Metodu ta 'preparazzjoni ta' metall skreppjat tat-titanju

It-titanju u l-ligi tiegħu għandhom proprjetajiet eċċellenti bħal reżistenza għall-korrużjoni ta 'densità baxxa u reżistenza għat-temperatura għolja. L-industrija dinjija tat-titanju qed tesperjenza t-tranżizzjoni minn mudell wieħed bl-ajruspazju bħala s-suq ewlieni għal mudell diversifikat li jiffoka fuq l-iżvilupp tal-metallurġija, enerġija, trasport, industrija kimika, bijomediċina u oqsma ċivili oħra. Fil-preżent, id-dinja tista 'twettaq produzzjoni industrijalizzata tat-titanju fi ftit pajjiżi biss bħall-Istati Uniti, il-Ġappun, ir-Russja, iċ-Ċina u pajjiżi oħra, il-produzzjoni annwali totali tad-dinja tat-titanju hija biss ftit għexieren ta' eluf ta 'tunnellati. Iżda minħabba l-valur strateġiku sinifikanti tat-titanju u l-istatus tal-ekonomija nazzjonali, it-titanju se jsir iż-żieda tal-ħadid, l-aluminju, wara t-"tielet metall", is-seklu 21 se jkun is-seklu tat-titanju.

Metodi kurrenti ta 'produzzjoni tat-titanju produzzjoni kurrenti tat-titanju bl-użu ta' metodu ta 'tnaqqis termali tal-metall, li jirreferi għall-użu ta' reductant tal-metall (R) u ossidi tal-metall jew kloruri (MX) tar-reazzjoni biex jippreparaw metall M. Diġà produzzjoni industrijalizzata ta 'metodi metallurġiċi tat-titanju għall-manjeżju metodu ta 'tnaqqis termali (metodu Kroll) u metodu ta' tnaqqis termali tas-sodju (metodu Hunter). Minħabba li l-metodu Hunter jiswa aktar mill-metodu Kroll, l-uniku metodu li bħalissa huwa użat ħafna fl-industrija huwa l-metodu Kroll, li ġie kkritikat mill-iżvilupp tiegħu fl-1948 għall-ispiża għolja u l-effiċjenza ta 'tnaqqis baxxa tiegħu. Nofs seklu wara, il-proċess ma nbidilx b'mod fundamentali, għadu produzzjoni intermittenti, naqas milli jirrealizza l-produzzjoni ta 'kontinwu.

Metodu ta 'produzzjoni tal-metall tat-titanju ta' xejriet ġodda fl-industrija tat-titanju dinjija wara għexieren ta 'snin ta' żvilupp, għalkemm il-metodu Kroll u l-metodu Hunter għal serje ta 'titjib, iżda huma operazzjoni intermittenti, titjib żgħir ma jistax inaqqsu b'mod sinifikanti l-prezz tat-titanju. Għalhekk, għandu jiġi żviluppat proċess kontinwu ġdid bi prezz baxx sabiex issolvi b'mod fundamentali l-problema ta 'spejjeż għoljin ta' produzzjoni. Għal dan il-għan, ir-riċerkaturi wettqu numru kbir ta 'esperimenti u studji. Ir-riċerka attwali tiffoka fuq il-metodi li ġejjin: metodu ta 'tnaqqis elettrokimiku sabiex jitnaqqsu l-ispejjeż, nies ta' riċerka ta 'deossidazzjoni diretta tal-metall tat-titanju. Xi nies barra mill-pajjiż jużaw metodi elettrokimiċi biex inaqqsu l-konċentrazzjoni ta 'ossiġnu solidu maħlul fit-titanju sal-limitu ta' skoperta (500 ppm) hawn taħt. Huma jemmnu li fil-proċess ta 'deossidazzjoni elettrokimika, il-kalċju deoxidizer huwa prodott fl-elettroliżi tal-melħ imdewweb tal-klorur tal-kalċju, u O2- huwa preċipitat fil-forma ta' CO2 jew CO fl-anodu. Dan il-metodu ġdid ta 'purifikazzjoni għolja jintuża mhux biss għad-deossiġenazzjoni tat-titanju, iżda wkoll għal metalli rari ta' l-art bħal ittriju u neodimju, u jista 'jnaqqas il-kontenut ta' ossiġnu għal 10 ppm.

