Maankuoressa on runsaasti titaania, ja Kiina on maailman ensimmäisellä sijalla titaanivaroilla mitattuna, ja todistettujen varojen osuus on noin 38,8 % maailman kokonaisvarannoista. Nämä resurssit on jaettu yli 100 kaivosalueelle yli 20 maakunnassa ja alueella, pääasiassa Kiinan lounais-, keski-etelä- ja pohjoisosissa. Erityisesti Panxin alueen vanadiini-titaanimagnetiittiesiintymät ovat maailmanlaajuisesti tunnettuja merkittävistä varannoistaan, jotka muodostavat 92 % Kiinan titaanivaroista, mikä tarjoaa vankan perustan maan titaaniteollisuudelle. Nykyiselle titaanin tuotantoprosessille on kuitenkin ominaista pitkät prosessisyklit, korkea energiankulutus ja vakava saastuminen, mikä johtaa korkeisiin hintoihin ja rajoittaa sen laajaa käyttöä. Tästä johtuen uusien edullisien titaanin tuotantomenetelmien kehittäminen on ensiarvoisen tärkeää Kiinan siirtymisen nopeuttamiseksi suuresta titaanin resurssimaasta titaanin tuotannon voimalaitokseksi.
Perinteinen titaanimetallurginen prosessi
Perinteinen titaanin sulatusprosessi, joka tunnetaan nimellä "Kroll-prosessi", sisältää titaanitetrakloridin (TiCl4) pelkistyksen metallisen natriumin tai magnesiumin kanssa metallisen titaanin saamiseksi. Koska titaania tuotetaan sulamispisteensä alapuolella, se on sienimäisessä muodossa, mistä johtuu nimi "sienititaani". Kroll-prosessi koostuu kolmesta päävaiheesta: titaanipitoisten materiaalien valmistus, TiCl4:n valmistus sekä pelkistys ja tislaus sienititaaniksi.
Uudet titaanimetallurgiset prosessit
Metallisen titaanin tuotantokustannusten alentamiseksi tutkijat ovat tutkineet lukuisia uusia uuttomenetelmiä, mukaan lukien TiCl4-elektrolyysi, ITP (Armstrong) -prosessi, FFC-prosessi, OS-prosessi, esipelkistysprosessi (PRP), QT-prosessi, MER-prosessi ja USTB-prosessi. .
TiCl4-elektrolyysi titaanin tuotantoon
Titaanioksidit ja titaanikloridit voivat toimia raaka-aineina teolliseen titaanin tuotantoon. Kuitenkin vain titaanikloridia on käytetty titaanimetallituotannon esiasteena, koska se pystyy poistamaan tehokkaasti hapen ja hiilen epäpuhtauksia. Nykyinen tutkimus keskittyy TiCl4:n valmistukseen ja puhdistamiseen, ja tutkitaan menetelmiä, kuten natriumin lämpöpelkistys, happipelkistys, vetypelkistys ja suora elektrolyysi.
Armstrong/ITP (International Titanium Powder) -prosessi
Chicagossa, Yhdysvalloissa, vuonna 1997 perustettu ITP käyttää kaasumaista natriumia TiCl4:n pelkistämiseen, mikä mahdollistaa titaanijauheen jatkuvan tuotannon. Tässä menetelmässä TiCl4-höyryä ruiskutetaan natriumkaasuvirtaan, jolloin syntyy titaanijauhetta ja NaCl:a, jotka sitten erotetaan tislaamalla, suodattamalla ja pesemällä. Prosessilla on korkea tuotteen puhtaus ja ympäristöystävällisyys, mutta haasteita on edelleen tuotantokustannusten vähentämisessä ja tuotteiden laadun parantamisessa.
FFC-prosessi (Cambridge-prosessi)
Professori DJ Fray ja hänen Cambridgen yliopiston työtoverinsa ehdottivat vuonna 2000, että FFC-prosessi sisältää kiinteän titaanioksidin elektrolysoinnin katodina, grafiittia anodina ja maa-alkalimetallikloridisulaa elektrolyyttinä. Tämä menetelmä on ympäristöystävällinen, ja sen tuotantosykli on lyhyt, mutta se kohtaa haasteita, kuten tuotteen korkea happipitoisuus ja prosessin epäjatkuvuus.
