Metall tat-titanju miksub minn minerali mhux maħdum jissejjaħ titanju sponża minħabba d-dehra poruża u sponża tiegħu. It-titanju huwa abbundanti ħafna bħala element kimiku. Fost l-aktar elementi tal-metall abbundanti fil-qoxra tad-dinja, it-titanju jikklassifika fir-raba '(wara Al, Fe u Mg). L-ewwel minerali użat biex jipproduċi titanju huwa rutile (TiO2) jew ilmenite (FeTiO3), il-preparazzjoni ta 'titanju metalliku minn dawn il-minerali minerali hija maqsuma fil-5 passi jew proċeduri differenti li ġejjin, jiġifieri:
(1) Il-minerali huma klorinati biex jiffurmaw TiCl4;
(2) il-purifikazzjoni tad-distillazzjoni ta 'TiCl;
(3) Tnaqqis ta 'TiCl4 biex jipproduċi titanju metalliku [proċess Kroll];
(4) Neħħi l-prodotti sekondarji tal-proċess ta 'tnaqqis biex tippurifika l-metall tat-titanju (titanju sponża);
(5) Tgħaffiġ u gradazzjoni ta 'titanju metalliku sabiex jinkisbu prodotti adattati għall-pass li jmiss ta' titanju pur kummerċjali (titanju CP) u tidwib ta 'liga tat-titanju.
Il-proċess ta 'klorinazzjoni ma jeħtieġx purità għolja ta' rutile. Jekk tintuża l-ilmenite minflok ir-rutile, il-materja prima hija gagazza tat-titanju rikka f'TiO2, li huwa prodott sekondarju tat-tidwib tal-ilmenite bil-karbonju f'forn elettriku biex jipproduċi ħadid. Ir-reazzjoni tal-klorinazzjoni sseħħ f'forn jagħli li fih TiO2, impuritajiet u karbonju (kokk) li jidħlu fil-klorinatur flimkien mar-rutile, ara l-Figura 3.1. F'kuntatt mal-karbonju, il-prodotti ta 'reazzjoni huma klorur tal-metall (MClx), CO2, CO u TiCl4 gassuż (il-punt tat-togħlija ta' TiCl4 huwa 136 grad C), dawn il-prodotti ta 'reazzjoni huma skarikati mill-kondjuwit ta' fuq tar-reattur u jidħlu direttament fil-frazzjonament unità (ara l-Figura 3.2).
Il-formula bażika tar-reazzjoni tal-klorinazzjoni hija kif ġej:
TiO2 flimkien ma' 2Cl2 flimkien ma' C→TiCl4 flimkien ma' CO2
u
TiO2 flimkien ma’ 2Cl2 flimkien ma’ 2C→TiCl4 flimkien ma’ 2CO
It-tieni pass fil-proċess tal-produzzjoni huwa l-pass tad-distillazzjoni, minħabba li t-TiCl4 primarju mill-pass tal-klorinazzjoni jeħtieġ li jiġi purifikat aktar. Il-purifikazzjoni titwettaq permezz ta 'distillazzjoni frazzjonali ta' TiCl4 kif muri fil-Figura 3.2, li turi proċess ta 'purifikazzjoni ta' distillazzjoni f'żewġ stadji. L-ewwel pass huwa li jitneħħew impuritajiet li jagħalu baxx, bħal CO u CO2, u t-tieni pass huwa li jitneħħew impuritajiet li jagħalu għoli, bħal SiCl4 u SnCl4. It-TiC4 purifikat ġie maħżun taħt il-protezzjoni ta 'gass inert sakemm jintuża.
Il-pass li jmiss fil-proċess ta 'produzzjoni huwa t-tnaqqis ta' TiCl4, il-proċess Kroll. It-TiCl4 purifikat huwa miżjud mar-reattur mimli bil-metall tal-manjeżju u mimli b'gass inert. Meta msaħħna għal 800 ~ 850 grad, isseħħ ir-reazzjoni ġenerali ta 'tnaqqis li ġejja:
TiCl4 flimkien ma '2Mg→Ti flimkien ma' 2MgCl2
Ir-reazzjoni fil-fatt titlesta biż-żewġ passi li ġejjin:
TiCl4 flimkien ma 'Mg→TiCl2 flimkien ma' MgCl2
segwit minn
TiCl2 flimkien ma 'Mg→Ti flimkien ma' MgCl2
Id-dijagramma skematika tar-reattur tat-tnaqqis Kroll tidher fil-Figura 3.3. Ir-reattur tat-tnaqqis fuq ix-xellug huwa akkoppjat mad-distillatur tal-vakwu fuq il-lemin. Ir-reazzjoni tat-tnaqqis ġiet studjata għall-ewwel darba minn Kroll fl-aħħar tas-snin tletin, u l-proċess tat-tnaqqis ta 'TiCl4 b'Mg għadu jissejjaħ il-proċess Kroll. It-titanju tal-metall tal-prodott finali mnaqqas bil-formula ta 'reazzjoni ta' hawn fuq innifsu huwa pjuttost pur, iżda titanju tal-metall pur se jitħallat ma 'MgCl2. Bil-progress tal-proċess ta 'tnaqqis Kroll, ħafna mill-MgCl2 jitneħħa kontinwament, iżda hemm Ċerti ammonti residwi, it-tneħħija tagħhom se tiġi diskussa fl-istadju sussegwenti ta' purifikazzjoni tal-metall tat-titanju.
