Způsob přípravy titanového šrotu

Titan a jeho slitiny mají vynikající vlastnosti, jako je odolnost proti korozi s nízkou hustotou a odolnost proti vysokým teplotám. Světový titanový průmysl zažívá přechod od jediného modelu s letectvím jako hlavním trhem k diverzifikovanému modelu se zaměřením na rozvoj metalurgie, energetiky, dopravy, chemického průmyslu, biomedicíny a dalších civilních oborů. V současné době může svět provádět industrializovanou výrobu titanu pouze v několika zemích, jako jsou Spojené státy, Japonsko, Rusko, Čína a další země, celková světová roční produkce titanu je pouze několik desítek tisíc tun. Ale kvůli významné strategické hodnotě titanu a postavení národního hospodářství se titan stane vzestupem železa, hliníku, po „třetím kovu“ bude 21. století stoletím titanu.

Současné způsoby výroby titanu současná výroba titanu pomocí metody tepelné redukce kovu, což se týká použití kovového redukčního činidla (R) a oxidů nebo chloridů kovů (MX) reakce k přípravě kovu M. Již industrializovaná výroba titanu metalurgické metody pro hořčík metoda tepelné redukce (metoda Kroll) a metoda tepelné redukce sodíku (metoda Hunter). Vzhledem k tomu, že Hunterova metoda je dražší než Krollova metoda, jediná metoda, která je v současnosti široce používána v průmyslu, je Krollova metoda, která je od svého vývoje v roce 1948 kritizována pro svou vysokou cenu a nízkou účinnost redukce. O půl století později se proces zásadně nezměnil, je stále přerušovaná výroba, nepodařilo se realizovat výrobu kontinuální.

Výroba titanových kovů metodou nových trendů ve světovém titanovém průmyslu po desetiletích vývoje, i když metoda Kroll a metoda Hunter pro řadu vylepšení, ale jsou přerušované, malá vylepšení nemohou výrazně snížit cenu titanu. Proto by měl být vyvinut nový, nízkonákladový kontinuální proces, který by zásadně vyřešil problém vysokých výrobních nákladů. Za tímto účelem vědci provedli velké množství experimentů a studií. Současný výzkum se zaměřuje na následující metody: elektrochemická redukční metoda za účelem snížení nákladů, lidé z titanového kovu výzkum přímé dezoxidace. Někteří lidé v zahraničí používají elektrochemické metody ke snížení koncentrace pevného rozpuštěného kyslíku v titanu na detekční limit (500 ppm) níže. Domnívají se, že v procesu elektrochemické deoxidace vzniká deoxidační vápník při elektrolýze roztavené soli chloridu vápenatého a O2- se vysráží ve formě CO2 nebo CO na anodě. Tato nová metoda vysokého čištění se používá nejen pro deoxygenaci titanu, ale také pro kovy vzácných zemin, jako je yttrium a neodym, a může snížit obsah kyslíku na 10 ppm.

Elektrochemická metoda industrializace experimentálního procesu je: především práškový oxid titaničitý s litím nebo tlakovým lisováním, slinovaný pro katodu, grafit jako anoda, CaCl2 jako roztavená sůl, v grafitovém nebo titanovém kelímku pro elektrolýzu. Použité napětí je 2,8 V až 3,2 V, což je nižší než rozkladné napětí CaCl2 (3,2 V až 3,3 V). Po určité době elektrolýzy se katoda změnila z bílé na šedou a pomocí SEM byla pozorována přeměna 0,25 μm TiO2 na 12 μm titanovou houbu. Hlavním důvodem pro použití chloridu vápenatého jako roztavené soli je jeho nízká cena a jeho rozpustnost pro O2-, díky čemuž není snadné oxidovat vysrážený titan; kromě toho je CaCl2 netoxický a neznečišťuje životní prostředí.

Ve srovnání s elektrolýzou roztavené soli TiCl4 jsou suroviny používané v této metodě spíše oxidy než těkavé chloridy, takže proces přípravy může být zjednodušen a kvalita produktů je vysoká; mezi titanovými valenčními ionty nebude žádná redoxní reakce; anodovým srážecím plynem je čistý kyslík (inertní anoda) nebo směs CO a CO2 (grafitová anoda), který je snadno regulovatelný a neznečišťující.

