Titano metalo laužo paruošimo būdas

Titanas ir jo lydiniai pasižymi puikiomis savybėmis, tokiomis kaip mažo tankio atsparumas korozijai ir atsparumas aukštai temperatūrai. Pasaulio titano pramonė išgyvena perėjimą nuo vieno modelio, kurio pagrindinė rinka yra aviacija, prie diversifikuoto modelio, orientuoto į metalurgijos, energetikos, transporto, chemijos pramonės, biomedicinos ir kitų civilinių sričių plėtrą. Šiuo metu pasaulyje pramoninė titano gamyba gali būti vykdoma tik keliose šalyse, tokiose kaip JAV, Japonija, Rusija, Kinija ir kitos šalys, bendra metinė titano produkcija pasaulyje yra tik kelios dešimtys tūkstančių tonų. Tačiau dėl didelės strateginės titano vertės ir šalies ekonomikos statuso titanas taps geležies, aliuminio pakilimu, po „trečiojo metalo“, XXI amžius bus titano amžius.

Dabartiniai titano gamybos metodai yra dabartinė titano gamyba naudojant metalo terminės redukcijos metodą, kuris reiškia metalo reduktorių (R) ir metalo oksidų arba chloridų (MX) naudojimą metalui M paruošti. Jau pramoninė titano metalurgijos metodų gamyba magniui. terminės redukcijos metodas (Kroll metodas) ir natrio terminės redukcijos metodas (Hunter metodas). Kadangi Hunter metodas yra brangesnis už Kroll metodą, vienintelis šiuo metu pramonėje plačiai naudojamas metodas yra Kroll metodas, kuris nuo pat jo sukūrimo 1948 metais buvo kritikuojamas dėl didelių sąnaudų ir mažo redukcijos efektyvumo. Praėjus pusei amžiaus, procesas iš esmės nepasikeitė, vis dar gaminama su pertrūkiais, nesugebėjo realizuoti nuolatinės gamybos.

Titano metalo gamybos metodas naujas tendencijas pasaulio titano pramonėje po dešimtmečių plėtros, nors Kroll metodas ir Hunter metodas patobulinimų serija, tačiau jie yra su pertrūkiais veikia, nedideli patobulinimai negali žymiai sumažinti titano kainą. Todėl, siekiant iš esmės išspręsti didelių gamybos sąnaudų problemą, reikėtų sukurti naują, pigų nuolatinį procesą. Šiuo tikslu mokslininkai atliko daugybę eksperimentų ir tyrimų. Dabartiniai tyrimai orientuoti į šiuos metodus: elektrocheminio redukcijos metodą siekiant sumažinti išlaidas, žmonių titano metalo tiesioginės deoksidacijos tyrimus. Kai kurie žmonės užsienyje naudoja elektrocheminius metodus, kad sumažintų kieto ištirpusio deguonies koncentraciją titane iki žemiau esančios aptikimo ribos (500 ppm). Jie mano, kad elektrocheminės deoksidacijos procese deoksiduojantis kalcis susidaro elektrolizuojant kalcio chlorido išlydytą druską, o O2- nusėda CO2 arba CO pavidalu prie anodo. Šis naujas didelio gryninimo metodas naudojamas ne tik titano deoksigenacijai, bet ir retiesiems žemės metalams, tokiems kaip itris ir neodimis, ir gali sumažinti deguonies kiekį iki 10 ppm.

Elektrocheminis eksperimentinio proceso industrializacijos metodas yra: pirmiausia titano dioksido milteliai liejant arba liejant slėgiu, sukepinti katodui, grafitas kaip anodas, CaCl2 kaip išlydyta druska, grafito arba titano tiglyje elektrolizei. Taikoma įtampa yra nuo 2,8 V iki 3,2 V, kuri yra mažesnė nei CaCl2 skilimo įtampa (nuo 3,2 V iki 3,3 V). Po tam tikro elektrolizės laiko katodas pasikeitė iš balto į pilką, o 0.25 μm TiO2 transformacija į 12 μm titano kempinę buvo stebima naudojant SEM. Pagrindinė priežastis, kodėl kalcio chloridas naudojamas kaip išlydyta druska, yra maža jo kaina ir tirpumas O2-, todėl nusodintas titanas nėra lengvai oksiduojamas; be to, CaCl2 yra netoksiškas ir neteršia aplinkos.

Palyginti su TiCl4 išlydytosios druskos elektrolize, šiame metode naudojamos žaliavos yra oksidai, o ne lakieji chloridai, todėl paruošimo procesas gali būti supaprastintas, o produktų kokybė yra aukšta; tarp titano valentinių jonų nebus redokso reakcijos; anodo nusodinimo dujos yra grynas deguonis (inertiškas anodas) arba CO ir CO2 mišinys (grafito anodas), kuris yra lengvai valdomas ir neteršia aplinkos.

