Dull paratoi metel sgrap titaniwm

Mae gan ditaniwm a'i aloion briodweddau rhagorol megis ymwrthedd cyrydiad dwysedd isel a gwrthiant tymheredd uchel. Mae diwydiant titaniwm y byd yn profi'r newid o fodel sengl gydag awyrofod fel y brif farchnad i fodel arallgyfeirio sy'n canolbwyntio ar ddatblygu meteleg, ynni, cludiant, diwydiant cemegol, biofeddygaeth a meysydd sifil eraill. Ar hyn o bryd, dim ond mewn ychydig o wledydd fel yr Unol Daleithiau, Japan, Rwsia, Tsieina a gwledydd eraill y gall y byd gynhyrchu titaniwm yn ddiwydiannol, dim ond ychydig ddegau o filoedd o dunelli yw cyfanswm allbwn blynyddol y byd o ditaniwm. Ond oherwydd gwerth strategol sylweddol titaniwm a statws yr economi genedlaethol, bydd titaniwm yn dod yn gynnydd o haearn, alwminiwm, ar ôl y "trydydd metel", yr 21ain ganrif fydd canrif titaniwm.

Dulliau cynhyrchu titaniwm presennol cynhyrchu titaniwm presennol gan ddefnyddio dull lleihau thermol metel, sy'n cyfeirio at y defnydd o reductant metel (R) a metel ocsidau neu cloridau (MX) yr adwaith i baratoi metel M. Eisoes diwydiannu cynhyrchu dulliau metelegol titaniwm ar gyfer y magnesiwm dull lleihau thermol (dull Kroll) a dull lleihau thermol sodiwm (dull Hunter). Oherwydd bod dull Hunter yn ddrytach na dull Kroll, yr unig ddull a ddefnyddir yn eang mewn diwydiant ar hyn o bryd yw'r dull Kroll, sydd wedi'i feirniadu ers ei ddatblygiad ym 1948 am ei effeithlonrwydd cost uchel ac isel. Hanner canrif yn ddiweddarach, nid yw'r broses wedi newid yn sylfaenol, yn dal i fod yn cynhyrchu ysbeidiol, wedi methu â gwireddu cynhyrchu parhaus.

Dull cynhyrchu metel titaniwm o dueddiadau newydd yn y diwydiant titaniwm byd ar ôl degawdau o ddatblygiad, er bod y dull Kroll a dull Hunter ar gyfer cyfres o welliannau, ond maent yn weithrediad ysbeidiol, ni all gwelliannau bach leihau pris titaniwm yn sylweddol. Felly, dylid datblygu proses barhaus newydd, cost isel, er mwyn datrys problem costau cynhyrchu uchel yn sylfaenol. I'r perwyl hwn, mae ymchwilwyr wedi cynnal nifer fawr o arbrofion ac astudiaethau. Mae'r ymchwil presennol yn canolbwyntio ar y dulliau canlynol: dull lleihau electrocemegol er mwyn lleihau costau, pobl titaniwm metel ymchwil deoxidation uniongyrchol. Mae rhai pobl dramor yn defnyddio dulliau electrocemegol i leihau'r crynodiad o ocsigen toddedig solet mewn titaniwm i'r terfyn canfod (500 ppm) isod. Maent yn credu, yn y broses o ddadocsidiad electrocemegol, bod y calsiwm deoxidizer yn cael ei gynhyrchu wrth electrolysis halen tawdd calsiwm clorid, ac mae O2- yn cael ei waddodi ar ffurf CO2 neu CO yn yr anod. Defnyddir y dull newydd hwn o buro uchel nid yn unig ar gyfer dadocsigeniad titaniwm, ond hefyd ar gyfer metelau daear prin fel yttrium a neodymium, a gall leihau'r cynnwys ocsigen i 10 ppm.

Dull electrocemegol o ddiwydiannu'r broses arbrofol yw: yn gyntaf oll, mae'r powdr titaniwm deuocsid â castio neu fowldio pwysau, wedi'i sintered ar gyfer y catod, graffit fel yr anod, CaCl2 fel yr halen tawdd, mewn graffit neu crucible titaniwm ar gyfer electrolysis. Y foltedd a gymhwysir yw 2.8V i 3.2V, sy'n is na foltedd dadelfennu CaCl2 (3.2V i 3.3V). Ar ôl amser penodol o electrolysis, newidiodd y catod o wyn i lwyd, a gwelwyd trawsnewid 0.25 μm TiO2 i 12 μm sbwng titaniwm o dan SEM. Y prif reswm dros ddefnyddio calsiwm clorid fel yr halen tawdd yw ei bris isel a'i hydoddedd ar gyfer O2-, sy'n gwneud y titaniwm gwaddodedig ddim yn hawdd i'w ocsideiddio; yn ogystal, nid yw CaCl2 yn wenwynig ac nid yw'n llygru'r amgylchedd.

O'i gymharu ag electrolysis halen tawdd TiCl4, mae'r deunyddiau crai a ddefnyddir yn y dull hwn yn ocsidau yn hytrach na chloridau anweddol, felly gellir symleiddio'r broses baratoi, ac mae ansawdd y cynhyrchion yn uchel; ni fydd adwaith rhydocs rhwng yr ïonau falens titaniwm; mae nwy dyddodiad anod yn ocsigen pur (anod anadweithiol) neu'n gymysgedd o CO a CO2 (anod graffit), sy'n hawdd ei reoli ac nad yw'n llygru.

