Μέθοδος παρασκευής παλιοσίδερων τιτανίου

Το τιτάνιο και τα κράματά του έχουν εξαιρετικές ιδιότητες όπως αντοχή στη διάβρωση χαμηλής πυκνότητας και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Η παγκόσμια βιομηχανία τιτανίου βιώνει τη μετάβαση από ένα ενιαίο μοντέλο με την αεροδιαστημική ως κύρια αγορά σε ένα διαφοροποιημένο μοντέλο που εστιάζει στην ανάπτυξη της μεταλλουργίας, της ενέργειας, των μεταφορών, της χημικής βιομηχανίας, της βιοϊατρικής και άλλων πολιτικών τομέων. Επί του παρόντος, ο κόσμος μπορεί να πραγματοποιήσει βιομηχανοποιημένη παραγωγή τιτανίου σε λίγες μόνο χώρες όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ιαπωνία, η Ρωσία, η Κίνα και άλλες χώρες, η συνολική ετήσια παγκόσμια παραγωγή τιτανίου είναι μόνο μερικές δεκάδες χιλιάδες τόνοι. Αλλά λόγω της σημαντικής στρατηγικής αξίας του τιτανίου και της θέσης της εθνικής οικονομίας, το τιτάνιο θα γίνει η άνοδος του σιδήρου, του αλουμινίου, μετά το "τρίτο μέταλλο", ο 21ος αιώνας θα είναι ο αιώνας του τιτανίου.

Τρέχουσες μέθοδοι παραγωγής τιτανίου τρέχουσα παραγωγή τιτανίου με τη χρήση της μεθόδου θερμικής αναγωγής μετάλλων, η οποία αναφέρεται στη χρήση αναγωγικού μετάλλου (R) και οξειδίων ή χλωριδίων μετάλλων (MX) της αντίδρασης για την παρασκευή μετάλλου Μ. Ήδη βιομηχανοποιημένη παραγωγή μεταλλουργικών μεθόδων τιτανίου για το μαγνήσιο μέθοδος θερμικής αναγωγής (μέθοδος Kroll) και μέθοδος θερμικής αναγωγής νατρίου (μέθοδος Hunter). Επειδή η μέθοδος Hunter είναι πιο ακριβή από τη μέθοδο Kroll, η μόνη μέθοδος που χρησιμοποιείται σήμερα ευρέως στη βιομηχανία είναι η μέθοδος Kroll, η οποία έχει επικριθεί από την ανάπτυξή της το 1948 για το υψηλό κόστος και τη χαμηλή απόδοση μείωσης. Μισό αιώνα αργότερα, η διαδικασία δεν έχει αλλάξει ριζικά, εξακολουθεί να είναι διακοπτόμενη παραγωγή, απέτυχε να πραγματοποιήσει την παραγωγή συνεχούς.

Μέθοδος παραγωγής μετάλλου τιτανίου των νέων τάσεων στον κόσμο της βιομηχανίας τιτανίου μετά από δεκαετίες ανάπτυξης, αν και η μέθοδος Kroll και η μέθοδος Hunter για μια σειρά βελτιώσεων, αλλά είναι διαλείπουσα λειτουργία, μικρές βελτιώσεις δεν μπορούν να μειώσουν σημαντικά την τιμή του τιτανίου. Επομένως, θα πρέπει να αναπτυχθεί μια νέα, χαμηλού κόστους συνεχής διαδικασία, προκειμένου να λυθεί ουσιαστικά το πρόβλημα του υψηλού κόστους παραγωγής. Για το σκοπό αυτό, οι ερευνητές έχουν πραγματοποιήσει μεγάλο αριθμό πειραμάτων και μελετών. Η τρέχουσα έρευνα επικεντρώνεται στις ακόλουθες μεθόδους: μέθοδος ηλεκτροχημικής αναγωγής προκειμένου να μειωθεί το κόστος, οι άνθρωποι του μετάλλου τιτανίου έρευνα άμεσης αποξείδωσης. Μερικοί άνθρωποι στο εξωτερικό χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικές μεθόδους για να μειώσουν τη συγκέντρωση του στερεού διαλυμένου οξυγόνου στο τιτάνιο στο όριο ανίχνευσης (500 ppm) παρακάτω. Πιστεύουν ότι στη διαδικασία της ηλεκτροχημικής αποξείδωσης, ο αποοξειδωτικός παράγοντας ασβέστιο παράγεται με την ηλεκτρόλυση τετηγμένου άλατος με χλωριούχο ασβέστιο και το Ο2- κατακρημνίζεται με τη μορφή CO2 ή CO στην άνοδο. Αυτή η νέα μέθοδος υψηλού καθαρισμού χρησιμοποιείται όχι μόνο για την αποοξυγόνωση του τιτανίου, αλλά και για μέταλλα σπάνιων γαιών όπως το ύττριο και το νεοδύμιο, και μπορεί να μειώσει την περιεκτικότητα σε οξυγόνο στα 10 ppm.

