Fremstillingsmetode for titaniumskrot

Titanium og dets legeringer har fremragende egenskaber såsom lav densitet korrosionsbestandighed og høj temperaturbestandighed. Verdens titaniumindustrien oplever overgangen fra en enkelt model med rumfart som hovedmarked til en diversificeret model med fokus på udvikling af metallurgi, energi, transport, kemisk industri, biomedicin og andre civile områder. På nuværende tidspunkt kan verden kun udføre industrialiseret produktion af titanium i nogle få lande som USA, Japan, Rusland, Kina og andre lande, verdens samlede årlige produktion af titanium er kun et par titusinder af tons. Men på grund af den betydelige strategiske værdi af titanium og status for den nationale økonomi, vil titanium blive stigningen i jern, aluminium, efter det "tredje metal", vil det 21. århundrede være titaniums århundrede.

Nuværende titanproduktionsmetoder nuværende titaniumproduktion ved hjælp af metal termisk reduktionsmetode, som refererer til brugen af ​​metalreduktionsmiddel (R) og metaloxider eller -chlorider (MX) af reaktionen til fremstilling af metal M. Allerede industrialiseret produktion af titanium metallurgiske metoder til magnesium termisk reduktionsmetode (Kroll-metoden) og termisk natriumreduktionsmetode (Hunter-metoden). Fordi Hunter-metoden er dyrere end Kroll-metoden, er den eneste metode, der i øjeblikket er meget udbredt i industrien, Kroll-metoden, som siden udviklingen i 1948 er blevet kritiseret for dens høje omkostninger og lave reduktionseffektivitet. Et halvt århundrede senere, har processen ikke fundamentalt ændret sig, er stadig intermitterende produktion, undlod at realisere produktionen af ​​kontinuerlig.

Titanium metal produktionsmetode for nye tendenser i verden titanium industrien efter årtiers udvikling, selv om Kroll metode og Hunter metode for en række forbedringer, men de er intermitterende drift, kan små forbedringer ikke væsentligt reducere prisen på titanium. Derfor bør der udvikles en ny, billig kontinuerlig proces for grundlæggende at løse problemet med høje produktionsomkostninger. Til dette formål har forskere gennemført en lang række eksperimenter og undersøgelser. Den nuværende forskning fokuserer på følgende metoder: elektrokemisk reduktion metode for at reducere omkostningerne, mennesker af titanium metal direkte deoxidation forskning. Nogle mennesker i udlandet bruger elektrokemiske metoder til at reducere koncentrationen af ​​fast opløst ilt i titanium til detektionsgrænsen (500 ppm) nedenfor. De mener, at i processen med elektrokemisk deoxidation produceres deoxidationsmidlet calcium ved elektrolyse af calciumchlorid smeltet salt, og O2- udfældes i form af CO2 eller CO ved anoden. Denne nye metode til højoprensning bruges ikke kun til deoxygenering af titanium, men også til sjældne jordarters metaller som yttrium og neodym, og kan reducere iltindholdet til 10 ppm.

Elektrokemisk metode til industrialisering af den eksperimentelle proces er: først og fremmest titandioxidpulveret med støbning eller trykstøbning, sintret til katoden, grafit som anode, CaCl2 som det smeltede salt, i grafit eller titanium digel til elektrolyse. Den påførte spænding er 2,8V til 3,2V, hvilket er lavere end dekomponeringsspændingen for CaCl2 (3,2V til 3,3V). Efter en vis tids elektrolyse skiftede katoden fra hvid til grå, og transformationen af ​​0.25 μm TiO2 til 12 μm titansvamp blev observeret under SEM. Hovedårsagen til at bruge calciumchlorid som det smeltede salt er dets lave pris og dets opløselighed for O2-, hvilket gør det udfældede titanium ikke let at blive oxideret; derudover er CaCl2 ikke-giftig og ikke-forurenende for miljøet.

Sammenlignet med TiCl4-smeltet saltelektrolyse er råmaterialerne, der anvendes i denne metode, oxider snarere end flygtige chlorider, så fremstillingsprocessen kan forenkles, og kvaliteten af ​​produkterne er høj; der vil ikke være nogen redoxreaktion mellem titaniumvalensionerne; anodeudfældningsgassen er ren oxygen (inert anode) eller en blanding af CO og CO2 (grafitanode), som er let kontrollerbar og ikke-forurenende.

