Titán je v zemskej kôre zastúpený a Čína je na prvom mieste v celosvetovom meradle, pokiaľ ide o zdroje titánu, pričom overené zásoby predstavujú približne 38,8 % z celkového počtu svetových zásob. Tieto zdroje sú distribuované vo viac ako 100 banských oblastiach vo viac ako 20 provinciách a regiónoch, primárne sústredených v juhozápadných, stredo-južných a severných oblastiach Číny. Najmä ložiská vanádium-titánového magnetitu v regióne Panxi sú celosvetovo známe pre svoje značné zásoby, ktoré predstavujú 92 % čínskych zdrojov titánu a poskytujú pevný základ pre titánový priemysel v krajine. Súčasný výrobný proces titánu sa však vyznačuje dlhými procesnými cyklami, vysokou spotrebou energie a silným znečistením, čo vedie k vysokým cenám a obmedzuje jeho široké použitie. V dôsledku toho je vývoj nových lacných metód výroby titánu mimoriadne dôležitý pre urýchlenie prechodu Číny z krajiny s hlavnými zdrojmi titánu na veľmoc na výrobu titánu.
Tradičný titánový metalurgický proces
Tradičný proces tavenia titánu, známy ako "Krollov proces", zahŕňa redukciu chloridu titaničitého (TiCl4) kovovým sodíkom alebo horčíkom na získanie kovového titánu. Keďže sa titán vyrába pod bodom topenia, existuje vo forme podobnej špongii, preto sa nazýva titánová špongia. Proces Kroll pozostáva z troch hlavných etáp: príprava materiálov bohatých na titán, výroba TiCl4 a redukcia a destilácia na výrobu hubovitého titánu.
Nové titánové metalurgické procesy
Na zníženie výrobných nákladov kovového titánu výskumníci preskúmali množstvo nových metód extrakcie, vrátane elektrolýzy TiCl4, procesu ITP (Armstrong), procesu FFC, procesu OS, procesu predredukcie (PRP), procesu QT, procesu MER a procesu USTB. .
Elektrolýza TiCl4 na výrobu titánu
Oxidy titánu a chloridy titánu môžu slúžiť ako suroviny na priemyselnú výrobu titánu. Ako prekurzor na výrobu kovového titánu sa však používal iba chlorid titaničitý, a to vďaka jeho schopnosti účinne odstraňovať kyslík a uhlíkové nečistoty. Súčasný výskum sa zameriava na prípravu a čistenie TiCl4, pričom sa skúmajú metódy ako tepelná redukcia sodíka, redukcia kyslíka, redukcia vodíka a priama elektrolýza.
Armstrong/ITP (International Titanium Powder) proces
ITP, založená v roku 1997, so sídlom v Chicagu, USA, využíva plynný sodík na redukciu TiCl4, čo umožňuje kontinuálnu výrobu titánového prášku. Táto metóda zahŕňa vstrekovanie pár TiCl4 do prúdu plynného sodíka, čím sa vytvorí titánový prášok a NaCl, ktoré sa následne oddelia destiláciou, filtráciou a premývaním. Proces sa môže pochváliť vysokou čistotou produktu a šetrnosťou k životnému prostrediu, no výzvy zostávajú v znižovaní výrobných nákladov a zlepšovaní kvality produktu.
FFC proces (Cambridgeský proces)
Proces FFC, ktorý v roku 2000 navrhol profesor DJ Fray a jeho spolupracovníci z University of Cambridge, zahŕňa elektrolýzu pevného oxidu titánu ako katódy, grafitu ako anódy a taveniny chloridu kovu alkalických zemín ako elektrolytu. Táto metóda je šetrná k životnému prostrediu, s krátkym výrobným cyklom, ale čelí výzvam, ako je vysoký obsah kyslíka v produkte a diskontinuita procesu.