Η ηλεκτροχημική μέθοδος εκβιομηχάνισης της πειραματικής διαδικασίας είναι: πρώτα απ 'όλα, η σκόνη διοξειδίου του τιτανίου με χύτευση ή χύτευση υπό πίεση, πυροσυσσωματωμένη για την κάθοδο, γραφίτης ως άνοδος, CaCl2 ως τετηγμένο άλας, σε χωνευτήριο γραφίτη ή τιτανίου για ηλεκτρόλυση. Η τάση που εφαρμόζεται είναι 2,8V έως 3,2V, η οποία είναι χαμηλότερη από την τάση αποσύνθεσης του CaCl2 (3,2V έως 3,3V). Μετά από ορισμένο χρόνο ηλεκτρόλυσης, η κάθοδος άλλαξε από λευκή σε γκρίζα και ο μετασχηματισμός του 0.25 μm TiO2 σε σπόγγο τιτανίου 12 μm παρατηρήθηκε υπό SEM. Ο κύριος λόγος για τη χρήση του χλωριούχου ασβεστίου ως τετηγμένου άλατος είναι η χαμηλή του τιμή και η διαλυτότητά του για Ο2-, γεγονός που καθιστά το κατακρημνισμένο τιτάνιο δεν είναι εύκολο να οξειδωθεί. Επιπλέον, το CaCl2 είναι μη τοξικό και μη ρυπογόνο για το περιβάλλον.

Σε σύγκριση με την ηλεκτρόλυση τετηγμένου αλατιού TiCl4, οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη μέθοδο είναι οξείδια και όχι πτητικά χλωρίδια, επομένως η διαδικασία παρασκευής μπορεί να απλοποιηθεί και η ποιότητα των προϊόντων είναι υψηλή. Δεν θα υπάρξει αντίδραση οξειδοαναγωγής μεταξύ των ιόντων σθένους τιτανίου. το αέριο καθίζησης της ανόδου είναι καθαρό οξυγόνο (αδρανής άνοδος) ή μείγμα CO και CO2 (άνοδος γραφίτη), το οποίο είναι εύκολα ελεγχόμενο και μη ρυπογόνο.

Αυτή η μέθοδος όχι μόνο προάγει την αντίδραση αναγωγής κοντά στην κάθοδο, αλλά επίσης αποοξειδώνει το τιτάνιο που λαμβάνεται με αναγωγή. Αυτή η μέθοδος συνδυάζει την άμεση ηλεκτρολυτική αναγωγή των οξειδίων και την ηλεκτροχημική αποοξυγόνωση, η οποία είναι μια νέα μέθοδος παρασκευής τιτανίου, και έχει γίνει η πιο αξιοσημείωτη μέθοδος στη διαδικασία εκχύλισης τιτανίου. Σύμφωνα με τα στοιχεία της εργασίας που δημοσιεύτηκε στο βρετανικό περιοδικό Nature στο 2000, εκτιμάται ότι η χρήση αυτής της μεθόδου μειώνει το κόστος παραγωγής του σφουγγαριού τιτανίου κατά περίπου 13,000 δολάρια ΗΠΑ ανά τόνο , και η τρέχουσα συνολική παγκόσμια παραγωγή από 50,000 έως 60.000 τόνους θα εξοικονομήσει 770 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ ετησίως σε κόστος παραγωγής, εάν μεταβεί στην παραγωγή αυτής της ηλεκτροχημικής μεθόδου.

Μέθοδος Armstrong Amstrong et al. να βελτιώσει τη μέθοδο Hunter, καθιστώντας τη μια συνεχή παραγωγική διαδικασία. Η διαδικασία είναι η εξής: Το αέριο TiCl4 εγχέεται πρώτα σε περίσσεια τετηγμένου νατρίου, το οποίο δρα ως ψυκτικός παράγοντας για τη μείωση του προϊόντος και τη μεταφορά του στη διαδικασία διαχωρισμού. Αφαιρέστε το νάτριο και το αλάτι για να πάρετε το προϊόν σκόνη τιτανίου. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο προϊόν είναι τόσο χαμηλή όσο 0,2%, φτάνοντας το πρότυπο του δευτερογενούς τιτανίου. Μια μικρή βελτίωση της διαδικασίας μπορεί να παράγει κράματα VTi, AlTi. Σε σύγκριση με τη μέθοδο Hunter, αυτή η μέθοδος έχει τα πλεονεκτήματα της συνεχούς παραγωγής, της χαμηλής επένδυσης, του ευρέος φάσματος εφαρμογών προϊόντων και τα υποπροϊόντα που αποσυντίθενται σε νάτριο και χλώριο μπορούν να ανακυκλωθούν.

