Способ подготовки титанового металлолома

Титан и его сплавы обладают превосходными свойствами, такими как коррозионная стойкость низкой плотности и устойчивость к высоким температурам. Мировая титановая промышленность переживает переход от единой модели с аэрокосмической отраслью в качестве основного рынка к диверсифицированной модели, ориентированной на развитие металлургии, энергетики, транспорта, химической промышленности, биомедицины и других гражданских отраслей. В настоящее время мир может осуществлять промышленное производство титана лишь в нескольких странах, таких как США, Япония, Россия, Китай и другие страны, общий годовой объем производства титана в мире составляет всего несколько десятков тысяч тонн. Но из-за значительной стратегической ценности титана и статуса национальной экономики титан станет расцветом железа и алюминия, после «третьего металла» XXI век станет веком титана.

Современные методы производства титана Современные методы производства титана с использованием метода термического восстановления металла, который относится к использованию восстановителя металла (R) и оксидов или хлоридов металлов (MX) в реакции получения металла М. Уже промышленно развитое производство титана металлургическими методами получения магния метод термического восстановления (метод Кролла) и метод термического восстановления натрия (метод Хантера). Поскольку метод Хантера дороже, чем метод Кролла, единственным методом, который в настоящее время широко используется в промышленности, является метод Кролла, который с момента его разработки в 1948 году подвергался критике из-за его высокой стоимости и низкой эффективности восстановления. Полвека спустя процесс принципиально не изменился, производство по-прежнему прерывистое, производство непрерывное реализовать не удалось.

Метод производства металлического титана новых тенденций в мировой титановой промышленности после десятилетий развития, хотя метод Кролла и метод Хантера имеют ряд улучшений, но они работают с перерывами, небольшие улучшения не могут значительно снизить цену на титан. Поэтому необходимо разработать новый недорогой непрерывный процесс, чтобы фундаментально решить проблему высоких производственных затрат. С этой целью исследователи провели большое количество экспериментов и исследований. Текущие исследования сосредоточены на следующих методах: метод электрохимического восстановления с целью снижения затрат, исследование прямого раскисления металла титана. Некоторые за рубежом используют электрохимические методы для снижения концентрации твердого растворенного кислорода в титане до предела обнаружения (500 ppm), который ниже. Они полагают, что в процессе электрохимического раскисления при электролизе расплавленной соли хлорида кальция образуется раскислитель кальций, а на аноде осаждается О2- в виде СО2 или СО. Этот новый метод высокой очистки используется не только для деоксигенации титана, но и редкоземельных металлов, таких как иттрий и неодим, и позволяет снизить содержание кислорода до 10 частей на миллион.

Электрохимический метод индустриализации экспериментального процесса заключается в следующем: прежде всего порошок диоксида титана методом литья или формования под давлением, спеченный в качестве катода, графит в качестве анода, CaCl2 в качестве расплавленной соли, в графитовом или титановом тигле для электролиза. Прикладываемое напряжение составляет от 2,8 до 3,2 В, что ниже напряжения разложения CaCl2 (от 3,2 до 3,3 В). После определенного времени электролиза катод менял цвет с белого на серый, и под СЭМ наблюдалось превращение 0.25 мкм TiO2 в титановую губку размером 12 мкм. Основной причиной использования хлорида кальция в качестве расплавленной соли является его низкая цена и его растворимость для O2-, что затрудняет окисление осажденного титана; кроме того, CaCl2 нетоксичен и не загрязняет окружающую среду.

По сравнению с электролизом расплавленной соли TiCl4, сырьем, используемым в этом методе, являются оксиды, а не летучие хлориды, поэтому процесс приготовления может быть упрощен, а качество продукции высокое; между валентными ионами титана не будет окислительно-восстановительной реакции; газом анодного осаждения является чистый кислород (инертный анод) или смесь CO и CO2 (графитовый анод), который легко контролируется и не загрязняет окружающую среду.

Этот метод не только способствует протеканию реакции восстановления вблизи катода, но и раскисляет титан, полученный восстановлением. Этот метод сочетает в себе прямое электролитическое восстановление оксидов и электрохимическое дезоксигенирование, что является новым методом получения титана и стал наиболее заметным методом в процессе экстракции титана. По данным статьи, опубликованной в британском журнале Nature в 2000, предполагается, что использование этого метода снижает себестоимость производства титановой губки примерно на 13,000 долларов США за тонну. , а текущий общий мировой объем производства от 50,000 до 60 000 тонн позволит сэкономить 770 миллионов долларов США в год на производственных затратах, если переключиться на производство этим электрохимическим методом.

Метод Армстронга Amstrong et al. усовершенствовать метод Хантера, сделав его непрерывным производственным процессом. Процесс заключается в следующем: газ TiCl4 сначала впрыскивается в избыток расплавленного натрия, который действует как охлаждающий агент для восстановления продукта и подачи его в процесс разделения. Удалите натрий и соль, чтобы получить титановый порошок. Содержание кислорода в продукте составляет всего 0,2%, что соответствует стандарту вторичного титана. Небольшое усовершенствование процесса позволяет получать сплавы VTi, AlTi. По сравнению с методом Хантера этот метод имеет преимущества непрерывного производства, низких инвестиций, широкого спектра применения продуктов, а побочные продукты, разложившиеся на натрий и хлор, могут быть переработаны.

Метод электролитического восстановления TiCl4. С точки зрения электролитического процесса использование электролитического метода TiCl4 превосходит методы Кролла и Хантера. Поэтому с самого начала разработки метода термического восстановления Кролла возникла идея преобразования процесса выплавки титана в электролитический метод.

Метод электролитического восстановления TiCl4 - единственный, который когда-то считался возможной заменой процесса Кролла. В США, бывшем Советском Союзе, Японии, Франции, Италии, Китае и т. д. были проведены долгосрочные и глубокие исследования. глубокие исследования по этому поводу. Метод электролитического восстановления TiCl4 технически необходим для перевода TiCl4 в низковалентный хлорид титана и растворения его в расплаве, при этом необходимо отделить катодную область от анодной и сделать электролизер герметизированным. .

Итальянцы работали над электролизом TiCl4, они проанализировали данные электролиза хлорирования и обнаружили, что при температуре выше 900 градусов в электролите нет ни Ti2+, ни Ti3+, а есть только Ti. 4+ и Ти. Установленный на этой основе процесс электролиза заключается в следующем: газ TiCl4 впрыскивается в многослойный электролит и абсорбируется. Этот многофазный слой состоит из ионов калия, кальция, титана, хлора и фтора, а также калия и кальция и отделяет титановый катод от графитового анода. Жидкий титан, образующийся в самом нижнем слое, опускается на дно ванны в медный тигель с водяным охлаждением с образованием слитков. Однако чистота титана, полученного этим методом, невысока, а эффективность низкая.

Перспективы имеют превосходные показатели и богатые ресурсы титана со второй половины 20-го века как идеальный материал для внимания, но до сих пор не было редких металлов, годовое производство титана в мире составляет всего лишь десятки тысяч тонн. Поскольку метод Кролла заключается в восстановлении тетрахлорида титана металлическим магнием с получением губчатого металлического титана, в сочетании с длительным процессом, повторением нескольких процессов и другими факторами, что приводит к высокой стоимости губчатого титана, что влияет на применение титана в различных отраслях промышленности. так что он еще не популяризирован для использования во многих областях применения. Однако мы считаем, что с развитием науки и техники, разработкой новых процессов производства металлического титана, снижением себестоимости производства, расширением масштабов производства 21-й век действительно станет веком титана.