Titaani leidub maakoores ohtralt ja Hiina on titaanivarude poolest maailmas esikohal, kusjuures tõestatud varud moodustavad ligikaudu 38,8% maailma koguvarudest. Need ressursid on jaotatud enam kui 100 kaevanduspiirkonna vahel enam kui 20 provintsis ja piirkonnas, mis on peamiselt koondunud Hiina edela-, kesk-lõuna- ja põhjapiirkondadesse. Eelkõige on Panxi piirkonna vanaadium-titaanmagnetiidi maardlad ülemaailmselt tuntud oma märkimisväärsete varude poolest, mis moodustavad 92% Hiina titaaniressurssidest, pakkudes riigi titaanitööstusele tugeva aluse. Praegust titaani tootmisprotsessi iseloomustavad aga pikad protsessitsüklid, suur energiatarbimine ja tõsine saaste, mis toob kaasa kõrged hinnad ja piirab selle laialdast kasutamist. Järelikult on uute odavate titaanitootmismeetodite väljatöötamine ülimalt oluline, et kiirendada Hiina üleminekut suurest titaaniressursside riigist titaani tootmise jõujaamaks.
Traditsiooniline titaanmetallurgia protsess
Traditsiooniline titaani sulatusprotsess, mida tuntakse "Krolli protsessina", hõlmab titaantetrakloriidi (TiCl4) redutseerimist metallilise naatriumi või magneesiumiga, et saada metallist titaani. Kuna titaani toodetakse alla selle sulamistemperatuuri, eksisteerib see käsnataolises vormis, sellest ka nimetus "käsna titaan". Krolli protsess koosneb kolmest põhietapist: titaanirikaste materjalide valmistamine, TiCl4 tootmine ning redutseerimine ja destilleerimine käsn-titaani saamiseks.
Uued titaani metallurgia protsessid
Metallilise titaani tootmiskulude vähendamiseks on teadlased uurinud mitmeid uusi ekstraheerimismeetodeid, sealhulgas TiCl4 elektrolüüsi, ITP (Armstrongi) protsessi, FFC protsessi, OS protsessi, eelreduktsiooni protsessi (PRP), QT protsessi, MER protsessi ja USTB protsessi. .
TiCl4 elektrolüüs titaani tootmiseks
Titaanoksiidid ja titaankloriidid võivad olla tööstusliku titaani tootmise tooraineks. Kuid titaanmetalli tootmise eelkäijana on kasutatud ainult titaankloriidi, kuna see suudab tõhusalt eemaldada hapniku ja süsiniku lisandeid. Praegused uuringud keskenduvad TiCl4 valmistamisele ja puhastamisele, kusjuures uuritakse selliseid meetodeid nagu naatriumi termiline redutseerimine, hapniku redutseerimine, vesiniku redutseerimine ja otsene elektrolüüs.
Armstrongi/ITP (rahvusvaheline titaanipulbri) protsess
USA-s Chicagos asuv ITP, mis asutati 1997. aastal, kasutab TiCl4 vähendamiseks gaasilist naatriumi, võimaldades pidevat titaanipulbri tootmist. See meetod hõlmab TiCl4 auru süstimist naatriumgaasi voolu, tekitades titaanipulbrit ja NaCl, mis seejärel eraldatakse destilleerimise, filtreerimise ja pesemise teel. Protsess on toote kõrge puhtuse ja keskkonnasõbralikkuse poolest, kuid tootmiskulude vähendamisel ja toote kvaliteedi parandamisel on endiselt probleeme.
FFC protsess (Cambridge'i protsess)
Professor DJ Fray ja tema kaastöötajad Cambridge'i ülikoolist 2000. aastal pakkusid välja FFC-protsess, mis hõlmab katoodina tahke titaanoksiidi, anoodina grafiidi ja elektrolüüdina leelismuldmetalli kloriidi elektrolüüsimist. See meetod on keskkonnasõbralik, lühikese tootmistsükliga, kuid seisab silmitsi väljakutsetega, nagu toote kõrge hapnikusisaldus ja protsessi katkestus.
