Спосіб підготовки титанового металобрухту

Титан і його сплави мають чудові властивості, такі як стійкість до корозії низької щільності та стійкість до високих температур. Світова титанова промисловість переживає перехід від єдиної моделі з аерокосмією як основним ринком до диверсифікованої моделі, зосередженої на розвитку металургії, енергетики, транспорту, хімічної промисловості, біомедицини та інших цивільних галузей. В даний час у світі можна здійснювати промислове виробництво титану лише в кількох країнах, таких як США, Японія, Росія, Китай та інші країни, загальний світовий річний видобуток титану становить лише кілька десятків тисяч тонн. Але через значне стратегічне значення титану та статус національної економіки титан стане підйомом заліза, алюмінію, після «третього металу» 21 століття стане століттям титану.

Сучасні методи виробництва титану Сучасне виробництво титану з використанням методу термічного відновлення металу, який стосується використання відновника металу (R) і оксидів або хлоридів металу (MX) реакції для отримання металу М. Вже промислове виробництво титану металургійними методами для отримання магнію метод термічного відновлення (метод Кролла) і метод термічного відновлення натрієм (метод Хантера). Оскільки метод Хантера є дорожчим за метод Кролла, єдиним методом, який зараз широко використовується в промисловості, є метод Кролла, який критикували з моменту його розробки в 1948 році за високу вартість і низьку ефективність відновлення. Півстоліття потому, процес принципово не змінився, все ще переривчасте виробництво, не вдалося реалізувати виробництво безперервного.

Метод виробництва титанового металу нові тенденції у світовій титанової промисловості після десятиліть розвитку, хоча метод Кролла та метод Хантера для ряду вдосконалень, але вони переривчасті операції, невеликі вдосконалення не можуть значно знизити ціну титану. Тому необхідно розробити новий, недорогий безперервний процес, щоб фундаментально вирішити проблему високих виробничих витрат. З цією метою дослідники провели велику кількість експериментів і досліджень. Поточні дослідження зосереджені на таких методах: метод електрохімічного відновлення з метою зниження витрат, дослідження прямого розкислення металевого титану. Деякі люди за кордоном використовують електрохімічні методи для зниження концентрації твердого розчиненого кисню в титані до межі виявлення (500 частин на мільйон), наведеної нижче. Вони вважають, що в процесі електрохімічного розкислення кальцій-розкислювач утворюється при електролізі розплавленої солі хлориду кальцію, а О2- випадає в осад у вигляді СО2 або СО на аноді. Цей новий метод високого очищення використовується не тільки для дезоксигенації титану, але й для рідкоземельних металів, таких як ітрій і неодим, і може знизити вміст кисню до 10 ppm.

Електрохімічний метод індустріалізації експериментального процесу - це, перш за все, порошок діоксиду титану з литтям або формуванням під тиском, спечений для катода, графіт як анод, CaCl2 як розплавлена ​​сіль, у графітовому або титановому тиглі для електролізу. Прикладена напруга становить від 2,8 В до 3,2 В, що нижче напруги розкладання CaCl2 (3,2 В до 3,3 В). Після певного часу електролізу катод змінився з білого на сірий, і за допомогою SEM спостерігалося перетворення 0.25 мкм TiO2 у 12 мкм титанову губку. Основною причиною використання хлориду кальцію як розплавленої солі є його низька ціна та його розчинність для O 2-, що робить осаджений титан нелегким для окислення; крім того, CaCl2 нетоксичний і не забруднює навколишнє середовище.

У порівнянні з електролізом розплавленої солі TiCl4, сировиною, що використовується в цьому методі, є оксиди, а не леткі хлориди, тому процес приготування може бути спрощений, а якість продуктів висока; між валентними іонами титану не буде окисно-відновної реакції; анодний опадовий газ - це чистий кисень (інертний анод) або суміш СО та СО2 (графітовий анод), який легко контролювати та не забруднює навколишнє середовище.