Peress li r-reazzjoni ta 'tnaqqis hija reazzjoni eżotermika, ir-rata taż-żieda ta' TiCl4 mar-reattur li fih Mg għandha tkun taħt temperatura kontrollabbli, li hija meħtieġa biex tevita l-formazzjoni ta 'reaġenti solidi densi u tfixkel il-volatilizzazzjoni ta' prodotti oħra. Il-prodott ta 'din ir-reazzjoni huwa taħlita ta' titanju metalliku u MgCl2, imsejħa "blokka ta 'titanju sponża", li hija l-prodott tal-proċess Kroll.
Sa mill-1910, Hunter ikkonferma li TiCl4 jista 'jitnaqqas b'Na imdewweb, u dan il-metodu ta' preparazzjoni tat-titanju sponża jissejjaħ il-metodu Hunter. Bejn l-1960 u l-1995, ammont kbir ta 'titanju sponża ġie prodott bl-użu ta' dan il-metodu. Fil-preżent, m'hemm l-ebda fabbriki għall-produzzjoni fuq skala kbira ta 'sponża tat-titanju bl-użu ta' dan il-metodu, prinċipalment minħabba li l-użu tal-manjeżju bħala aġent li jnaqqas huwa aktar attraenti mill-użu tas-sodju mil-lat ekonomiku.
Il-pass li jmiss fil-proċess tal-produzzjoni huwa l-purifikazzjoni tat-titanju metalliku, jiġifieri, it-tneħħija ta 'MgCl2 residwu mill-blokka tat-titanju sponża. L-MgCl2 jista' jiġi sseparat b'wieħed mill-metodi li ġejjin: lissija bl-aċidu, tindif ta' gass inert jew distillazzjoni fil-vakwu. L-ewwel metodu jisfrutta s-solubilità preferenzjali ta 'MgCl2 f'soluzzjonijiet aċidużi, u MgCl2 jista' jitneħħa mill-isponża tat-titanju frammentata b'metodu ta 'lissija ta' separazzjoni li m'għadux użat ħafna. Metodi oħra għandhom il-vantaġġ li jneħħu MgCl direttament fir-reattur Kroll. Dawn il-metodi jieħdu vantaġġ mill-pressjoni għolja tal-fwar ta 'MgCl biex ineħħu selettivament MgCl permezz ta' evaporazzjoni segwita minn kondensazzjoni biex jirkupraw Mg u Cl minn titanju sponża, u r-regola tal-gass inert hija li tuża argon bħala trasportatur biex tittrasporta fwar MgCl2.
Il-Figura 3.3 hija dijagramma skematika tal-proċess tad-distillazzjoni fil-vakwu (VDP). F'dan il-proċess, il-blokka tat-titanju sponża tissaħħan taħt vakwu fir-reattur Kroll fuq ix-xellug. F'dan iż-żmien, MgCl2 volatili u metall żejjed Mg huma kkawżati minn pressjoni tal-fwar u huma kkondensati f'bastiment ieħor (ara bastiment tal-lemin fil-Figura 3.3) li, wara żieda friska ta 'Mg, iservi bħala r-reattur Kroll għall-perjodu ta' tnaqqis li jmiss, filwaqt li The kontenitur bil-blokka sponża tat-titanju fuq ix-xellug fil-Figura 3.3 huwa sostitwit b'tank vojt, li huwa proċess semi-kontinwu b'vantaġġi ekonomiċi. Fost it-tliet proċessi ta 'purifikazzjoni tal-isponża tat-titanju, il-blokka tal-isponża tat-titanju ttrattata bi proċess ta' distillazzjoni bil-vakwu (VDP) għandha l-inqas kontenut ta 'sustanzi volatili. Minħabba t-trasferiment tal-massa fir-reattur taħt proċess ta 'distillazzjoni fil-vakwu (VDP) f'temperatura għolja (700 ~ 850 grad), jiġifieri, sponża tat-titanju tabilħaqq se tassorbi ammont żgħir ta' Fe u Ni mir-reattur tal-istainless steel. Fost superligi, Ni speċjalment Mhux mixtieqa minħabba li l-kontenut ta 'Ni 'l fuq mil-limitu inaqqas is-saħħa tal-creep tiegħu, li huwa veru wkoll fis-sinterizzazzjoni ta' blokki ta 'titanju sponża.