Denne metode fremmer ikke kun reduktionsreaktionen nær katoden, men deoxiderer også titanium opnået ved reduktion. Denne metode kombinerer den direkte elektrolytiske reduktion af oxider og elektrokemisk deoxygenering, som er en ny metode til fremstilling af titanium, og er blevet den mest bemærkelsesværdige metode i titaniumekstraktionsprocessen. Ifølge data fra papiret offentliggjort i det britiske tidsskrift Nature i 2000 anslås det, at brugen af ​​denne metode reducerer produktionsomkostningerne for titansvamp med omkring 13,000 amerikanske dollars pr. ton , og den nuværende samlede globale produktion på 50,000 til 60.000 tons vil spare 770 millioner amerikanske dollars om året i produktionsomkostninger, hvis den skiftes til produktion af denne elektrokemiske metode.

Armstrong-metoden Amstrong et al. at forbedre Hunter-metoden, hvilket gør den til en kontinuerlig produktionsproces. Processen er som følger: TiCl4-gas sprøjtes først ind i et overskud af smeltet natrium, som fungerer som et kølemiddel for at reducere produktet og føre det til separationsprocessen. Fjern natrium og salt for at få produktets titaniumpulver. Iltindholdet i produktet er så lavt som 0,2 %, og når standarden for sekundært titanium. En lille forbedring af processen kan producere VTi, AlTi legeringer. Sammenlignet med Hunter-metoden har denne metode fordelene ved kontinuerlig produktion, lav investering, bred vifte af produktanvendelser, og biprodukterne nedbrudt til natrium og klor kan genanvendes.

TiCl4 elektrolytisk reduktionsmetode Set ud fra en elektrolytisk proces er brugen af ​​TiCl4 elektrolytisk metode overlegen i forhold til både Kroll og Hunter metoder. Derfor er der fra begyndelsen af ​​udviklingen af ​​Krolls termiske reduktionsmetode idéen om at omdanne titaniumsmelteprocessen til en elektrolytisk metode.

TiCl4 elektrolytisk reduktionsmetode er den eneste, der engang blev anset for at være en mulig erstatning for Kroll-processen, USA, det tidligere Sovjetunionen, Japan, Frankrig, Italien, Kina og så videre har udført langsigtede og in- dybdegående forskning i det. Den elektrolytiske TiCl4-reduktionsmetode er teknisk påkrævet for at omdanne TiCl4 til et lavvalent chlorid af titanium og opløse det i smelten, og samtidig er det nødvendigt at adskille katodeområdet fra anodeområdet og gøre elektrolyttanken forseglet. .

Italienere har arbejdet på TiCl4-elektrolyse, de analyserede dataene for chloreringselektrolyse og fandt ud af, at når temperaturen er over 900 grader, er der ingen Ti2+ eller Ti3+ i elektrolytten, men kun Ti 4+ og Ti. Elektrolyseprocessen etableret på dette grundlag er som følger: TiCl4-gas sprøjtes ind i en flerlagselektrolyt og absorberes. Dette flerfasede lag består af ioner af kalium, calcium, titanium, klor og fluor samt kalium og calcium, og adskiller titanium katoden fra grafit anoden. Det flydende titanium, der dannes i det nederste lag, synker til bunden af ​​badet i en kobberdigel med vandkøling for at danne ingots. Imidlertid er renheden af ​​titanium opnået ved denne metode ikke høj, og effektiviteten er lav.

Outlook har overlegen ydeevne og rigelige ressourcer af titanium fra anden halvdel af det 20. århundrede som en ideel materiale opmærksomhed, men hidtil har ikke været fra de sjældne metaller ud af verdens årlige produktion af titanium er kun titusindvis af tons. Fordi Kroll-metoden er at reducere titantetrachlorid med magnesiummetal for at få svampet titaniummetal, kombineret med den lange proces, iteration af flere processer og andre faktorer, hvilket resulterer i høje omkostninger ved titansvamp, hvilket påvirker anvendelsen af ​​titanium i forskellige industrier, så det endnu ikke er blevet populært til brug i mange anvendelsesområder. Men vi mener, at med udviklingen af ​​videnskab og teknologi, titaniummetal ny produktionsproces udvikling, produktionsomkostningsreduktion, produktionsskalaudvidelse, vil det 21. århundrede virkelig blive titaniumets århundrede.