Титанът е в изобилие в земната кора и Китай е на първо място в световен мащаб по отношение на титанови ресурси, като доказаните запаси възлизат на приблизително 38,8% от общите световни запаси. Тези ресурси са разпределени в повече от 100 минни зони в над 20 провинции и региона, основно концентрирани в югозападните, централно-южните и северните региони на Китай. По-специално, находищата на ванадий-титанов магнетит в региона Panxi са световно известни със значителните си запаси, представляващи 92% от титановите ресурси на Китай, осигурявайки солидна основа за титановата индустрия в страната. Настоящият производствен процес на титан обаче се характеризира с дълги производствени цикли, висока консумация на енергия и силно замърсяване, което води до високи цени и ограничава широкото му използване. Следователно, разработването на нови евтини методи за производство на титан е от първостепенно значение за ускоряване на прехода на Китай от страна с големи ресурси на титан към мощна компания за производство на титан.
Традиционен металургичен процес на титан
Традиционният процес на топене на титан, известен като "процес на Крол", включва редукция на титанов тетрахлорид (TiCl4) с метален натрий или магнезий за получаване на метален титан. Тъй като титанът се произвежда под неговата точка на топене, той съществува в подобна на гъба форма, оттук и името „гъбест титан“. Процесът на Kroll се състои от три основни етапа: подготовка на богати на титан материали, производство на TiCl4 и редукция и дестилация за получаване на гъбест титан.
Нови металургични процеси на титан
За да намалят производствените разходи на метален титан, изследователите са проучили множество нови методи за екстракция, включително TiCl4 електролиза, ITP (Armstrong) процес, FFC процес, OS процес, процес на предварителна редукция (PRP), QT процес, MER процес и USTB процес .
Електролиза на TiCl4 за производство на титан
Титановите оксиди и титановите хлориди могат да служат като суровини за промишлено производство на титан. Въпреки това, само титанов хлорид е бил използван като прекурсор за производството на титанов метал поради способността му ефективно да премахва кислородни и въглеродни примеси. Настоящите изследвания се фокусират върху получаването и пречистването на TiCl4, като се изследват методи като термична редукция на натрий, редукция на кислород, редукция на водород и директна електролиза.
Armstrong/ITP (Международен процес на титанов прах).
Създадена през 1997 г., ITP, базирана в Чикаго, САЩ, използва газообразен натрий за редуциране на TiCl4, което позволява непрекъснатото производство на титанов прах. Този метод включва инжектиране на пари TiCl4 в поток от натриев газ, генериране на титанов прах и NaCl, които впоследствие се разделят чрез дестилация, филтриране и промиване. Процесът може да се похвали с висока чистота на продукта и екологосъобразност, но остават предизвикателства за намаляване на производствените разходи и подобряване на качеството на продукта.
FFC процес (Кеймбридж процес)
Предложен през 2000 г. от професор DJ Fray и неговите сътрудници в университета в Кеймбридж, FFC процесът включва електролиза на твърд титанов оксид като катод, графит като анод и стопилка на хлорид на алкалоземен метал като електролит. Този метод е екологичен, с кратък производствен цикъл, но е изправен пред предизвикателства като високо съдържание на кислород в продукта и прекъсване на процеса.
Процес на ОС
Разработен от One и Suzuki в Япония, този процес използва електролитно получен калций за редуциране на TiO2 до метален титан. Процесът протича в стопилка Ca/CaO/CaCl2 с прах от титанов оксид, поставен в катодна кошница. Методът обещава значително намаляване на разходите, но произвежда титанов метал със сравнително високо съдържание на кислород.
PRP процес
Предложен от японски учени, този метод смесва TiO2 с флюсови агенти като CaO или CaCl2, оформя сместа, синтерува я и я излага на калциеви пари при високи температури, за да се получи титанов прах. Полученият прах може да постигне чистота от 99% с намалено съдържание на кислород.
QiT процес
Разработен от Quebec Iron and Titanium Inc., този процес включва електролиза на титанова шлака в среда на разтопена сол за получаване на метален титан. Процесът може да се извърши в една или две стъпки, в зависимост от съдържанието на титан и нивата на примеси в шлаката.
MER процес
Разработен от MER Corporation, този процес използва TiO2 или рутил като анод и хлоридна смес като електролит. Анодът отделя смес от газове CO и CO2 по време на електролиза, докато титаниевите йони се редуцират до метален титан на катода.
USTB процес
През 2005 г. професор Zhu Hongmin и неговият екип от Университета за наука и технологии в Пекин предложиха нов метод за извличане на гъбест титан чрез електролиза на разтопена сол - електролизата на TiO·mTC анод, разтворим твърд разтвор на TiO2 и TiC, за произвеждат чист титан.
Този метод включва смесване на въглерод и титанов диоксид или титанов карбид и титанов диоксид на прахове в стехиометрични пропорции, пресоването им във форма и след това при определени условия образуване на TiO·mTC анод с метална проводимост. Като се използва разтопена сол на халиди на алкален метал или алкалоземен метал като електролит, електролизата се извършва при определена температура. По време на този процес титанът се разтваря в разтопената сол под формата на нисковалентни йони и се отлага на катода, докато въглеродът и кислородът, съдържащи се в анода, образуват газообразни въглеродни оксиди (CO, CO2) или кислород (O2), които се освобождават . Този метод може да произведе прах от титанов метал с висока чистота със съдържание на кислород по-малко от 300 × 10-6, отговарящ на националния първокласен стандарт и постигащ ефективност на катодния ток до 89%.
Забележителните предимства на този метод включват възможността за непрекъснато извършване на процеса на електролиза без генериране на анодна тиня, простота на процеса, ниска цена и екологичност.
Добивът на метален титан е важна изследователска област в металургията и процесът на електролиза на разтопена сол се счита за най-обещаващата алтернатива на процеса на Крол за металургията на титан. Предвид огромните запаси и критичното значение на титановите ресурси, цялостното използване на ванадиферен титаномагнетит е от голямо значение. Изследвайки текущото състояние на изследванията и развитието на процесите за извличане на титан, процесите, използващи TiCl4 като прекурсор, обикновено се сблъскват с трудности при намаляване на разходите, докато директното получаване на метален титан от TiO2 заслужава по-нататъшно задълбочено изследване. Ако техническите проблеми могат да бъдат преодолени, приложението в индустриален мащаб може да стане осъществимо.