Tato metoda nejen podporuje redukční reakci v blízkosti katody, ale také dezoxiduje titan získaný redukcí. Tato metoda kombinuje přímou elektrolytickou redukci oxidů a elektrochemickou deoxygenaci, což je nová metoda přípravy titanu a stala se nejpozoruhodnější metodou v procesu extrakce titanu. Podle údajů článku publikovaného v britském časopise Nature v roce 2000 se odhaduje, že použití této metody snižuje výrobní náklady titanové houby asi o 13,000 amerických dolarů za tunu a současná celková celosvětová produkce 50000 až 60 000 tun ušetří 770 milionů amerických dolarů ročně na výrobních nákladech, pokud se přejde na výrobu touto elektrochemickou metodou.

Armstrongova metoda Amstrong et al. zlepšit Hunterovu metodu a učinit z ní nepřetržitý výrobní proces. Proces je následující: Plynný TiCl4 je nejprve vstřikován do přebytku roztaveného sodíku, který působí jako chladicí činidlo pro redukci produktu a jeho přenášení do separačního procesu. Odstraňte sodík a sůl, abyste získali produkt titanový prášek. Obsah kyslíku v produktu je jen 0,2 %, čímž dosahuje standardu sekundárního titanu. Mírným vylepšením procesu lze vyrobit slitiny VTi, AlTi. Ve srovnání s Hunterovou metodou má tato metoda výhody kontinuální výroby, nízkých investic, široké škály aplikací produktů a vedlejší produkty rozložené na sodík a chlór lze recyklovat.

Metoda elektrolytické redukce TiCl4 Z hlediska elektrolytického procesu je použití elektrolytické metody TiCl4 lepší než metoda Kroll a Hunter. Proto od počátku vývoje Krollovy metody tepelné redukce existuje myšlenka přeměnit proces tavení titanu na elektrolytickou metodu.

Metoda elektrolytické redukce TiCl4 je jediná, která byla kdysi považována za možnou náhradu za Krollův proces, Spojené státy americké, bývalý Sovětský svaz, Japonsko, Francie, Itálie, Čína a tak dále prováděly dlouhodobě a in- hloubkový výzkum toho. Metoda elektrolytické redukce TiCl4 je technicky potřebná pro přeměnu TiCl4 na nízkomocný chlorid titanu a jeho rozpuštění v tavenině a současně je nutné oddělit oblast katody od oblasti anody a provést utěsnění elektrolytické nádrže. .

Italové pracovali na elektrolýze TiCl4, analyzovali data chlorační elektrolýzy a zjistili, že když je teplota nad 900 stupňů, v elektrolytu není žádný Ti2+ nebo Ti3+, ale pouze Ti 4+ a Ti. Proces elektrolýzy zavedený na tomto základě je následující: Plynný TiCl4 je vstřikován do vícevrstvého elektrolytu a absorbován. Tato vícefázová vrstva se skládá z iontů draslíku, vápníku, titanu, chloru a fluoru a také draslíku a vápníku a odděluje titanovou katodu od grafitové anody. Tekutý titan generovaný v nejspodnější vrstvě klesá na dno lázně do měděného kelímku s vodním chlazením za vzniku ingotů. Čistota titanu získaného touto metodou však není vysoká a účinnost je nízká.

Outlook má nadstandardní výkon a bohaté zásoby titanu z druhé poloviny 20. století jako ideální materiál pro pozornost, ale dosud nebyly ze vzácných kovů z roční produkce titanu na světě jen desítky tisíc tun. Protože metodou Kroll je redukovat chlorid titaničitý kovovým hořčíkem, aby se získal houbovitý kovový titan, spojený s dlouhým procesem, opakováním více procesů a dalšími faktory, což má za následek vysoké náklady na titanovou houbu, což ovlivňuje použití titanu v různých průmyslových odvětvích, takže dosud nebyl popularizován pro použití v mnoha aplikačních oblastech. Věříme však, že s rozvojem vědy a techniky, rozvojem nových výrobních procesů titanového kovu, snižováním výrobních nákladů, rozšiřováním výrobního rozsahu se 21. století skutečně stane stoletím titanu.