Fiż-żewġ proċessi (purge tal-gass inert u VDP), Mg u Cl2 jiġu rkuprati u riċiklati. Fil-preżent, il-produzzjoni ta 'sponża tat-titanju bit-tnaqqis ta' Mg bażikament kisbet produzzjoni ta 'ċirku magħluq tal-lott, iżda huwa meħtieġ li "ħallat" ammont xieraq ta' Mg u Cl2 bejn il-lottijiet.
L-aħħar pass fil-proċess tal-produzzjoni huwa t-tgħaffiġ u l-gradazzjoni tal-isponża tat-titanju. Wara li tneħħi l-Mg u l-MgCl2 żejjed, l-isponża tat-titanju bl-ingrossa nkissret f'titanju metalliku granulari. Wara t-tgħaffiġ u l-klassifikazzjoni, il-gradi oħxon ta 'sponża tat-titanju huma mqaxxrin biex ikomplu jnaqqsu d-daqs tagħhom. L-operazzjonijiet ta 'tgħaffiġ u shearing jitwettqu fl-arja, iżda għandha tingħata attenzjoni minħabba li t-titanju huwa sustanza piroforika potenzjali, u kwalunkwe sors ta' tqabbid li jseħħ matul l-operazzjoni jipproduċi żoni b'ħafna nitroġenu u jikkontamina l-isponża tat-titanju, li jirriżulta f'tidwib sussegwenti. difetti. It-temperatura operattiva ogħla tal-proċess VDP tagħmilha diffiċli biex tissegmenta l-blokka tal-isponża tat-titanju. Sakemm ma jkunx hemm talba speċjali, il-manifatturi tat-titanju sponża mhux se jsegwu l-produzzjoni ta 'prodotti b'daqs medju attwali tal-partiċelli ta' inqas minn 3 ~ 5cm, li mhux biss jelimina l-ispiża tal-operazzjoni ta 'aktar tgħaffiġ u shearing, iżda wkoll jevita r-riskju ta' nar fl-isponża titanju matul dawn l-operazzjonijiet. . Id-daqs tal-partiċelli tal-isponża tat-titanju mixtieq jew speċifiku jiddependi fuq il-prodott finali li jrid jiġi prodott. Gradi ta 'qamħ oħxon (sa 2.5 ċm) ta' sponża tat-titanju jistgħu jintużaw biex jipproduċu titanju kummerċjalment pur (titanju CP) u l-biċċa l-kbira tal-gradi standard ta 'ligi tat-titanju. F'oqsma ta 'prestazzjoni għolja, bħal xfafar tal-magni tal-inġenji tal-ajru, huwa meħtieġ daqs tal-partiċelli iżgħar (massimu 1cm) ta' sponża tat-titanju, li huwa prinċipalment ibbażat fuq il-konsiderazzjoni ta 'difetti ta' stabbiltà tal-vojt fl-applikazzjoni ta 'materjali ta' grad tax-xafra. Id-daqs tal-partiċelli ta 'tali titanju sponża huwa bħal Kif muri fil-Figura 3.4.
Għall-proċess ta 'produzzjoni ta' metalli oħra tat-titanju, ir-riċerka saret għal ħafna snin, u l-biċċa l-kbira tar-riċerki huma ddedikati biex inaqqsu l-ispiża tal-produzzjoni tat-titanju sponża, iżda ġeneralment ma rnexxilhomx. Il-produzzjoni elettrolitika (imsejħa wkoll electrowinning) tat-titanju hija eżempju attraenti, u Dow-Howmet bena b'suċċess impjant ta 'dimostrazzjoni fuq skala pilota fl-Istati Uniti bejn l-1975 u l-1985 [3.3 ], Minħabba t-tnaqqis fis-suq tat-titanju f'dak iż-żmien, produzzjoni fuq skala kbira ma setgħetx titwettaq. Għalhekk, jista 'jingħad li, fil-fatt, sistema li hija affidabbli biżżejjed biex twettaq tnaqqis elettrolitiku fuq skala kbira ma ġietx realizzata, u l-problema li għandha tiġi vverifikata hija li tissiġilla t-tnaqqis elettrolitiku kbir. Il-kapaċità taċ-ċellula li żżomm ambjent operattiv nadif u stabbiltà fit-tul tal-elettrodu.
