Método de preparação de sucata de titânio

O titânio e suas ligas possuem excelentes propriedades, como resistência à corrosão de baixa densidade e resistência a altas temperaturas. A indústria mundial do titânio está passando por uma transição de um modelo único com o setor aeroespacial como principal mercado para um modelo diversificado com foco no desenvolvimento da metalurgia, energia, transportes, indústria química, biomedicina e outras áreas civis. Atualmente, o mundo pode realizar a produção industrializada de titânio em apenas alguns países, como Estados Unidos, Japão, Rússia, China e outros países, a produção anual total mundial de titânio é de apenas algumas dezenas de milhares de toneladas. Mas devido ao significativo valor estratégico do titânio e ao status da economia nacional, o titânio se tornará a ascensão do ferro, do alumínio, depois do "terceiro metal", o século 21 será o século do titânio.

Métodos atuais de produção de titânio produção atual de titânio usando o método de redução térmica de metal, que se refere ao uso de redutor metálico (R) e óxidos ou cloretos metálicos (MX) da reação para preparar o metal M. Produção já industrializada de métodos metalúrgicos de titânio para o magnésio método de redução térmica (método Kroll) e método de redução térmica de sódio (método Hunter). Como o método Hunter é mais caro que o método Kroll, o único método atualmente amplamente utilizado na indústria é o método Kroll, que tem sido criticado desde seu desenvolvimento em 1948 por seu alto custo e baixa eficiência de redução. Meio século depois, o processo não mudou fundamentalmente, ainda é a produção intermitente, não conseguiu realizar a produção contínua.

Método de produção de metal de titânio das novas tendências na indústria mundial de titânio após décadas de desenvolvimento, embora o método Kroll e o método Hunter tenham uma série de melhorias, mas são operação intermitente, pequenas melhorias não podem reduzir significativamente o preço do titânio. Portanto, um novo processo contínuo de baixo custo deve ser desenvolvido para resolver fundamentalmente o problema dos altos custos de produção. Para tanto, os pesquisadores realizaram um grande número de experimentos e estudos. A pesquisa atual concentra-se nos seguintes métodos: método de redução eletroquímica, a fim de reduzir custos, pessoas de pesquisa de desoxidação direta de metal titânio. Algumas pessoas no exterior usam métodos eletroquímicos para reduzir a concentração de oxigênio sólido dissolvido no titânio até o limite de detecção (500 ppm) abaixo. Eles acreditam que no processo de desoxidação eletroquímica, o desoxidante cálcio é produzido na eletrólise do sal fundido de cloreto de cálcio, e O2- é precipitado na forma de CO2 ou CO no ânodo. Este novo método de alta purificação é usado não apenas para desoxigenação de titânio, mas também para metais de terras raras, como ítrio e neodímio, e pode reduzir o teor de oxigênio para 10 ppm.

O método eletroquímico de industrialização do processo experimental é: em primeiro lugar, o pó de dióxido de titânio com fundição ou moldagem sob pressão, sinterizado para o cátodo, grafite como ânodo, CaCl2 como sal fundido, em grafite ou cadinho de titânio para eletrólise. A tensão aplicada é de 2,8 V a 3,2 V, que é inferior à tensão de decomposição do CaCl2 (3,2 V a 3,3 V). Após um certo tempo de eletrólise, o cátodo mudou de branco para cinza, e a transformação de 0 0,25 μm de TiO2 em esponja de titânio de 12 μm foi observada em MEV. A principal razão para usar cloreto de cálcio como sal fundido é seu baixo preço e sua solubilidade em O2-, o que torna o titânio precipitado difícil de ser oxidado; além disso, o CaCl2 não é tóxico e não polui o meio ambiente.

Em comparação com a eletrólise do sal fundido TiCl4, as matérias-primas utilizadas neste método são óxidos em vez de cloretos voláteis, de modo que o processo de preparação pode ser simplificado e a qualidade dos produtos é alta; não haverá reação redox entre os íons de valência de titânio; o gás de precipitação anódica é oxigênio puro (ânodo inerte) ou uma mistura de CO e CO2 (ânodo de grafite), que é facilmente controlável e não poluente.

