Titan finns rikligt i jordskorpan och Kina rankas först globalt när det gäller titanresurser, med bevisade reserver som står för cirka 38,8 % av världens totala mängd. Dessa resurser är fördelade över mer än 100 gruvområden i över 20 provinser och regioner, främst koncentrerade till de sydvästra, centrala södra och norra regionerna av Kina. I synnerhet är vanadin-titanmagnetitavlagringarna i Panxi-regionen världsberömda för sina betydande reserver, som står för 92 % av Kinas titanresurser, vilket ger en solid grund för landets titanindustri. Den nuvarande produktionsprocessen av titan kännetecknas dock av långa processcykler, hög energiförbrukning och allvarliga föroreningar, vilket leder till höga priser och begränsar dess utbredda användning. Följaktligen är utveckling av nya billiga titanproduktionsmetoder av yttersta vikt för att påskynda Kinas övergång från ett stort titanresursland till ett kraftpaket för titanproduktion.
Traditionell titanmetallurgisk process
Den traditionella titansmältningsprocessen, känd som "Kroll-processen", innebär reduktion av titantetraklorid (TiCl4) med metalliskt natrium eller magnesium för att erhålla metalliskt titan. Eftersom titanet produceras under sin smältpunkt, finns det i en svampliknande form, därav namnet "svamptitan". Kroll-processen består av tre huvudsteg: beredningen av titanrika material, produktionen av TiCl4 och reduktionen och destillationen för att producera svamptitan.
Nya metallurgiska processer i titan
För att minska produktionskostnaden för metalliskt titan har forskare utforskat många nya extraktionsmetoder, inklusive TiCl4-elektrolys, ITP-process (Armstrong), FFC-process, OS-process, Pre-Reduction Process (PRP), QT-process, MER-process och USTB-process .
TiCl4-elektrolys för titanproduktion
Titanoxider och titanklorider kan fungera som råmaterial för industriell titanproduktion. Emellertid har endast titanklorid använts som en prekursor för titanmetallproduktion på grund av dess förmåga att effektivt avlägsna syre- och kolföroreningar. Aktuell forskning fokuserar på beredning och rening av TiCl4, med metoder som termisk natriumreduktion, syrereduktion, vätereduktion och direkt elektrolys undersöks.
Armstrong/ITP (International Titanium Powder) Process
Etablerat 1997, ITP, baserat i Chicago, USA, använder gasformigt natrium för att reducera TiCl4, vilket möjliggör kontinuerlig produktion av titanpulver. Denna metod involverar injicering av TiCl4-ånga i en ström av natriumgas, generering av titanpulver och NaCl, som sedan separeras genom destillation, filtrering och tvättning. Processen stoltserar med hög produktrenhet och miljövänlighet, men utmaningarna kvarstår när det gäller att minska produktionskostnaderna och förbättra produktkvaliteten.
FFC Process (Cambridge Process)
FFC-processen, som föreslogs 2000 av professor DJ Fray och hans medarbetare vid University of Cambridge, involverar elektrolysering av en fast titanoxid som katod, grafit som anod och en alkalisk jordartsmetallkloridsmälta som elektrolyt. Denna metod är miljövänlig, med en kort produktionscykel, men står inför utmaningar som hög syrehalt i produkten och processdiskontinuitet.
OS-process
Denna process, som utvecklats av One och Suzuki i Japan, använder elektrolytiskt erhållet kalcium för att reducera TiO2 till metalliskt titan. Processen sker i en Ca/CaO/CaCl2-smälta, med titanoxidpulver placerat i en katodkorg. Metoden lovar betydande kostnadsminskningar men ger titanmetall med relativt hög syrehalt.
PRP-process
Föreslagen av japanska forskare blandar denna metod TiO2 med flussmedel som CaO eller CaCl2, formar blandningen, sinter den och utsätter den för kalciumånga vid höga temperaturer för att producera titanpulver. Det resulterande pulvret kan uppnå en renhet på 99 % med reducerad syrehalt.
QiT-process
Utvecklad av Quebec Iron and Titanium Inc., involverar denna process elektrolysering av titanslagg i en miljö med smält salt för att producera titanmetall. Processen kan utföras i ett eller två steg, beroende på titanhalten och föroreningsnivåerna i slaggen.
MER Process
Denna process, som utvecklats av MER Corporation, använder TiO2 eller rutil som anod och en kloridblandning som elektrolyt. Anoden avger en blandning av CO- och CO2-gaser under elektrolys, medan titanjoner reduceras till metalliskt titan vid katoden.
USTB-process
2005 föreslog professor Zhu Hongmin och hans team vid University of Science and Technology Peking en ny metod för extraktion av svamptitan via smält saltelektrolys - elektrolysen av en TiO·mTC-anod, en löslig fast lösning av TiO2 och TiC, för att producera rent titan.
Denna metod innebär att man blandar kol och titandioxid eller titankarbid och titandioxidpulver i stökiometriska proportioner, pressar dem till en form och sedan under vissa förhållanden bildar en TiO·mTC-anod med metallisk konduktivitet. Med användning av ett smält salt av alkalimetall- eller jordalkalimetallhalider som elektrolyt utförs elektrolys vid en specifik temperatur. Under denna process löses titan i det smälta saltet i form av lågvärdiga joner och avlagringar vid katoden, medan kolet och syret som finns i anoden bildar gasformiga koloxider (CO, CO2) eller syre (O2) som frigörs . Denna metod kan producera titanmetallpulver av hög renhet med syrehalt mindre än 300×10-6, vilket uppfyller den nationella standarden för första klass och uppnår en katodströmeffektivitet på upp till 89 %.
De anmärkningsvärda fördelarna med denna metod inkluderar möjligheten att kontinuerligt utföra elektrolysprocessen utan att generera anodslem, enkelhet i processen, låg kostnad och miljövänlighet.
Utvinning av metalliskt titan är ett betydande forskningsområde inom metallurgi, och elektrolysprocessen med smält salt anses vara det mest lovande alternativet till Kroll-processen för titanmetallurgi. Med tanke på titanresursernas stora reserver och kritiska betydelse är det omfattande utnyttjandet av vanadiferös titanomagnetit av stor betydelse. När man undersöker den nuvarande forsknings- och utvecklingsstatusen för titanextraktionsprocesser, möter processer som använder TiCl4 som en prekursor i allmänhet svårigheter att minska kostnaden, medan direkt framställning av metalliskt titan från TiO2 förtjänar ytterligare djupgående forskning. Om tekniska problem kan övervinnas kan tillämpning i industriell skala bli möjlig.