Proces OS
Tento proces, vyvinutý spoločnosťami One a Suzuki v Japonsku, využíva elektrolyticky získaný vápnik na redukciu TiO2 na kovový titán. Proces prebieha v tavenine Ca/CaO/CaCl2, pričom prášok oxidu titaničitého je umiestnený v katódovom koši. Metóda sľubuje výrazné zníženie nákladov, ale produkuje titánový kov s relatívne vysokým obsahom kyslíka.
Proces PRP
Táto metóda navrhnutá japonskými vedcami zmiešava TiO2 s tavidlami ako CaO alebo CaCl2, tvaruje zmes, speká ju a vystavuje ju vápenatým výparom pri vysokých teplotách, čím vzniká titánový prášok. Výsledný prášok môže dosiahnuť čistotu 99 % so zníženým obsahom kyslíka.
Proces QiT
Tento proces, vyvinutý spoločnosťami Quebec Iron and Titanium Inc., zahŕňa elektrolýzu titánovej trosky v prostredí roztavenej soli na výrobu kovového titánu. Proces sa môže uskutočniť v jednom alebo dvoch krokoch v závislosti od obsahu titánu a úrovne nečistôt v troske.
Proces MER
Tento proces, vyvinutý spoločnosťou MER Corporation, využíva Ti02 alebo rutil ako anódu a zmes chloridov ako elektrolyt. Anóda emituje počas elektrolýzy zmes plynov CO a CO2, zatiaľ čo titánové ióny sa na katóde redukujú na kovový titán.
USTB proces
V roku 2005 profesor Zhu Hongmin a jeho tím na Univerzite vedy a technológie v Pekingu navrhli novú metódu extrakcie titánovej huby elektrolýzou roztavenej soli – elektrolýzu anódy TiO·mTC, rozpustného tuhého roztoku TiO2 a TiC. vyrábať čistý titán.
Tento spôsob zahŕňa zmiešanie práškov uhlíka a oxidu titaničitého alebo karbidu titánu a oxidu titaničitého v stechiometrických pomeroch, ich lisovanie do tvaru a potom za určitých podmienok vytvorenie anódy TiO·mTC s kovovou vodivosťou. Použitím roztavenej soli halogenidov alkalických kovov alebo kovov alkalických zemín ako elektrolytu sa elektrolýza uskutočňuje pri špecifickej teplote. Počas tohto procesu sa titán rozpúšťa do roztavenej soli vo forme nízkomocných iónov a ukladá sa na katóde, zatiaľ čo uhlík a kyslík obsiahnutý v anóde tvoria plynné oxidy uhlíka (CO, CO2) alebo kyslík (O2), ktoré sa uvoľňujú. . Táto metóda môže produkovať vysoko čistý titánový kovový prášok s obsahom kyslíka menším ako 300×10-6, ktorý spĺňa národný prvotriedny štandard a dosahuje účinnosť katódového prúdu až 89 %.
Významné výhody tejto metódy zahŕňajú schopnosť nepretržite vykonávať proces elektrolýzy bez vytvárania anódového slizu, jednoduchosť procesu, nízke náklady a šetrnosť k životnému prostrediu.
Extrakcia kovového titánu je významnou oblasťou výskumu v metalurgii a proces elektrolýzy roztavenej soli sa považuje za najsľubnejšiu alternatívu ku Krollovmu procesu pre metalurgiu titánu. Vzhľadom na obrovské zásoby a kritický význam zdrojov titánu má komplexné využitie vanadiferného titanomagnetitu veľký význam. Pri skúmaní súčasného stavu výskumu a vývoja procesov extrakcie titánu procesy využívajúce TiCl4 ako prekurzor vo všeobecnosti čelia ťažkostiam pri znižovaní nákladov, zatiaľ čo priama príprava kovového titánu z TiO2 si zasluhuje ďalší hĺbkový výskum. Ak je možné prekonať technické problémy, môže sa stať uskutočniteľná aplikácia v priemyselnom meradle.