Metodu elettrokimiku tal-industrijalizzazzjoni tal-proċess sperimentali huwa: l-ewwelnett, it-trab tad-dijossidu tat-titanju b'ikkastjar jew iffurmar bil-pressjoni, sinterizzat għall-katodu, grafita bħala l-anodu, CaCl2 bħala l-melħ imdewweb, fil-griġjol tal-grafita jew tat-titanju għall-elettroliżi. Il-vultaġġ applikat huwa 2.8V sa 3.2V, li huwa inqas mill-vultaġġ ta 'dekompożizzjoni ta' CaCl2 (3.2V sa 3.3V). Wara ċertu żmien ta 'elettroliżi, il-katodu nbidel minn abjad għal griż, u t-trasformazzjoni ta' 0.25 μm TiO2 għal 12 μm sponża tat-titanju ġiet osservata taħt SEM. Ir-raġuni ewlenija għall-użu tal-klorur tal-kalċju bħala l-melħ imdewweb huwa l-prezz baxx tiegħu u s-solubilità tiegħu għal O2-, li jagħmel it-titanju preċipitat mhux faċli li jiġi ossidizzat; barra minn hekk, CaCl2 mhuwiex tossiku u ma jniġġesx l-ambjent.

Meta mqabbel mal-elettroliżi tal-melħ imdewweb TiCl4, il-materja prima użata f'dan il-metodu huma ossidi aktar milli kloruri volatili, għalhekk il-proċess ta 'preparazzjoni jista' jiġi ssimplifikat, u l-kwalità tal-prodotti hija għolja; ma jkun hemm l-ebda reazzjoni redox bejn il-joni tal-valenza tat-titanju; il-gass tal-preċipitazzjoni ta 'l-anodu huwa ossiġnu pur (anodu inert) jew taħlita ta' CO u CO2 (anodu tal-grafita), li huwa faċilment kontrollabbli u li ma jniġġesx.

Dan il-metodu mhux biss jippromwovi r-reazzjoni tat-tnaqqis ħdejn il-katodu, iżda wkoll jiddeossida t-titanju miksub bit-tnaqqis. Dan il-metodu jgħaqqad it-tnaqqis elettrolitiku dirett ta 'ossidi u deossiġenazzjoni elettrokimika, li huwa metodu ġdid ta' preparazzjoni tat-titanju, u sar l-aktar metodu notevoli fil-proċess ta 'estrazzjoni tat-titanju. Skont id-dejta tal-karta ppubblikata fil-ġurnal Ingliż Nature fi 2000, huwa stmat li l-użu ta’ dan il-metodu jnaqqas l-ispiża tal-produzzjoni tal-isponża tat-titanju b’madwar 13,000 dollaru Amerikan kull tunnellata , u l-produzzjoni globali totali attwali ta '50,000 sa 60,000 tunnellata se tiffranka 770 miljun dollaru Amerikan fis-sena fl-ispejjeż tal-produzzjoni jekk tinbidel għall-produzzjoni ta' dan il-metodu elettrokimiku.

Metodu Armstrong Amstrong et al. biex ittejjeb il-metodu Hunter, li jagħmilha proċess ta 'produzzjoni kontinwu. Il-proċess huwa kif ġej: il-gass TiCl4 jiġi l-ewwel injettat f'eċċess ta 'sodju imdewweb, li jaġixxi bħala aġent li jkessaħ biex inaqqas il-prodott u jġorrha għall-proċess ta' separazzjoni. Neħħi s-sodju u l-melħ biex tikseb it-trab tat-titanju tal-prodott. Il-kontenut tal-ossiġnu fil-prodott huwa baxx daqs 0.2%, u jilħaq l-istandard tat-titanju sekondarju. Titjib żgħir tal-proċess jista 'jipproduċi ligi VTi, AlTi. Meta mqabbel mal-metodu Hunter, dan il-metodu għandu l-vantaġġi ta 'produzzjoni kontinwa, investiment baxx, firxa wiesgħa ta' applikazzjonijiet ta 'prodotti, u l-prodotti sekondarji dekomposti f'sodju u klorin jistgħu jiġu riċiklati.

