Kaedah penyediaan besi buruk titanium

Titanium dan aloinya mempunyai sifat yang sangat baik seperti rintangan kakisan ketumpatan rendah dan rintangan suhu tinggi. Industri titanium dunia sedang mengalami peralihan daripada model tunggal dengan aeroangkasa sebagai pasaran utama kepada model terpelbagai yang menumpukan pada pembangunan metalurgi, tenaga, pengangkutan, industri kimia, bioperubatan dan bidang awam lain. Pada masa ini, dunia boleh menjalankan pengeluaran perindustrian titanium hanya di beberapa negara seperti Amerika Syarikat, Jepun, Rusia, China dan negara-negara lain, jumlah pengeluaran tahunan titanium dunia hanya beberapa puluh ribu tan. Tetapi kerana nilai strategik yang ketara titanium dan status ekonomi negara, titanium akan menjadi kebangkitan besi, aluminium, selepas "logam ketiga", abad ke-21 akan menjadi abad titanium.

Kaedah pengeluaran titanium semasa pengeluaran titanium semasa menggunakan kaedah pengurangan haba logam, yang merujuk kepada penggunaan reduktor logam (R) dan oksida logam atau klorida (MX) tindak balas untuk menyediakan logam M. Pengeluaran perindustrian kaedah metalurgi titanium untuk magnesium. kaedah pengurangan haba (kaedah Kroll) dan kaedah pengurangan haba natrium (kaedah Hunter). Oleh kerana kaedah Hunter lebih mahal daripada kaedah Kroll, satu-satunya kaedah yang kini digunakan secara meluas dalam industri ialah kaedah Kroll, yang telah dikritik sejak pembangunannya pada tahun 1948 kerana kos yang tinggi dan kecekapan pengurangan yang rendah. Setengah abad kemudian, proses itu tidak secara asasnya berubah, masih pengeluaran terputus-putus, gagal untuk merealisasikan pengeluaran berterusan.

Kaedah pengeluaran logam titanium trend baru dalam industri titanium dunia selepas beberapa dekad pembangunan, walaupun kaedah Kroll dan kaedah Hunter untuk satu siri penambahbaikan, tetapi mereka adalah operasi sekejap-sekejap, penambahbaikan kecil tidak dapat mengurangkan harga titanium dengan ketara. Oleh itu, proses berterusan yang baru dan kos rendah harus dibangunkan untuk menyelesaikan masalah kos pengeluaran yang tinggi secara asasnya. Untuk tujuan ini, penyelidik telah menjalankan sejumlah besar eksperimen dan kajian. Penyelidikan semasa memberi tumpuan kepada kaedah berikut: kaedah pengurangan elektrokimia untuk mengurangkan kos, orang penyelidikan deoksidasi langsung logam titanium. Sesetengah orang di luar negara menggunakan kaedah elektrokimia untuk mengurangkan kepekatan oksigen terlarut pepejal dalam titanium kepada had pengesanan (500 ppm) di bawah. Mereka percaya bahawa dalam proses penyahoksidaan elektrokimia, kalsium penyahoksida dihasilkan dalam elektrolisis garam lebur kalsium klorida, dan O2- dimendakan dalam bentuk CO2 atau CO di anod. Kaedah penulenan tinggi baru ini digunakan bukan sahaja untuk penyahoksigenan titanium, tetapi juga untuk logam nadir bumi seperti yttrium dan neodymium, dan boleh mengurangkan kandungan oksigen kepada 10 ppm.

Kaedah elektrokimia perindustrian proses eksperimen ialah: pertama sekali, serbuk titanium dioksida dengan tuangan atau pengacuan tekanan, disinter untuk katod, grafit sebagai anod, CaCl2 sebagai garam cair, dalam grafit atau mangkuk titanium untuk elektrolisis. Voltan yang digunakan ialah 2.8V hingga 3.2V, yang lebih rendah daripada voltan penguraian CaCl2 (3.2V hingga 3.3V). Selepas masa tertentu elektrolisis, katod berubah daripada putih kepada kelabu, dan penjelmaan 0.25 μm TiO2 kepada 12 μm span titanium diperhatikan di bawah SEM. Sebab utama untuk menggunakan kalsium klorida sebagai garam cair ialah harganya yang rendah dan keterlarutannya untuk O2-, yang menjadikan titanium termendak tidak mudah untuk dioksidakan; selain itu, CaCl2 tidak toksik dan tidak mencemarkan alam sekitar.

Berbanding dengan elektrolisis garam cair TiCl4, bahan mentah yang digunakan dalam kaedah ini adalah oksida dan bukannya klorida yang tidak menentu, jadi proses penyediaan dapat dipermudahkan, dan kualiti produk adalah tinggi; tidak akan ada tindak balas redoks antara ion valens titanium; gas pemendakan anod ialah oksigen tulen (anod lengai) atau campuran CO dan CO2 (anod grafit), yang mudah dikawal dan tidak mencemarkan.