OS-prosessi
Tämä prosessi, jonka One ja Suzuki ovat kehittäneet Japanissa, käyttää elektrolyyttisesti saatua kalsiumia pelkistämään TiO2:n metalliksi titaaniksi. Prosessi tapahtuu Ca/CaO/CaCl2-sulassa titaanioksidijauheen ollessa sijoitettuna katodikoriin. Menetelmä lupaa merkittäviä kustannussäästöjä, mutta tuottaa titaanimetallia, jonka happipitoisuus on suhteellisen korkea.
PRP-prosessi
Japanilaisten tutkijoiden ehdottama menetelmä sekoittaa TiO2:ta sulatteiden, kuten CaO:n tai CaCl2:n, kanssa, muotoilee seoksen, sintraa sen ja altistaa sen kalsiumhöyrylle korkeissa lämpötiloissa titaanijauheen tuottamiseksi. Tuloksena oleva jauhe voi saavuttaa 99 %:n puhtauden, kun happipitoisuus on pienempi.
QiT-prosessi
Quebec Iron and Titanium Inc:n kehittämä prosessi sisältää titaanikuonan elektrolysoinnin sulassa suolaympäristössä titaanimetallin tuottamiseksi. Prosessi voidaan suorittaa yhdessä tai kahdessa vaiheessa, riippuen kuonan titaanipitoisuudesta ja epäpuhtauspitoisuudesta.
MER-prosessi
MER Corporationin kehittämä prosessi käyttää TiO2:ta tai rutiilia anodina ja kloridiseosta elektrolyyttinä. Anodi emittoi seoksen CO- ja CO2-kaasuja elektrolyysin aikana, kun taas titaani-ionit pelkistyvät metalliksi titaaniksi katodissa.
USTB-prosessi
Vuonna 2005 professori Zhu Hongmin ja hänen tiiminsä Pekingin tiede- ja teknologiayliopistossa ehdottivat uutta menetelmää sienititaanin uuttamiseksi sulan suolan elektrolyysillä – TiO·mTC-anodin, TiO2:n ja TiC:n liukoisen kiinteän liuoksen elektrolyysillä. tuottaa puhdasta titaania.
Tämä menetelmä sisältää hiili- ja titaanidioksidin tai titaanikarbidin ja titaanidioksidijauheiden sekoittamisen stoikiometrisissä suhteissa, niiden puristamisen muotoon ja sitten tietyissä olosuhteissa metallinjohtavuuden omaavan TiO·mTC-anodin muodostamisen. Käyttämällä sulaa alkalimetalli- tai maa-alkalimetallihalogenidien suolaa elektrolyyttinä, elektrolyysi suoritetaan tietyssä lämpötilassa. Tämän prosessin aikana titaani liukenee sulaan suolaan vähäarvoisten ionien muodossa ja laskeutuu katodille, kun taas anodin sisältämä hiili ja happi muodostavat kaasumaisia hiilioksideja (CO, CO2) tai happea (O2), jotka vapautuvat. . Tällä menetelmällä voidaan tuottaa erittäin puhdasta titaanimetallijauhetta, jonka happipitoisuus on alle 300 × 10-6, joka täyttää kansalliset ensimmäisen luokan standardit ja saavuttaa jopa 89 % katodivirran hyötysuhteen.
Tämän menetelmän merkittäviä etuja ovat kyky suorittaa elektrolyysiprosessi jatkuvasti ilman anodilimaa, prosessin yksinkertaisuus, alhaiset kustannukset ja ympäristöystävällisyys.
Metallisen titaanin louhinta on merkittävä tutkimusalue metallurgiassa, ja sulan suolan elektrolyysiprosessia pidetään lupaavimpana vaihtoehdona Kroll-prosessille titaanimetallurgiassa. Ottaen huomioon titaanivarojen suuret varat ja kriittisen merkityksen, vanadiferisen titanomagnetiitin kokonaisvaltainen hyödyntäminen on erittäin tärkeää. Kun tarkastellaan titaanin uuttoprosessien nykyistä tutkimus- ja kehitystyötä, TiCl4:a esiasteina käyttävillä prosesseilla on yleensä vaikeuksia vähentää kustannuksia, kun taas metallisen titaanin suora valmistus TiO2:sta ansaitsee lisätutkimuksen. Jos tekniset ongelmat voidaan ratkaista, teollisen mittakaavan soveltaminen voi olla mahdollista.