OS protsess
See protsess, mille on välja töötanud One ja Suzuki Jaapanis, kasutab elektrolüütiliselt saadud kaltsiumi TiO2 redutseerimiseks metalliliseks titaaniks. Protsess toimub Ca/CaO/CaCl2 sulatis, titaanoksiidi pulber asetatakse katoodkorvi. Meetod lubab märkimisväärselt vähendada kulusid, kuid toodab suhteliselt kõrge hapnikusisaldusega titaanmetalli.
PRP protsess
See Jaapani teadlaste pakutud meetod segab TiO2 räbustitega nagu CaO või CaCl2, vormib segu, paagutab selle ja eksponeerib selle kõrgel temperatuuril kaltsiumi aurudega, et saada titaanipulber. Saadud pulber võib saavutada 99% puhtuse vähendatud hapnikusisaldusega.
QiT protsess
See protsess, mille on välja töötanud Quebec Iron and Titanium Inc., hõlmab titaani räbu elektrolüüsimist sulasoola keskkonnas, et toota titaanmetalli. Protsessi võib läbi viia ühes või kahes etapis, olenevalt titaanisisaldusest ja räbu lisandite tasemest.
MER protsess
MER Corporationi poolt välja töötatud protsessis kasutatakse anoodina TiO2 või rutiili ja elektrolüüdina kloriidide segu. Anood eraldab elektrolüüsi käigus CO ja CO2 gaaside segu, samal ajal kui titaanioonid redutseeritakse katoodil metalliliseks titaaniks.
USTB protsess
2005. aastal pakkusid professor Zhu Hongmin ja tema meeskond Pekingi Teadus- ja Tehnoloogiaülikoolist välja uudse meetodi käsnast titaani ekstraheerimiseks sulasoola elektrolüüsi teel – TiO·mTC anoodi elektrolüüsi, TiO2 ja TiC lahustuva tahke lahuse. toota puhast titaani.
See meetod hõlmab süsiniku ja titaandioksiidi või titaankarbiidi ja titaandioksiidi pulbrite segamist stöhhiomeetrilistes vahekordades, nende vormi pressimist ja seejärel teatud tingimustel metallilise juhtivusega TiO·mTC anoodi moodustamist. Kasutades elektrolüüdina leelismetalli või leelismuldmetalli halogeniidide sulasoola, viiakse elektrolüüs läbi kindlal temperatuuril. Selle protsessi käigus lahustub titaan sulasoolaks madala valentsusega ioonide kujul ja ladestub katoodile, samas kui anoodis sisalduv süsinik ja hapnik moodustavad gaasilisi süsinikoksiide (CO, CO2) või hapnikku (O2), mis vabanevad. . Selle meetodiga saab toota kõrge puhtusastmega titaanmetallipulbrit hapnikusisaldusega alla 300 × 10-6, mis vastab riiklikule esimese klassi standardile ja saavutab kuni 89% katoodvoolu efektiivsuse.
Selle meetodi märkimisväärsed eelised hõlmavad võimet pidevalt läbi viia elektrolüüsiprotsessi ilma anoodilima tekitamata, protsessi lihtsust, madalat maksumust ja keskkonnasõbralikkust.
Metallilise titaani ekstraheerimine on metallurgia oluline uurimisvaldkond ja sulasoola elektrolüüsi protsessi peetakse kõige lootustandvamaks alternatiiviks Krolli protsessile titaanmetallurgia jaoks. Arvestades titaaniressursside suuri varusid ja kriitilist tähtsust, on vanadiferous titanomagnetiidi igakülgne kasutamine väga oluline. Uurides titaani ekstraheerimisprotsesside praegust uurimis- ja arendustegevust, seisavad protsessid, mis kasutavad TiCl4 lähteainena, üldiselt raskusi kulude vähendamisel, samas kui metallilise titaani otsene valmistamine TiO2-st väärib täiendavat põhjalikku uurimistööd. Kui tehnilistest probleemidest saab üle, võib tööstusliku mastaabiga rakendus muutuda teostatavaks.
