Método de preparación de chatarra de titanio.

El titanio y sus aleaciones tienen excelentes propiedades, como resistencia a la corrosión de baja densidad y resistencia a altas temperaturas. La industria mundial del titanio está experimentando la transición de un modelo único con el aeroespacial como mercado principal a un modelo diversificado centrado en el desarrollo de la metalurgia, la energía, el transporte, la industria química, la biomedicina y otros campos civiles. En la actualidad, el mundo puede llevar a cabo la producción industrializada de titanio sólo en unos pocos países, como Estados Unidos, Japón, Rusia, China y otros países; la producción anual total de titanio en el mundo es de sólo unas pocas decenas de miles de toneladas. Pero debido al importante valor estratégico del titanio y al estado de la economía nacional, el titanio se convertirá en el auge del hierro y el aluminio; después del "tercer metal", el siglo XXI será el siglo del titanio.

Métodos actuales de producción de titanio Producción actual de titanio utilizando el método de reducción térmica de metal, que se refiere al uso de reductor metálico (R) y óxidos o cloruros metálicos (MX) de la reacción para preparar el metal M. Producción ya industrializada de métodos metalúrgicos de titanio para el magnesio. método de reducción térmica (método de Kroll) y método de reducción térmica del sodio (método de Hunter). Debido a que el método Hunter es más caro que el método Kroll, el único método que actualmente se utiliza ampliamente en la industria es el método Kroll, que ha sido criticado desde su desarrollo en 1948 por su alto costo y baja eficiencia de reducción. Medio siglo después, el proceso no ha cambiado fundamentalmente, sigue siendo una producción intermitente y no se ha logrado realizar una producción continua.

El método de producción de metal de titanio de las nuevas tendencias en la industria mundial del titanio después de décadas de desarrollo, aunque el método Kroll y el método Hunter para una serie de mejoras, pero son operación intermitente, pequeñas mejoras no pueden reducir significativamente el precio del titanio. Por lo tanto, se debe desarrollar un nuevo proceso continuo de bajo costo para resolver fundamentalmente el problema de los altos costos de producción. Para ello, los investigadores han realizado una gran cantidad de experimentos y estudios. La investigación actual se centra en los siguientes métodos: método de reducción electroquímica para reducir costos, investigación de desoxidación directa del metal titanio. Algunas personas en el extranjero utilizan métodos electroquímicos para reducir la concentración de oxígeno sólido disuelto en el titanio al límite de detección (500 ppm) por debajo. Creen que en el proceso de desoxidación electroquímica, el calcio desoxidante se produce en la electrólisis de la sal fundida de cloruro de calcio y el O2- se precipita en forma de CO2 o CO en el ánodo. Este nuevo método de alta purificación se utiliza no sólo para la desoxigenación del titanio, sino también para metales de tierras raras como el itrio y el neodimio, y puede reducir el contenido de oxígeno a 10 ppm.

El método electroquímico de industrialización del proceso experimental es: en primer lugar, el polvo de dióxido de titanio con fundición o moldeo a presión, sinterizado para el cátodo, grafito como ánodo, CaCl2 como sal fundida, en crisol de grafito o titanio para electrólisis. El voltaje aplicado es de 2,8 V a 3,2 V, que es inferior al voltaje de descomposición del CaCl2 (3,2 V a 3,3 V). Después de un cierto tiempo de electrólisis, el cátodo cambió de blanco a gris y se observó en SEM la transformación de 0.25 μm de TiO2 a una esponja de titanio de 12 μm. La razón principal para usar cloruro de calcio como sal fundida es su bajo precio y su solubilidad en O2-, lo que hace que el titanio precipitado no se oxide fácilmente; además, CaCl2 no es tóxico ni contaminante para el medio ambiente.

En comparación con la electrólisis de sales fundidas de TiCl4, las materias primas utilizadas en este método son óxidos en lugar de cloruros volátiles, por lo que el proceso de preparación se puede simplificar y la calidad de los productos es alta; no habrá reacción redox entre los iones de valencia de titanio; el gas de precipitación del ánodo es oxígeno puro (ánodo inerte) o una mezcla de CO y CO2 (ánodo de grafito), fácilmente controlable y no contaminante.

