Метод за получаване на титанов скрап

Титанът и неговите сплави имат отлични свойства като устойчивост на корозия при ниска плътност и устойчивост на висока температура. Световната титанова индустрия преживява прехода от един модел с аерокосмическата индустрия като основен пазар към диверсифициран модел, фокусиран върху развитието на металургията, енергетиката, транспорта, химическата промишленост, биомедицината и други граждански области. В момента светът може да извършва индустриализирано производство на титан само в няколко страни като Съединените щати, Япония, Русия, Китай и други страни, общото годишно производство на титан в света е само няколко десетки хиляди тона. Но поради значителната стратегическа стойност на титана и състоянието на националната икономика, титанът ще стане възход на желязото, алуминия, след "третия метал", 21-ви век ще бъде векът на титана.

Текущи методи за производство на титан Текущо производство на титан с помощта на метод за термична редукция на метал, който се отнася до използването на метален редуктор (R) и метални оксиди или хлориди (MX) от реакцията за получаване на метал М. Вече индустриализирано производство на титан металургични методи за магнезий метод на термична редукция (метод на Крол) и метод на натриева термична редукция (метод на Хънтър). Тъй като методът на Hunter е по-скъп от метода на Kroll, единственият метод, който в момента се използва широко в индустрията, е методът на Kroll, който е критикуван от разработването си през 1948 г. заради високата си цена и ниската ефективност на намаляване. Половин век по-късно процесът не се е променил фундаментално, все още е периодично производство, не успява да реализира непрекъснато производство.

Методът за производство на титанов метал на новите тенденции в световната титанова индустрия след десетилетия на развитие, въпреки че методът на Крол и методът на Хънтър за серия от подобрения, но те са периодична работа, малки подобрения не могат значително да намалят цената на титана. Следователно трябва да се разработи нов, евтин непрекъснат процес, за да се реши основно проблемът с високите производствени разходи. За тази цел изследователите са провели голям брой експерименти и проучвания. Настоящите изследвания се фокусират върху следните методи: метод на електрохимична редукция, за да се намалят разходите, изследвания за директно дезоксидиране на титанов метал. Някои хора в чужбина използват електрохимични методи за намаляване на концентрацията на твърд разтворен кислород в титан до границата на откриване (500 ppm) по-долу. Те вярват, че в процеса на електрохимично дезоксидиране, дезоксидиращият калций се произвежда при електролиза на разтопена сол на калциев хлорид и O2- се утаява под формата на CO2 или CO на анода. Този нов метод за високо пречистване се използва не само за деоксигениране на титан, но и за редкоземни метали като итрий и неодим и може да намали съдържанието на кислород до 10 ppm.

Електрохимичният метод за индустриализация на експерименталния процес е: на първо място, прахът от титанов диоксид с леене или формоване под налягане, синтерован за катода, графит като анод, CaCl2 като разтопена сол, в графитен или титанов тигел за електролиза. Приложеното напрежение е 2,8 V до 3,2 V, което е по-ниско от напрежението на разлагане на CaCl2 (3,2 V до 3,3 V). След известно време на електролиза, катодът се променя от бял на сив и трансформацията на 0.25 μm TiO2 в 12 μm титаниева гъба се наблюдава при SEM. Основната причина за използването на калциев хлорид като разтопена сол е неговата ниска цена и неговата разтворимост за O2-, което прави утаеният титан трудно да се окислява; в допълнение, CaCl2 е нетоксичен и не замърсява околната среда.

В сравнение с електролизата на разтопена сол на TiCl4, суровините, използвани в този метод, са по-скоро оксиди, отколкото летливи хлориди, така че процесът на приготвяне може да бъде опростен и качеството на продуктите е високо; няма да има редокс реакция между титановите валентни йони; анодният преципитационен газ е чист кислород (инертен анод) или смес от CO и CO2 (графитен анод), който лесно се контролира и не замърсява.

Този метод не само насърчава реакцията на редукция близо до катода, но също така деоксидира титана, получен чрез редукция. Този метод съчетава директната електролитна редукция на оксиди и електрохимично деоксигениране, което е нов метод за получаване на титан и се превърна в най-забележителния метод в процеса на екстракция на титан. Според данните от статията, публикувана в британското списание Nature през 2000, се изчислява, че използването на този метод намалява производствените разходи на титановата гъба с около 13000 щатски долара на тон , а сегашното общо глобално производство от 50,000 до 60 000 тона ще спести 770 милиона щатски долара годишно в производствени разходи, ако се премине към производството по този електрохимичен метод.

Метод на Армстронг Amstrong et al. за подобряване на метода на Hunter, превръщайки го в непрекъснат производствен процес. Процесът е както следва: Газът TiCl4 първо се инжектира в излишък от разтопен натрий, който действа като охлаждащ агент за редуциране на продукта и пренасянето му към процеса на разделяне. Отстранете натрия и солта, за да получите продукта титанов прах. Съдържанието на кислород в продукта е толкова ниско, колкото 0.2%, достигайки стандарта за вторичен титан. С леко подобрение на процеса могат да се получат VTi, AlTi сплави. В сравнение с метода на Hunter, този метод има предимствата на непрекъснато производство, ниска инвестиция, широк спектър от приложения на продукта и страничните продукти, разложени на натрий и хлор, могат да бъдат рециклирани.

Метод за електролитна редукция на TiCl4 От гледна точка на електролитния процес, използването на електролитен метод на TiCl4 превъзхожда както методите на Крол, така и на Хънтър. Следователно, от началото на разработването на метода за термична редукция на Kroll, съществува идеята за трансформиране на процеса на топене на титан в електролитен метод.

Методът за електролитна редукция на TiCl4 е единственият, за който някога се смяташе, че е възможен заместител на процеса на Крол, Съединените щати, бившият Съветски съюз, Япония, Франция, Италия, Китай и т.н. са извършили дългосрочни и ин- задълбочени изследвания върху него. Методът за електролитна редукция на TiCl4 е технически необходим за превръщане на TiCl4 в нисковалентен титанов хлорид и разтварянето му в стопилката, като в същото време е необходимо да се отдели катодната зона от анодната зона и да се запечата електролитният резервоар .

Италиански хора са работили върху TiCl4 електролиза, те са анализирали данните от хлориращата електролиза и са открили, че когато температурата е над 900 градуса, в електролита няма Ti2+ или Ti3+, а само Ti 4+ и Ти. Процесът на електролиза, установен на тази основа, е както следва: газът TiCl4 се инжектира в многослоен електролит и се абсорбира. Този многофазен слой се състои от йони на калий, калций, титан, хлор и флуор, както и калий и калций, и разделя титановия катод от графитния анод. Течният титан, генериран в най-долния слой, потъва на дъното на ваната в меден тигел с водно охлаждане, за да образува слитъци. Въпреки това, чистотата на титана, получен по този метод, не е висока и ефективността е ниска.

Outlook има превъзходна производителност и изобилни ресурси от титан от втората половина на 20-ти век като идеално материално внимание, но досега не са били от редки метали от световното годишно производство на титан е само десетки хиляди тона. Тъй като методът на Крол е да редуцира титановия тетрахлорид с магнезиев метал, за да се получи порест титанов метал, съчетан с дългия процес, итерацията на множество процеси и други фактори, което води до висока цена на титановата гъба, засягаща приложението на титан в различни индустрии, така че все още не е популяризиран за използване в много области на приложение. Ние обаче вярваме, че с развитието на науката и технологиите, развитието на новия производствен процес на титановия метал, намаляването на производствените разходи, разширяването на производствения мащаб, 21-ви век наистина ще стане векът на титана.