Μέθοδος ηλεκτρολυτικής αναγωγής TiCl4 Από την άποψη της ηλεκτρολυτικής διεργασίας, η χρήση της ηλεκτρολυτικής μεθόδου TiCl4 είναι ανώτερη και από τις μεθόδους Kroll και Hunter. Επομένως, από την αρχή της ανάπτυξης της μεθόδου θερμικής αναγωγής του Kroll, υπάρχει η ιδέα μετατροπής της διαδικασίας τήξης τιτανίου σε ηλεκτρολυτική μέθοδο.

Η μέθοδος ηλεκτρολυτικής αναγωγής TiCl4 είναι η μόνη που κάποτε πιστευόταν ότι ήταν πιθανός αντικαταστάτης της διαδικασίας Kroll, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η πρώην Σοβιετική Ένωση, η Ιαπωνία, η Γαλλία, η Ιταλία, η Κίνα και ούτω καθεξής έχουν πραγματοποιήσει μακροπρόθεσμες και έρευνα σε βάθος για αυτό. Η μέθοδος ηλεκτρολυτικής αναγωγής TiCl4 απαιτείται τεχνικά για τη μετατροπή του TiCl4 σε χλωρίδιο τιτανίου χαμηλού σθένους και τη διάλυσή του στο τήγμα, και ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να διαχωριστεί η περιοχή της καθόδου από την περιοχή της ανόδου και να σφραγιστεί η δεξαμενή ηλεκτρολυτικής .

Οι Ιταλοί εργάστηκαν για την ηλεκτρόλυση TiCl4, ανέλυσαν τα δεδομένα της ηλεκτρόλυσης χλωρίωσης και διαπίστωσαν ότι όταν η θερμοκρασία είναι πάνω από 900 βαθμούς, δεν υπάρχει Ti2+ ή Ti3+ στον ηλεκτρολύτη, αλλά μόνο Ti 4+ και Ti. Η διαδικασία ηλεκτρόλυσης που καθιερώθηκε σε αυτή τη βάση είναι η εξής: Το αέριο TiCl4 εγχέεται σε έναν ηλεκτρολύτη πολλαπλών στρωμάτων και απορροφάται. Αυτό το πολυφασικό στρώμα αποτελείται από ιόντα καλίου, ασβεστίου, τιτανίου, χλωρίου και φθορίου καθώς και από κάλιο και ασβέστιο και διαχωρίζει την κάθοδο τιτανίου από την άνοδο του γραφίτη. Το υγρό τιτάνιο που παράγεται στο χαμηλότερο στρώμα βυθίζεται στον πυθμένα του λουτρού σε ένα χάλκινο χωνευτήριο με ψύξη νερού για να σχηματίσει πλινθώματα. Ωστόσο, η καθαρότητα του τιτανίου που λαμβάνεται με αυτή τη μέθοδο δεν είναι υψηλή και η απόδοση είναι χαμηλή.

Το Outlook έχει ανώτερη απόδοση και άφθονους πόρους τιτανίου από το δεύτερο μισό του 20ου αιώνα ως ιδανικό υλικό προσοχής, αλλά μέχρι στιγμής δεν έχουν από τα σπάνια μέταλλα από την παγκόσμια ετήσια παραγωγή τιτανίου είναι μόνο δεκάδες χιλιάδες τόνοι. Επειδή η μέθοδος Kroll είναι η μείωση του τετραχλωριούχου τιτανίου με μέταλλο μαγνήσιου για να ληφθεί σπογγώδες μέταλλο τιτανίου, σε συνδυασμό με τη μακρά διαδικασία, την επανάληψη πολλαπλών διεργασιών και άλλους παράγοντες, με αποτέλεσμα το υψηλό κόστος του σπόγγου τιτανίου, που επηρεάζει την εφαρμογή του τιτανίου σε διάφορες βιομηχανίες. έτσι ώστε δεν έχει ακόμη διαδοθεί για χρήση σε πολλούς τομείς εφαρμογής. Ωστόσο, πιστεύουμε ότι με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, την ανάπτυξη νέας παραγωγικής διαδικασίας μετάλλου τιτανίου, τη μείωση του κόστους παραγωγής, την επέκταση της κλίμακας παραγωγής, ο 21ος αιώνας θα γίνει πραγματικά ο αιώνας του τιτανίου.