Metodu ta 'tnaqqis elettrolitiku TiCl4 Mill-perspettiva tal-proċess elettrolitiku, l-użu tal-metodu elettrolitiku TiCl4 huwa superjuri kemm għall-metodi Kroll u Hunter. Għalhekk, mill-bidu tal-iżvilupp tal-metodu ta 'tnaqqis termali ta' Kroll, hemm l-idea li l-proċess tat-tidwib tat-titanju jiġi trasformat f'metodu elettrolitiku.

Il-metodu tat-tnaqqis elettrolitiku TiCl4 huwa l-uniku wieħed li darba kien maħsub li jkun sostituzzjoni possibbli għall-proċess Kroll, l-Istati Uniti, l-ex Unjoni Sovjetika, il-Ġappun, Franza, l-Italja, iċ-Ċina u l-bqija wettqu fit-tul u in- riċerka fil-fond dwarha. Il-metodu ta 'tnaqqis elettrolitiku TiCl4 huwa teknikament meħtieġ biex jikkonverti TiCl4 f'klorur ta' titanju b'valenti baxx u dewweb fit-tidwib, u fl-istess ħin, huwa meħtieġ li tissepara ż-żona tal-katodu miż-żona tal-anodu u tagħmel it-tank elettrolitiku issiġillat .

In-nies Taljani ilhom jaħdmu fuq l-elettroliżi TiCl4, analizzaw id-dejta tal-elettroliżi tal-klorinazzjoni u sabu li meta t-temperatura tkun 'il fuq minn 900 grad, m'hemm l-ebda Ti2+ jew Ti3+ fl-elettrolit, iżda Ti biss 4+ u Ti. Il-proċess ta 'elettroliżi stabbilit fuq din il-bażi huwa kif ġej: Il-gass TiCl4 jiġi injettat f'elettrolit b'ħafna saffi u assorbit. Dan is-saff b'ħafna fażijiet jikkonsisti minn joni tal-potassju, kalċju, titanju, klorin u fluworin kif ukoll potassju u kalċju, u jifred il-katodu tat-titanju mill-anodu tal-grafita. It-titanju likwidu ġġenerat fl-aktar saff baxx jinżel fil-qiegħ tal-banju fi griġjol tar-ram bl-ilma li jkessaħ biex jiffurmaw ingotti. Madankollu, il-purità tat-titanju miksub b'dan il-metodu mhix għolja u l-effiċjenza hija baxxa.

Outlook għandu prestazzjoni superjuri u riżorsi abbundanti ta 'titanju mit-tieni nofs tas-seklu 20 bħala attenzjoni materjali ideali, iżda s'issa ma ġewx mill-metalli rari barra mill-produzzjoni annwali tad-dinja tat-titanju hija biss għexieren ta' eluf ta 'tunnellati. Minħabba li l-metodu Kroll huwa li tnaqqas it-tetraklorur tat-titanju b'metall tal-manjeżju biex tikseb metall tat-titanju sponża, flimkien mal-proċess twil, l-iterazzjoni ta 'proċessi multipli u fatturi oħra, li jirriżultaw fi spiża għolja ta' sponża tat-titanju, li jaffettwaw l-applikazzjoni tat-titanju f'diversi industriji, sabiex tkun għadha ma ġietx popolarizzata għall-użu f'ħafna oqsma ta 'applikazzjoni. Madankollu, aħna nemmnu li bl-iżvilupp tax-xjenza u t-teknoloġija, l-iżvilupp tal-proċess ta 'produzzjoni ġdid tal-metall tat-titanju, it-tnaqqis tal-ispiża tal-produzzjoni, l-espansjoni tal-iskala tal-produzzjoni, is-seklu 21 se jsir tassew is-seklu tat-titanju.