Titan er rikelig i jordskorpen, og Kina rangerer først globalt når det gjelder titanressurser, med påviste reserver som utgjør omtrent 38,8 % av verdens totale. Disse ressursene er fordelt på mer enn 100 gruveområder i over 20 provinser og regioner, hovedsakelig konsentrert i de sørvestlige, sentral-sørlige og nordlige regionene i Kina. Spesielt er vanadium-titanmagnetittforekomstene i Panxi-regionen verdenskjente for sine betydelige reserver, og står for 92% av Kinas titanressurser, og gir et solid grunnlag for landets titanindustri. Imidlertid er den nåværende produksjonsprosessen av titan preget av lange prosesssykluser, høyt energiforbruk og alvorlig forurensning, noe som fører til høye priser og begrenser den utbredte bruken. Følgelig er utvikling av nye rimelige titanproduksjonsmetoder av største betydning for å akselerere Kinas overgang fra et stort titanressursland til et titanproduksjonskraftverk.
Tradisjonell titanmetallurgisk prosess
Den tradisjonelle titansmelteprosessen, kjent som "Kroll-prosessen," innebærer reduksjon av titantetraklorid (TiCl4) med metallisk natrium eller magnesium for å oppnå metallisk titan. Siden titanet produseres under smeltepunktet, eksisterer det i en svamplignende form, derav navnet "svamptitan." Kroll-prosessen består av tre hovedtrinn: fremstilling av titanrike materialer, produksjon av TiCl4 og reduksjon og destillasjon for å produsere svamptitan.
Nye metallurgiske prosesser i titan
For å redusere produksjonskostnadene for metallisk titan, har forskere utforsket en rekke nye ekstraksjonsmetoder, inkludert TiCl4-elektrolyse, ITP (Armstrong) prosess, FFC prosess, OS prosess, Pre-Reduction Process (PRP), QT prosess, MER prosess og USTB prosess .
TiCl4-elektrolyse for titanproduksjon
Titanoksider og titanklorider kan tjene som råmaterialer for industriell titanproduksjon. Imidlertid har bare titanklorid blitt brukt som forløper for titanmetallproduksjon på grunn av dets evne til effektivt å fjerne oksygen- og karbonurenheter. Nåværende forskning fokuserer på fremstilling og rensing av TiCl4, med metoder som termisk natriumreduksjon, oksygenreduksjon, hydrogenreduksjon og direkte elektrolyse undersøkt.
Armstrong/ITP (International Titanium Powder) prosess
Etablert i 1997, ITP, basert i Chicago, USA, bruker gassformig natrium for å redusere TiCl4, noe som muliggjør kontinuerlig produksjon av titanpulver. Denne metoden innebærer å injisere TiCl4-damp i en strøm av natriumgass, og generere titanpulver og NaCl, som deretter separeres gjennom destillasjon, filtrering og vasking. Prosessen har høy produktrenhet og miljøvennlighet, men det gjenstår utfordringer med å redusere produksjonskostnadene og forbedre produktkvaliteten.
FFC-prosess (Cambridge-prosess)
FFC-prosessen ble foreslått i 2000 av professor DJ Fray og hans samarbeidspartnere ved University of Cambridge, og innebærer elektrolyse av et fast titanoksid som katode, grafitt som anode og en jordalkalimetallkloridsmelte som elektrolytt. Denne metoden er miljøvennlig, med kort produksjonssyklus, men møter utfordringer som høyt oksygeninnhold i produktet og prosessdiskontinuitet.
OS-prosess
Denne prosessen er utviklet av One og Suzuki i Japan, og bruker elektrolytisk oppnådd kalsium for å redusere TiO2 til metallisk titan. Prosessen foregår i en Ca/CaO/CaCl2-smelte, med titanoksidpulver plassert i en katodekurv. Metoden lover betydelige kostnadsreduksjoner, men produserer titanmetall med relativt høyt oksygeninnhold.
PRP-prosess
Foreslått av japanske forskere, blander denne metoden TiO2 med flussmidler som CaO eller CaCl2, former blandingen, sinter den og utsetter den for kalsiumdamp ved høye temperaturer for å produsere titanpulver. Det resulterende pulveret kan oppnå en renhet på 99 % med redusert oksygeninnhold.
QiT-prosess
Utviklet av Quebec Iron and Titanium Inc., involverer denne prosessen elektrolyse av titanslagg i et smeltet saltmiljø for å produsere titanmetall. Prosessen kan utføres i ett eller to trinn, avhengig av titaninnholdet og urenhetsnivåene i slaggen.
MER-prosess
Denne prosessen er utviklet av MER Corporation og bruker TiO2 eller rutil som anode og en kloridblanding som elektrolytt. Anoden avgir en blanding av CO- og CO2-gasser under elektrolyse, mens titanioner reduseres til metallisk titan ved katoden.
USTB-prosess
I 2005 foreslo professor Zhu Hongmin og teamet hans ved University of Science and Technology Beijing en ny metode for utvinning av svamptitan via smeltet saltelektrolyse - elektrolyse av en TiO·mTC-anode, en løselig fast løsning av TiO2 og TiC, for å produsere rent titan.
Denne metoden innebærer å blande karbon og titandioksid eller titankarbid og titandioksidpulver i støkiometriske proporsjoner, presse dem til en form og deretter under visse forhold danne en TiO·mTC-anode med metallisk ledningsevne. Ved å bruke et smeltet salt av alkalimetall- eller jordalkalimetallhalogenider som elektrolytt, utføres elektrolyse ved en bestemt temperatur. Under denne prosessen oppløses titan i det smeltede saltet i form av lavvalente ioner og avleiringer ved katoden, mens karbonet og oksygenet i anoden danner gassformige karbonoksider (CO, CO2) eller oksygen (O2) som frigjøres. . Denne metoden kan produsere titanmetallpulver med høy renhet med oksygeninnhold mindre enn 300×10-6, som oppfyller den nasjonale førsteklasses standarden og oppnår en katodestrømeffektivitet på opptil 89 %.
De bemerkelsesverdige fordelene med denne metoden inkluderer muligheten til kontinuerlig å utføre elektrolyseprosessen uten å generere anodeslim, enkelhet i prosessen, lave kostnader og miljøvennlighet.
Utvinning av metallisk titan er et betydelig forskningsområde innen metallurgi, og elektrolyseprosessen med smeltet salt anses som det mest lovende alternativet til Kroll-prosessen for titanmetallurgi. Gitt de enorme reservene og den kritiske betydningen av titanressurser, er den omfattende utnyttelsen av vanadiferholdig titanomagnetitt av stor betydning. Ved å undersøke den nåværende forsknings- og utviklingsstatusen til titanekstraksjonsprosesser, møter prosesser som bruker TiCl4 som en forløper generelt vanskeligheter med kostnadsreduksjon, mens direkte fremstilling av metallisk titan fra TiO2 fortjener ytterligere dyptgående forskning. Hvis tekniske problemer kan løses, kan bruk i industriell skala bli mulig.
