagy rutilt, elektrolitként pedig klorid keveréket használ. Az anód az elektrolízis során CO és CO2 gázok keverékét bocsátja ki, míg a titán ionok fémes titánná redukálódnak a katódon.
USB-folyamat
2005-ben Zhu Hongmin professzor és csapata a Pekingi Tudományos és Technológiai Egyetemen egy új módszert javasolt a titán szivacs extrakciójára olvadt só elektrolízissel – TiO·mTC anód elektrolízisével, amely TiO2 és TiC oldható szilárd oldata. tiszta titánt állít elő.
Ez a módszer szén- és titán-dioxid vagy titán-karbid és titán-dioxid porok sztöchiometrikus arányú összekeverését, formára préselését, majd bizonyos körülmények között fémes vezetőképességű TiO·mTC anód kialakítását jelenti. Elektrolitként alkálifém- vagy alkáliföldfém-halogenidek olvadt sóját használva az elektrolízist meghatározott hőmérsékleten hajtják végre. A folyamat során a titán alacsony vegyértékű ionok formájában az olvadt sóba oldódik, és lerakódik a katódon, míg az anódban lévő szén és oxigén gáz halmazállapotú szén-oxidokat (CO, CO2) vagy oxigént (O2) képez, amelyek felszabadulnak. . Ezzel a módszerrel nagy tisztaságú titán fémpor állítható elő 300 × 10-6 alatti oxigéntartalommal, amely megfelel a nemzeti első osztályú szabványnak, és akár 89%-os katódáram-hatékonyságot is elérhet.
Ennek a módszernek a jelentős előnyei közé tartozik az elektrolízis folyamat folyamatos végrehajtása anódiszap képződése nélkül, az eljárás egyszerűsége, alacsony költsége és környezetbarátsága.
A fémes titán kinyerése jelentős kutatási terület a kohászatban, és az olvadt só elektrolízises eljárást tartják a legígéretesebb alternatívának a Kroll-eljárással szemben a titánkohászatban. Tekintettel a titánkészletek hatalmas készleteire és kritikus fontosságára, a vanadifer titanomagnetit átfogó hasznosítása nagy jelentőséggel bír. A titánkivonási eljárások jelenlegi kutatási és fejlesztési helyzetét vizsgálva, a TiCl4-et prekurzorként használó eljárások általában költségcsökkentési nehézségekkel szembesülnek, míg a fémes titán TiO2-ból történő közvetlen előállítása további mélyreható kutatásokat érdemel. Ha a műszaki problémák leküzdhetők, az ipari méretű alkalmazás is megvalósíthatóvá válhat.