Mae'r dull hwn nid yn unig yn hyrwyddo'r adwaith lleihau ger y catod, ond hefyd yn deoxidizes y titaniwm a geir trwy ostyngiad. Mae'r dull hwn yn cyfuno gostyngiad electrolytig uniongyrchol ocsidau a deoxygenation electrocemegol, sy'n ddull newydd o baratoi titaniwm, ac mae wedi dod yn ddull mwyaf nodedig yn y broses echdynnu titaniwm. Yn ôl data'r papur a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn Prydeinig Nature yn 2000, amcangyfrifir bod y defnydd o'r dull hwn yn lleihau cost cynhyrchu sbwng titaniwm tua 13,000 doler yr Unol Daleithiau y dunnell. , a bydd cyfanswm y cynhyrchiad byd-eang presennol o 50,000 i 60,000 o dunelli yn arbed 770 miliwn o ddoleri yr Unol Daleithiau y flwyddyn mewn costau cynhyrchu os caiff ei newid i gynhyrchu'r dull electrocemegol hwn.

Dull Armstrong Amstrong et al. i wella'r dull Hunter, gan ei gwneud yn broses gynhyrchu barhaus. Mae'r broses fel a ganlyn: Mae nwy TiCl4 yn cael ei chwistrellu yn gyntaf i ormodedd o sodiwm tawdd, sy'n gweithredu fel asiant oeri i leihau'r cynnyrch a'i gludo i'r broses wahanu. Tynnwch y sodiwm a'r halen i gael y powdr titaniwm cynnyrch. Mae'r cynnwys ocsigen yn y cynnyrch mor isel â 0.2%, gan gyrraedd safon titaniwm uwchradd. Gall gwelliant bach yn y broses gynhyrchu aloion VTi, AlTi. O'i gymharu â dull Hunter, mae gan y dull hwn fanteision cynhyrchu parhaus, buddsoddiad isel, ystod eang o gymwysiadau cynnyrch, a gellir ailgylchu'r sgil-gynhyrchion sy'n cael eu dadelfennu i sodiwm a chlorin.

Dull lleihau electrolytig TiCl4 O safbwynt y broses electrolytig, mae'r defnydd o ddull electrolytig TiCl4 yn well na dulliau Kroll a Hunter. Felly, o ddechrau datblygiad dull lleihau thermol Kroll, mae'r syniad o drawsnewid y broses mwyndoddi titaniwm yn ddull electrolytig.

Dull lleihau electrolytig TiCl4 yw'r unig un y credwyd ar un adeg ei fod yn lle posibl i'r broses Kroll, mae'r Unol Daleithiau, yr hen Undeb Sofietaidd, Japan, Ffrainc, yr Eidal, Tsieina ac yn y blaen wedi cyflawni yn y tymor hir ac yn-y-. ymchwil fanwl arno. Yn dechnegol, mae'n ofynnol i ddull lleihau electrolytig TiCl4 drosi TiCl4 yn glorid isel-falent o ditaniwm a'i doddi yn y toddi, ac ar yr un pryd, mae angen gwahanu'r ardal catod o'r ardal anod a gwneud y tanc electrolytig wedi'i selio. .

Mae pobl Eidalaidd wedi bod yn gweithio ar electrolysis TiCl4, buont yn dadansoddi data electrolysis clorineiddio a chanfod, pan fo'r tymheredd yn uwch na 900 gradd, nad oes Ti2+ na Ti3+ yn yr electrolyte, ond dim ond Ti 4+ a Ti. Mae'r broses electrolysis a sefydlwyd ar y sail hon fel a ganlyn: Mae nwy TiCl4 yn cael ei chwistrellu i electrolyt aml-haen a'i amsugno. Mae'r haen aml-gyfnod hon yn cynnwys ïonau potasiwm, calsiwm, titaniwm, clorin a fflworin yn ogystal â photasiwm a chalsiwm, ac mae'n gwahanu'r catod titaniwm o'r anod graffit. Mae'r titaniwm hylifol a gynhyrchir yn yr haen isaf yn suddo i waelod y bath i mewn i grwsibl copr gydag oeri dŵr i ffurfio ingotau. Fodd bynnag, nid yw purdeb y titaniwm a geir trwy'r dull hwn yn uchel ac mae'r effeithlonrwydd yn isel.

Mae gan Outlook berfformiad uwch ac adnoddau helaeth o ditaniwm o ail hanner yr 20fed ganrif fel sylw deunydd delfrydol, ond hyd yn hyn nid yw wedi bod o'r metelau prin allan o gynhyrchu titaniwm blynyddol y byd yn ddim ond degau o filoedd o dunelli. Oherwydd mai'r dull Kroll yw lleihau tetraclorid titaniwm â metel magnesiwm i gael metel titaniwm sbwngaidd, ynghyd â'r broses hir, ailadrodd prosesau lluosog a ffactorau eraill, gan arwain at gost uchel o sbwng titaniwm, sy'n effeithio ar gymhwyso titaniwm mewn amrywiol ddiwydiannau, fel nad yw eto wedi'i boblogeiddio i'w ddefnyddio mewn llawer o feysydd cais. Fodd bynnag, credwn, gyda datblygiad gwyddoniaeth a thechnoleg, datblygu prosesau cynhyrchu newydd metel titaniwm metel, lleihau costau cynhyrchu, ehangu ar raddfa gynhyrchu, y bydd yr 21ain ganrif yn dod yn ganrif titaniwm yn wirioneddol.