Barra minn hekk, sforzi riċenti biex jiġi prodott titanju ta 'purità għolja permezz ta' elettroraffinar kellhom suċċess kbir kemm teknikament kif ukoll ekonomikament. Ir-raffinar elettrolitiku l-ewwel jinħall it-titanju impur f'elettrolit, u mbagħad jerġa' jiddepożitah bħala titanju ta 'purità għolja. Billi tikkontrolla bir-reqqa l-kundizzjonijiet tad-depożizzjoni u l-purità tal-elettrolit, jista 'jinkiseb prodott ta' purità għolja, u dan il-metall ta 'purità għolja jista' jsir mira ta 'sputtering għall-produzzjoni ta' apparat elettroniku. Il-fattibilità ekonomika tar-raffinar elettrolitiku tat-titanju hija li l-utenti li jużaw materjali tat-titanju ta 'purità għolja jużaw ammont relattivament żgħir ta' dan il-prodott b'valur miżjud għoli, li huwa kompletament differenti mill-applikazzjoni ta 'materjali strutturali f'termini ta' ekonomija.
Fil-preżent, proċess ġdid għall-preparazzjoni tat-titanju sponża qed jiġi studjat fil-fond, li jissejjaħ Electro-Deoxidation (EDO) TM. Il-proċess EDO juża pool imdewweb CaCl2 imdewweb u elettrodu tal-grafita biex jissepara l-ossiġnu minn joni li fihom ossidu tat-titanju permezz ta 'elettroliżi, u b'hekk jikkonverti l-katodu TiO2 ikkumpattat jew sinterizzat f'titanju, u t-titanju tal-metall poruż jiġi preċipitat fuq il-katodu oriġinali wara r-reazzjoni . Fil-prinċipju, jekk il-kontenut ta ' l-ossiġnu ta ' l-element ta ' liga mixtieq huwa mħallat ma ' l-ossiġnu katodu u elettrolitikament imnaqqas b'TiO2, allura dan il-proċess għandu wkoll il-kapaċità li jipprepara sponża tat-titanju pre-alloyed, iżda l-effett miksub minn dan il-proċess huwa limitat ħafna, u il-possibbiltà ta 'produzzjoni fuq skala kbira għad trid tiġi analizzata u ġġustifikata, il-proċess huwa eċċitanti madankollu għal diversi raġunijiet. L-ewwel, jista 'jħejji sponża tat-titanju pre-ligat, li tħalli barra l-passi tal-preparazzjoni ta' l-isponoż tat-titanju, taħlit ta 'elementi ta' liga, kompatt mekkaniku, eċċ., Li kollha huma għall-preparazzjoni ta 'elettrodi tat-tidwib inizjali għat-tidwib ta' ingotti tal-metall, li se ħafna tnaqqas l-ispiża tal-Manifattura; It-tieni, il-proċess għandu l-abbiltà li jżid elementi ta 'liga (bħal W, Cu, eċċ.) Mat-titanju, li huwa diffiċli biex tipprattika għal ingotti tal-metall tradizzjonali, li se jiġu diskussi aktar tard. Il-proċess il-ġdid jiftaħ il-possibbiltà li fl-istess ħin jintgħażlu elementi multipli ta 'liga, li qabel kienet impossibbli li tiġi prevista minħabba l-limitazzjonijiet tat-tidwib. Il-fattibilità teknika tal-proċess EDO ġiet ikkonfermata, iżda ħafna dettalji wara l-iskala, mir-riproduċibbiltà għall-ispejjeż tal-produzzjoni, għadhom jeħtieġu riċerka u analiżi fil-fond. Għalkemm mhuwiex ċar jekk il-proċess EDO hux se jkun disponibbli kummerċjalment fil-futur, huwa msemmi hawn minħabba l-bidliet rivoluzzjonarji tiegħu.
Ikkuntattjana għal aktar informazzjoni. Grazzi
Nicole
Kumpanija: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
Pajjiż: Iċ-Ċina
Żid: Triq Baoti, Jintai, belt Baoji, Shaanxi, iċ-Ċina
Cel: flimkien ma' 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
Websajt: www.jm-titanium.com