Цей метод не тільки сприяє реакції відновлення біля катода, але й розкислює титан, отриманий відновленням. Цей метод поєднує в собі пряме електролітичне відновлення оксидів і електрохімічну дезоксигенацію, що є новим методом отримання титану і став найбільш помітним методом у процесі вилучення титану. Згідно з даними статті, опублікованою в британському журналі Nature у 2000 році, передбачається, що використання цього методу знижує собівартість виробництва титанової губки приблизно на 13000 доларів США за тонну. , а поточне загальне світове виробництво від 50,{6}} до 60 000 тонн дозволить заощадити 770 мільйонів доларів США на рік на виробничих витратах, якщо воно буде переведено на виробництво цим електрохімічним методом.

Метод Армстронга Amstrong et al. вдосконалити метод Хантера, зробивши його безперервним процесом виробництва. Процес виглядає наступним чином: газоподібний TiCl4 спочатку вводять у надлишок розплавленого натрію, який діє як охолоджуючий агент для відновлення продукту та передачі його до процесу розділення. Видаліть натрій і сіль, щоб отримати титановий порошок. Вміст кисню в продукті становить лише 0,2%, досягаючи стандарту вторинного титану. Незначним вдосконаленням процесу можна отримати сплави VTi, AlTi. Порівняно з методом Хантера цей метод має переваги безперервного виробництва, низьких інвестицій, широкого спектру застосування продукту, а побічні продукти, що розкладаються на натрій і хлор, можуть бути перероблені.

Метод електролітичного відновлення TiCl4. З точки зору електролітичного процесу використання електролітичного методу TiCl4 є кращим, ніж методи Кролла та Хантера. Тому з початку розробки методу термічного відновлення Кролла існує ідея перетворення процесу виплавки титану в електролітичний метод.

Метод електролітичного відновлення TiCl4 є єдиним, який раніше вважався можливою заміною процесу Кролла, Сполучені Штати, колишній Радянський Союз, Японія, Франція, Італія, Китай і так далі проводили довгострокові та ін- глибоке дослідження цього. Метод електролітичного відновлення TiCl4 технічно необхідний для перетворення TiCl4 в низьковалентний хлорид титану та розчинення його в розплаві, і в той же час необхідно відокремити катодну область від анодної зони та зробити електролітичний бак герметичним. .

Італійці працювали над електролізом TiCl4, вони проаналізували дані електролізу хлорування та виявили, що коли температура перевищує 900 градусів, в електроліті немає ні Ti2+, ні Ti3+, а лише Ti 4+ і Ті. Процес електролізу, встановлений на цій основі, виглядає наступним чином: газ TiCl4 вводять у багатошаровий електроліт і абсорбують. Цей багатофазний шар складається з іонів калію, кальцію, титану, хлору та фтору, а також калію та кальцію, і відокремлює титановий катод від графітового анода. Рідкий титан, що утворюється в найнижчому шарі, опускається на дно ванни в мідний тигель з водяним охолодженням для формування зливків. Однак чистота титану, отриманого цим методом, не висока, а ефективність низька.

Перспективи мають чудову продуктивність і рясні ресурси титану з другої половини 20-го століття як ідеального матеріального уваги, але досі не були з рідкісних металів із світового щорічного виробництва титану лише десятки тисяч тонн. Оскільки метод Кролла полягає у відновленні тетрахлориду титану металевим магнієм для отримання губчастого металевого титану, у поєднанні з тривалим процесом, ітерацією кількох процесів та іншими факторами, що призводить до високої вартості губчастого титану, що впливає на застосування титану в різних галузях промисловості, так що він ще не був популяризований для використання в багатьох сферах застосування. Проте ми віримо, що з розвитком науки і техніки, розвитком нових виробничих процесів титанового металу, зниженням витрат виробництва, розширенням масштабів виробництва 21 століття справді стане століттям титану.