Este método no sólo promueve la reacción de reducción cerca del cátodo, sino que también desoxida el titanio obtenido por reducción. Este método combina la reducción electrolítica directa de óxidos y la desoxigenación electroquímica, que es un nuevo método de preparación de titanio y se ha convertido en el método más destacado en el proceso de extracción de titanio. Según los datos del artículo publicado en la revista británica Nature en 2000, se estima que el uso de este método reduce el coste de producción de la esponja de titanio en unos 13,000 dólares estadounidenses por tonelada. , y la producción mundial total actual de 50,000 a 60.000 toneladas ahorrará 770 millones de dólares al año en costos de producción si se cambia a la producción de este método electroquímico.

Método de Armstrong Armstrong et al. mejorar el método Hunter, convirtiéndolo en un proceso de producción continuo. El proceso es el siguiente: primero se inyecta gas TiCl4 en un exceso de sodio fundido, que actúa como agente refrigerante para reducir el producto y llevarlo al proceso de separación. Retire el sodio y la sal para obtener el producto en polvo de titanio. El contenido de oxígeno en el producto es tan bajo como 0.2%, alcanzando el estándar del titanio secundario. Una ligera mejora del proceso puede producir aleaciones VTi, AlTi. En comparación con el método Hunter, este método tiene las ventajas de una producción continua, una baja inversión, una amplia gama de aplicaciones de productos y los subproductos descompuestos en sodio y cloro se pueden reciclar.

Método de reducción electrolítica de TiCl4 Desde la perspectiva del proceso electrolítico, el uso del método electrolítico de TiCl4 es superior a los métodos de Kroll y Hunter. Por ello, desde el inicio del desarrollo del método de reducción térmica de Kroll, existe la idea de transformar el proceso de fundición de titanio en un método electrolítico.

El método de reducción electrolítica de TiCl4 es el único que alguna vez se pensó que era un posible reemplazo del proceso de Kroll; Estados Unidos, la ex Unión Soviética, Japón, Francia, Italia, China, etc., lo han llevado a cabo a largo plazo y en profundidad. investigación profunda al respecto. El método de reducción electrolítica de TiCl4 es técnicamente necesario para convertir TiCl4 en un cloruro de titanio de baja valencia y disolverlo en la masa fundida y, al mismo tiempo, es necesario separar el área del cátodo del área del ánodo y sellar el tanque electrolítico. .

Los italianos han estado trabajando en la electrólisis de TiCl4, analizaron los datos de la electrólisis de cloración y descubrieron que cuando la temperatura es superior a 900 grados, no hay Ti2+ o Ti3+ en el electrolito, sino solo Ti. 4+ y Ti. El proceso de electrólisis establecido sobre esta base es el siguiente: se inyecta gas TiCl4 en un electrolito multicapa y se absorbe. Esta capa multifásica está formada por iones de potasio, calcio, titanio, cloro y flúor, así como de potasio y calcio, y separa el cátodo de titanio del ánodo de grafito. El titanio líquido generado en la capa inferior se hunde hasta el fondo del baño en un crisol de cobre enfriado con agua para formar lingotes. Sin embargo, la pureza del titanio obtenido mediante este método no es alta y la eficiencia es baja.

Outlook tiene un rendimiento superior y abundantes recursos de titanio desde la segunda mitad del siglo XX como un material ideal, pero hasta ahora no se han producido metales raros de la producción anual mundial de titanio que es de solo decenas de miles de toneladas. Debido a que el método Kroll consiste en reducir el tetracloruro de titanio con magnesio metálico para obtener titanio metálico esponjoso, junto con el largo proceso, la iteración de múltiples procesos y otros factores, lo que resulta en un alto costo de la esponja de titanio, lo que afecta la aplicación del titanio en diversas industrias. por lo que aún no se ha popularizado para su uso en muchas áreas de aplicación. Sin embargo, creemos que con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el desarrollo de nuevos procesos de producción de metal titanio, la reducción de los costos de producción y la expansión de la escala de producción, el siglo XXI se convertirá verdaderamente en el siglo del titanio.