Titanul este abundent în scoarța terestră, iar China ocupă primul loc la nivel global în ceea ce privește resursele de titan, cu rezerve dovedite reprezentând aproximativ 38,8% din totalul mondial. Aceste resurse sunt distribuite în peste 100 de zone miniere din peste 20 de provincii și regiuni, concentrate în principal în regiunile de sud-vest, centru-sudic și nord ale Chinei. În special, zăcămintele de magnetit de vanadiu-titan din regiunea Panxi sunt renumite la nivel mondial pentru rezervele lor substanțiale, reprezentând 92% din resursele de titan ale Chinei, oferind o bază solidă pentru industria de titan a țării. Cu toate acestea, procesul actual de producție a titanului este caracterizat de cicluri lungi de proces, consum mare de energie și poluare severă, ceea ce duce la prețuri ridicate și limitează utilizarea pe scară largă a acestuia. În consecință, dezvoltarea de noi metode de producție de titan la preț redus este de o importanță capitală pentru accelerarea tranziției Chinei de la o țară cu resurse majore de titan la o putere de producție de titan.
Procesul metalurgic tradițional cu titan
Procesul tradițional de topire a titanului, cunoscut sub numele de „procesul Kroll”, implică reducerea tetraclorurii de titan (TiCl4) cu sodiu sau magneziu metalic pentru a obține titan metalic. Deoarece titanul este produs sub punctul său de topire, acesta există într-o formă asemănătoare buretelui, de unde și numele de „titan burete”. Procesul Kroll constă din trei etape principale: prepararea materialelor bogate în titan, producerea de TiCl4 și reducerea și distilarea pentru a produce burete de titan.
Noi procese metalurgice cu titan
Pentru a reduce costul de producție al titanului metalic, cercetătorii au explorat numeroase metode noi de extracție, inclusiv electroliza TiCl4, procesul ITP (Armstrong), procesul FFC, procesul OS, procesul de pre-reducere (PRP), procesul QT, procesul MER și procesul USTB. .
Electroliza TiCl4 pentru producerea de titan
Oxizii de titan și clorurile de titan pot servi drept materii prime pentru producția industrială de titan. Cu toate acestea, doar clorura de titan a fost folosită ca precursor pentru producția de metal de titan datorită capacității sale de a îndepărta eficient oxigenul și impuritățile de carbon. Cercetările actuale se concentrează pe prepararea și purificarea TiCl4, fiind explorate metode precum reducerea termică a sodiului, reducerea oxigenului, reducerea hidrogenului și electroliza directă.
Procesul Armstrong/ITP (Pulbere internațională de titan).
Înființată în 1997, ITP, cu sediul în Chicago, SUA, utilizează sodiu gazos pentru a reduce TiCl4, permițând producerea continuă de pulbere de titan. Această metodă implică injectarea de vapori de TiCl4 într-un curent de gaz de sodiu, generând pulbere de titan și NaCl, care sunt ulterior separate prin distilare, filtrare și spălare. Procesul se mândrește cu o puritate ridicată a produsului și un mediu prietenos, dar rămân provocări în reducerea costurilor de producție și îmbunătățirea calității produsului.
Procesul FFC (Procesul Cambridge)
Propus în 2000 de profesorul DJ Fray și colaboratorii săi de la Universitatea din Cambridge, procesul FFC implică electrolizarea unui oxid de titan solid ca catod, grafit ca anod și o topitură de clorură de metal alcalino-pământos ca electrolit. Această metodă este ecologică, cu un ciclu de producție scurt, dar se confruntă cu provocări precum conținutul ridicat de oxigen în produs și discontinuitatea procesului.
Procesul OS
Dezvoltat de One și Suzuki în Japonia, acest proces utilizează calciu obținut electrolitic pentru a reduce TiO2 la titan metalic. Procesul are loc într-o topitură de Ca/CaO/CaCl2, cu pulbere de oxid de titan plasată într-un coș catod. Metoda promite reduceri semnificative de cost, dar produce titan metalic cu un conținut relativ ridicat de oxigen.
Procesul PRP
Propusă de oamenii de știință japonezi, această metodă amestecă TiO2 cu agenți de flux precum CaO sau CaCl2, modelează amestecul, îl sinterizează și îl expune la vapori de calciu la temperaturi ridicate pentru a produce pulbere de titan. Pulberea rezultată poate atinge o puritate de 99% cu conținut redus de oxigen.
Procesul QiT
Dezvoltat de Quebec Iron and Titanium Inc., acest proces implică electrolizarea zgurii de titan într-un mediu de sare topită pentru a produce titan metalic. Procesul poate fi realizat în una sau două etape, în funcție de conținutul de titan și nivelul de impurități din zgură.
Procesul MER
Dezvoltat de MER Corporation, acest proces utilizează TiO2 sau rutil ca anod și un amestec de clorură ca electrolit. Anodul emite un amestec de gaze CO și CO2 în timpul electrolizei, în timp ce ionii de titan sunt reduși la titan metalic la catod.
Procesul USTB
În 2005, profesorul Zhu Hongmin și echipa sa de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Beijing au propus o metodă nouă pentru extracția buretelui de titan prin electroliza cu sare topită - electroliza unui anod TiO·mTC, o soluție solidă solubilă de TiO2 și TiC, pentru a produce titan pur.
Această metodă implică amestecarea pulberilor de carbon și dioxid de titan sau carbură de titan și dioxid de titan în proporții stoichiometrice, presarea lor într-o formă și apoi, în anumite condiții, formarea unui anod TiO·mTC cu conductivitate metalică. Folosind o sare topită a halogenurilor de metal alcalin sau alcalino-pământos ca electrolit, electroliza se realizează la o anumită temperatură. În timpul acestui proces, titanul se dizolvă în sarea topită sub formă de ioni cu valență scăzută și se depune la catod, în timp ce carbonul și oxigenul conținute în anod formează oxizi de carbon gazoși (CO, CO2) sau oxigen (O2) care sunt eliberați. . Această metodă poate produce pulbere metalică de titan de înaltă puritate, cu un conținut de oxigen mai mic de 300×10-6, îndeplinind standardul național de primă clasă și atingând o eficiență a curentului catodic de până la 89%.
Avantajele notabile ale acestei metode includ capacitatea de a efectua continuu procesul de electroliză fără a genera slime anodic, simplitatea procesului, costul scăzut și respectarea mediului.
Extracția titanului metalic este un domeniu important de cercetare în metalurgie, iar procesul de electroliză a sării topite este considerată cea mai promițătoare alternativă la procesul Kroll pentru metalurgia titanului. Având în vedere rezervele vaste și importanța critică a resurselor de titan, utilizarea cuprinzătoare a titanomagnetitei vanadifere este de mare importanță. Examinând starea actuală de cercetare și dezvoltare a proceselor de extracție a titanului, procesele care utilizează TiCl4 ca precursor se confruntă în general cu dificultăți în reducerea costurilor, în timp ce prepararea directă a titanului metalic din TiO2 merită cercetări aprofundate. Dacă problemele tehnice pot fi depășite, aplicarea la scară industrială poate deveni fezabilă.