Šis metodas ne tik skatina redukcijos reakciją šalia katodo, bet ir deoksiduoja titaną, gautą redukuojant. Šis metodas apjungia tiesioginį elektrolitinį oksidų redukavimą ir elektrocheminį deoksigenavimą, kuris yra naujas titano paruošimo būdas ir tapo žymiausiu titano ekstrahavimo metodu. Remiantis 2000 Didžiosios Britanijos žurnale „Nature“ paskelbto straipsnio duomenimis, apskaičiuota, kad naudojant šį metodą titano kempinės gamybos sąnaudos sumažėja maždaug 13,000 JAV dolerių už toną. , o dabartinė bendra pasaulinė 50,000–60 000 tonų gamyba leis sutaupyti 770 mln. JAV dolerių per metus gamybos sąnaudų, jei bus pereita prie šio elektrocheminio metodo gamybos.

Armstrongo metodas Amstrong ir kt. patobulinti Hunter metodą, paverčiant jį nuolatiniu gamybos procesu. Procesas yra toks: TiCl4 dujos pirmiausia įpurškiamos į išlydyto natrio perteklių, kuris veikia kaip aušinimo agentas, redukuoja produktą ir perkelia jį į atskyrimo procesą. Pašalinkite natrį ir druską, kad gautumėte produkto titano miltelius. Deguonies kiekis produkte yra tik 0,2%, pasiekiantis antrinio titano standartą. Nedidelis proceso patobulinimas gali pagaminti VTi, AlTi lydinius. Palyginti su Hunter metodu, šio metodo privalumai yra nuolatinė gamyba, mažos investicijos, platus produktų pritaikymo spektras, o šalutiniai produktai, suirę į natrį ir chlorą, gali būti perdirbami.

TiCl4 elektrolitinio redukcijos metodas Elektrolitinio proceso požiūriu TiCl4 elektrolizės metodas yra pranašesnis už Kroll ir Hunter metodus. Todėl nuo pat Kroll terminio redukcijos metodo kūrimo pradžios kyla mintis titano lydymo procesą paversti elektrolitiniu metodu.

TiCl4 elektrolitinės redukcijos metodas yra vienintelis, kuris kažkada buvo laikomas galimu Kroll proceso pakaitalu, Jungtinės Valstijos, buvusi Sovietų Sąjunga, Japonija, Prancūzija, Italija, Kinija ir kt. giluminiai jo tyrimai. TiCl4 elektrolitinės redukcijos metodas yra techniškai reikalingas TiCl4 paversti mažavalenčiu titano chloridu ir ištirpinti jį lydaloje, o tuo pačiu metu būtina atskirti katodo sritį nuo anodo srities ir užsandarinti elektrolito baką. .

Italai dirbo TiCl4 elektrolizės srityje, išanalizavo chlorinimo elektrolizės duomenis ir nustatė, kad kai temperatūra viršija 900 laipsnių, elektrolite nėra Ti2+ ar Ti3+, o tik Ti. 4+ ir Ti. Šiuo pagrindu nustatytas elektrolizės procesas yra toks: TiCl4 dujos įpurškiamos į daugiasluoksnį elektrolitą ir absorbuojamos. Šis daugiafazis sluoksnis susideda iš kalio, kalcio, titano, chloro ir fluoro, taip pat kalio ir kalcio jonų ir atskiria titano katodą nuo grafito anodo. Skystas titanas, susidaręs žemiausiame sluoksnyje, nugrimzta į vonios dugną į varinį tiglį su vandens aušinimu ir susidaro luitai. Tačiau šiuo metodu gauto titano grynumas nėra didelis, o efektyvumas mažas.

„Outlook“ pasižymi puikiomis savybėmis ir gausiais titano ištekliais nuo antrosios XX a. pusės, kaip ideali medžiaga dėmesio, tačiau iki šiol nebuvo iš retų metalų iš pasaulio metinė titano gamyba yra tik dešimtys tūkstančių tonų. Kadangi Kroll metodas yra redukuoti titano tetrachloridą magnio metalu, kad būtų gautas kempingas titano metalas, kartu su ilgu procesu, daugelio procesų kartojimu ir kitais veiksniais, dėl kurių titano kempinė brangsta, o tai turi įtakos titano naudojimui įvairiose pramonės šakose, todėl jis dar nebuvo išpopuliarintas naudoti daugelyje taikymo sričių. Tačiau manome, kad tobulėjant mokslui ir technologijoms, plėtojant titano metalo naujus gamybos procesus, mažinant gamybos sąnaudas, plečiant gamybos mastą, XXI amžius tikrai taps titano šimtmečiu.