Kaedah ini bukan sahaja menggalakkan tindak balas pengurangan berhampiran katod, tetapi juga menyahoksidakan titanium yang diperoleh melalui pengurangan. Kaedah ini menggabungkan pengurangan elektrolitik langsung oksida dan penyahoksigenan elektrokimia, yang merupakan kaedah baru untuk menyediakan titanium, dan telah menjadi kaedah yang paling ketara dalam proses pengekstrakan titanium. Menurut data kertas kerja yang diterbitkan dalam jurnal British Nature dalam 2000, dianggarkan bahawa penggunaan kaedah ini mengurangkan kos pengeluaran span titanium sebanyak kira-kira 13,000 dolar AS setiap tan , dan jumlah pengeluaran global semasa sebanyak 50,000 hingga 60,000 tan akan menjimatkan 770 juta dolar AS setahun dalam kos pengeluaran jika ia ditukar kepada pengeluaran kaedah elektrokimia ini.

Kaedah Armstrong Amstrong et al. untuk menambah baik kaedah Hunter, menjadikannya proses pengeluaran yang berterusan. Prosesnya adalah seperti berikut: Gas TiCl4 mula-mula disuntik ke dalam lebihan natrium cair, yang bertindak sebagai agen penyejuk untuk mengurangkan produk dan membawanya ke proses pengasingan. Keluarkan natrium dan garam untuk mendapatkan serbuk titanium produk. Kandungan oksigen dalam produk adalah serendah 0.2%, mencapai standard titanium sekunder. Penambahbaikan sedikit proses boleh menghasilkan aloi VTi, AlTi. Berbanding dengan kaedah Hunter, kaedah ini mempunyai kelebihan pengeluaran berterusan, pelaburan yang rendah, pelbagai aplikasi produk, dan produk sampingan yang terurai menjadi natrium dan klorin boleh dikitar semula.

Kaedah pengurangan elektrolitik TiCl4 Dari perspektif proses elektrolitik, penggunaan kaedah elektrolitik TiCl4 adalah lebih baik daripada kaedah Kroll dan Hunter. Oleh itu, dari awal pembangunan kaedah pengurangan haba Kroll, terdapat idea untuk mengubah proses peleburan titanium menjadi kaedah elektrolitik.

Kaedah pengurangan elektrolitik TiCl4 adalah satu-satunya yang pernah dianggap sebagai pengganti yang mungkin untuk proses Kroll, Amerika Syarikat, bekas Kesatuan Soviet, Jepun, Perancis, Itali, China dan sebagainya telah menjalankan jangka panjang dan dalam- kajian mendalam mengenainya. Kaedah pengurangan elektrolitik TiCl4 secara teknikal diperlukan untuk menukar TiCl4 menjadi klorida rendah valen titanium dan melarutkannya dalam cair, dan pada masa yang sama, adalah perlu untuk memisahkan kawasan katod dari kawasan anod dan membuat tangki elektrolitik dimeteraikan. .

Orang Itali telah mengusahakan elektrolisis TiCl4, mereka menganalisis data elektrolisis pengklorinan dan mendapati bahawa apabila suhu melebihi 900 darjah , tiada Ti2+ atau Ti3+ dalam elektrolit, tetapi hanya Ti 4+ dan Ti. Proses elektrolisis yang ditubuhkan atas dasar ini adalah seperti berikut: Gas TiCl4 disuntik ke dalam elektrolit berbilang lapisan dan diserap. Lapisan berbilang fasa ini terdiri daripada ion kalium, kalsium, titanium, klorin dan fluorin serta kalium dan kalsium, dan memisahkan katod titanium daripada anod grafit. Cecair titanium yang dihasilkan di lapisan paling bawah tenggelam ke bahagian bawah tab mandi ke dalam mangkuk tembaga dengan penyejukan air untuk membentuk jongkong. Walau bagaimanapun, ketulenan titanium yang diperoleh melalui kaedah ini tidak tinggi dan kecekapannya rendah.

Tinjauan mempunyai prestasi yang unggul dan sumber yang banyak titanium dari separuh kedua abad ke-20 sebagai perhatian material yang ideal, tetapi setakat ini tidak daripada logam jarang daripada pengeluaran tahunan dunia titanium hanya puluhan ribu tan. Kerana kaedah Kroll adalah untuk mengurangkan titanium tetraklorida dengan logam magnesium untuk mendapatkan logam titanium spongy, ditambah pula dengan proses yang panjang, lelaran pelbagai proses dan faktor lain, mengakibatkan kos tinggi span titanium, menjejaskan penggunaan titanium dalam pelbagai industri, sehingga ia belum lagi dipopularkan untuk digunakan dalam banyak bidang aplikasi. Walau bagaimanapun, kami percaya bahawa dengan perkembangan sains dan teknologi, pembangunan proses pengeluaran baru logam titanium, pengurangan kos pengeluaran, pengembangan skala pengeluaran, abad ke-21 akan benar-benar menjadi abad titanium.