Titano Žemės plutoje yra daug, o Kinija užima pirmąją vietą pasaulyje pagal titano išteklius, o įrodytos atsargos sudaro maždaug 38,8 % visų pasaulio išteklių. Šie ištekliai yra paskirstyti daugiau nei 100 kasybos zonų daugiau nei 20 provincijų ir regionų, daugiausia sutelkti Kinijos pietvakariuose, vidurio-pietiniuose ir šiauriniuose Kinijos regionuose. Visų pirma, vanadžio ir titano magnetito telkiniai Panxi regione yra visame pasaulyje žinomi dėl didelių atsargų, sudarančių 92% Kinijos titano išteklių, o tai yra tvirtas pagrindas šalies titano pramonei. Tačiau dabartiniam titano gamybos procesui būdingi ilgi proceso ciklai, didelis energijos suvartojimas ir didelė tarša, dėl ko kyla didelės kainos ir ribojamas platus jo naudojimas. Todėl naujų nebrangių titano gamybos metodų kūrimas yra nepaprastai svarbus siekiant pagreitinti Kinijos perėjimą iš pagrindinės titano išteklių šalies į titano gamybos jėgainę.
Tradicinis titano metalurgijos procesas
Tradicinis titano lydymo procesas, žinomas kaip "Kroll procesas", apima titano tetrachlorido (TiCl4) redukavimą metaliniu natriu arba magniu, kad būtų gautas metalinis titanas. Kadangi titanas gaminamas žemiau jo lydymosi temperatūros, jis egzistuoja kaip kempinė, taigi ir pavadinimas „kempinė titanas“. „Kroll“ procesą sudaro trys pagrindiniai etapai: daug titano turinčių medžiagų paruošimas, TiCl4 gamyba ir redukavimas bei distiliavimas, kad būtų gautas kempinė titanas.
Nauji titano metalurgijos procesai
Siekdami sumažinti metalinio titano gamybos sąnaudas, mokslininkai ištyrė daugybę naujų ekstrahavimo metodų, įskaitant TiCl4 elektrolizę, ITP (Armstrongo) procesą, FFC procesą, OS procesą, išankstinį redukcijos procesą (PRP), QT procesą, MER procesą ir USTB procesą. .
TiCl4 elektrolizė titano gamybai
Titano oksidai ir titano chloridai gali būti naudojami kaip žaliavos pramoninei titano gamybai. Tačiau tik titano chloridas buvo naudojamas kaip titano metalo gamybos pirmtakas, nes jis gali veiksmingai pašalinti deguonies ir anglies priemaišas. Dabartiniai tyrimai yra skirti TiCl4 paruošimui ir gryninimui, tiriant tokius metodus kaip natrio terminis redukcija, redukcija deguonimi, redukcija vandeniliu ir tiesioginė elektrolizė.
Armstrong/ITP (tarptautinis titano miltelių) procesas
Įkurta 1997 m., ITP, įsikūrusi Čikagoje, JAV, naudoja dujinį natrį, kad sumažintų TiCl4, kad būtų galima nuolat gaminti titano miltelius. Šis metodas apima TiCl4 garų įpurškimą į natrio dujų srautą, sukuriant titano miltelius ir NaCl, kurie vėliau atskiriami distiliuojant, filtruojant ir plaunant. Procesas pasižymi dideliu produktų grynumu ir ekologiškumu, tačiau išlieka iššūkių mažinant gamybos sąnaudas ir gerinant produktų kokybę.
FFC procesas (Kembridžo procesas)
2000 m. pasiūlytas profesoriaus DJ Fray ir jo bendradarbių Kembridžo universitete, FFC procesas apima kieto titano oksido elektrolizavimą kaip katodą, grafitą kaip anodą ir šarminių žemių metalo chlorido lydalą kaip elektrolitą. Šis metodas yra nekenksmingas aplinkai, jo gamybos ciklas trumpas, tačiau susiduriama su tokiais iššūkiais kaip didelis deguonies kiekis produkte ir proceso nenutrūkstamumas.