Este método não só promove a reação de redução próxima ao cátodo, mas também desoxida o titânio obtido por redução. Este método combina a redução eletrolítica direta de óxidos e a desoxigenação eletroquímica, que é um novo método de preparação de titânio e se tornou o método mais notável no processo de extração de titânio. De acordo com os dados do artigo publicado na revista britânica Nature em 2000, estima-se que a utilização deste método reduz o custo de produção da esponja de titânio em cerca de 13,{4}} dólares americanos por tonelada , e a atual produção global total de 50,000 a 60.000 toneladas economizará 770 milhões de dólares americanos por ano em custos de produção se for mudada para a produção deste método eletroquímico.

Método Armstrong Amstrong et al. melhorar o método Hunter, tornando-o um processo de produção contínuo. O processo é o seguinte: primeiro o gás TiCl4 é injetado em um excesso de sódio fundido, que atua como agente de resfriamento para reduzir o produto e transportá-lo para o processo de separação. Remova o sódio e o sal para obter o produto em pó de titânio. O teor de oxigênio no produto é tão baixo quanto 0,2%, atingindo o padrão do titânio secundário. Uma ligeira melhoria no processo pode produzir ligas VTi, AlTi. Comparado com o método Hunter, este método tem as vantagens de produção contínua, baixo investimento, ampla gama de aplicações de produtos e os subprodutos decompostos em sódio e cloro podem ser reciclados.

Método de redução eletrolítica de TiCl4 Do ponto de vista do processo eletrolítico, o uso do método eletrolítico de TiCl4 é superior aos métodos Kroll e Hunter. Portanto, desde o início do desenvolvimento do método de redução térmica da Kroll, existe a ideia de transformar o processo de fundição de titânio em um método eletrolítico.

O método de redução eletrolítica de TiCl4 é o único que já foi considerado um possível substituto para o processo Kroll, os Estados Unidos, a antiga União Soviética, Japão, França, Itália, China e assim por diante realizaram estudos de longo prazo e in- pesquisa aprofundada sobre isso. O método de redução eletrolítica do TiCl4 é tecnicamente necessário para converter o TiCl4 em um cloreto de titânio de baixa valência e dissolvê-lo no fundido e, ao mesmo tempo, é necessário separar a área do cátodo da área do ânodo e tornar o tanque eletrolítico selado .

Os italianos têm trabalhado na eletrólise do TiCl4, analisaram os dados da eletrólise de cloração e descobriram que quando a temperatura está acima de 900 graus, não há Ti2+ ou Ti3+ no eletrólito, mas apenas Ti 4+ e Ti. O processo de eletrólise estabelecido nesta base é o seguinte: o gás TiCl4 é injetado em um eletrólito multicamadas e absorvido. Esta camada multifásica consiste em íons de potássio, cálcio, titânio, cloro e flúor, bem como potássio e cálcio, e separa o cátodo de titânio do ânodo de grafite. O titânio líquido gerado na camada mais baixa afunda no fundo do banho em um cadinho de cobre com resfriamento a água para formar lingotes. No entanto, a pureza do titânio obtido por este método não é elevada e a eficiência é baixa.

Outlook tem desempenho superior e recursos abundantes de titânio da segunda metade do século 20 como um material ideal de atenção, mas até agora não foram dos metais raros, a produção anual mundial de titânio é de apenas dezenas de milhares de toneladas. Como o método Kroll consiste em reduzir o tetracloreto de titânio com magnésio metálico para obter titânio metálico esponjoso, juntamente com o longo processo, a iteração de vários processos e outros fatores, resultando em alto custo da esponja de titânio, afetando a aplicação de titânio em diversas indústrias, de modo que ainda não foi popularizado para uso em muitas áreas de aplicação. No entanto, acreditamos que com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, o desenvolvimento de novos processos de produção de metal de titânio, a redução dos custos de produção e a expansão da escala de produção, o século XXI se tornará verdadeiramente o século do titânio.