OS procesas
Šiame procese, kurį sukūrė „One“ ir „Suzuki“ Japonijoje, naudojamas elektrolitiniu būdu gautas kalcis, kad TiO2 redukuotų į metalinį titaną. Procesas vyksta Ca/CaO/CaCl2 lydaloje, titano oksido milteliai dedami į katodo krepšelį. Metodas žada žymiai sumažinti sąnaudas, bet gamina titano metalą, kuriame yra gana didelis deguonies kiekis.
PRP procesas
Šis metodas, kurį pasiūlė japonų mokslininkai, sumaišo TiO2 su tekančiomis medžiagomis, tokiomis kaip CaO arba CaCl2, formuoja mišinį, sukepina jį ir veikia jį kalcio garais aukštoje temperatūroje, kad susidarytų titano milteliai. Sumažėjus deguonies kiekiui, gaunami milteliai gali pasiekti 99% grynumo.
QiT procesas
Šis procesas, kurį sukūrė Quebec Iron and Titanium Inc., apima titano šlako elektrolizavimą išlydytos druskos aplinkoje, kad būtų gautas titano metalas. Procesas gali būti atliekamas vienu arba dviem etapais, priklausomai nuo titano kiekio ir priemaišų lygio šlake.
MER procesas
Šiame procese, kurį sukūrė MER Corporation, kaip anodą naudojamas TiO2 arba rutilas, o kaip elektrolitas – chlorido mišinys. Elektrolizės metu anodas išskiria CO ir CO2 dujų mišinį, o titano jonai prie katodo redukuojami į metalinį titaną.
USTB procesas
2005 m. Pekino mokslo ir technologijų universiteto profesorius Zhu Hongminas ir jo komanda pasiūlė naują kempinės titano ekstrahavimo metodą išlydytos druskos elektrolizės būdu – TiO·mTC anodo, tirpaus kieto TiO2 ir TiC tirpalo, elektrolizę. gaminti gryną titaną.
Šis metodas apima anglies ir titano dioksido arba titano karbido ir titano dioksido miltelių sumaišymą stechiometrinėmis proporcijomis, jų presavimą į formą ir tam tikromis sąlygomis formuojant metalinio laidumo TiO·mTC anodą. Kaip elektrolitą naudojant išlydytą šarminių metalų arba šarminių žemių metalų halogenidų druską, elektrolizė atliekama tam tikroje temperatūroje. Šio proceso metu titanas ištirpsta į išlydytą druską mažavalenčių jonų pavidalu ir nusėda ant katodo, o anode esanti anglis ir deguonis sudaro dujinius anglies oksidus (CO, CO2) arba deguonį (O2), kurie išsiskiria. . Šiuo metodu galima pagaminti didelio grynumo titano metalo miltelius, kurių deguonies kiekis mažesnis nei 300 × 10-6, atitinkantys nacionalinį pirmos klasės standartą ir pasiekti iki 89 % katodo srovės efektyvumą.
Reikšmingi šio metodo pranašumai yra galimybė nuolat atlikti elektrolizės procesą nesukuriant anodo nuosėdų, proceso paprastumas, maža kaina ir ekologiškumas.
Metalinio titano gavyba yra svarbi metalurgijos tyrimų sritis, o išlydytos druskos elektrolizės procesas laikomas perspektyviausia Kroll proceso alternatyva titano metalurgijoje. Atsižvelgiant į didžiules titano išteklių atsargas ir kritinę svarbą, visapusiškas vanadiferinio titanomagnetito panaudojimas yra labai svarbus. Nagrinėjant dabartinę titano gavybos procesų tyrimų ir plėtros būklę, procesai, kuriuose TiCl4 naudojamas kaip pirmtakas, paprastai susiduria su sunkumais mažinant sąnaudas, tuo tarpu tiesioginis metalinio titano paruošimas iš TiO2 nusipelno tolesnių nuodugnių tyrimų. Jei technines problemas pavyks išspręsti, tai gali būti įmanoma pritaikyti pramoniniu mastu.
