Titana je v zemeljski skorji veliko in Kitajska je na prvem mestu v svetu glede virov titana, saj dokazane zaloge predstavljajo približno 38,8 % vseh svetovnih zalog. Ti viri so razporejeni po več kot 100 rudarskih območjih v več kot 20 provincah in regijah, predvsem v jugozahodnih, osrednjih-južnih in severnih regijah Kitajske. Zlasti nahajališča vanadij-titanovega magnetita v regiji Panxi so svetovno znana po svojih znatnih zalogah, ki predstavljajo 92 % virov titana na Kitajskem, kar zagotavlja trdne temelje za industrijo titana v državi. Vendar pa so za sedanji proizvodni proces titana značilni dolgi procesni cikli, visoka poraba energije in močno onesnaženje, kar povzroča visoke cene in omejuje njegovo široko uporabo. Posledično je razvoj novih nizkocenovnih proizvodnih metod titana izrednega pomena za pospešitev prehoda Kitajske iz države z velikimi viri titana v elektrarno za proizvodnjo titana.
Tradicionalni metalurški postopek titana
Tradicionalni postopek taljenja titana, znan kot "Krollov postopek", vključuje redukcijo titanovega tetraklorida (TiCl4) s kovinskim natrijem ali magnezijem, da dobimo kovinski titan. Ker se titan proizvaja pod tališčem, obstaja v obliki gobe, od tod tudi ime "gobasti titan". Postopek Kroll je sestavljen iz treh glavnih stopenj: priprava materialov, bogatih s titanom, proizvodnja TiCl4 ter redukcija in destilacija za proizvodnjo gobastega titana.
Novi metalurški postopki za titan
Da bi zmanjšali proizvodne stroške kovinskega titana, so raziskovalci raziskali številne nove metode ekstrakcije, vključno z elektrolizo TiCl4, postopkom ITP (Armstrong), postopkom FFC, postopkom OS, postopkom pred redukcijo (PRP), postopkom QT, postopkom MER in postopkom USTB. .
Elektroliza TiCl4 za proizvodnjo titana
Titanovi oksidi in titanovi kloridi lahko služijo kot surovine za industrijsko proizvodnjo titana. Vendar pa je bil samo titanov klorid uporabljen kot predhodnik za proizvodnjo kovinskega titana zaradi njegove sposobnosti učinkovitega odstranjevanja nečistoč kisika in ogljika. Sedanje raziskave se osredotočajo na pripravo in čiščenje TiCl4 z metodami, kot so termična redukcija natrija, redukcija kisika, redukcija vodika in neposredna elektroliza.
Armstrong/ITP (Mednarodni postopek titanovega prahu).
Podjetje ITP, ustanovljeno leta 1997, s sedežem v Chicagu, ZDA, uporablja plinasti natrij za zmanjšanje TiCl4, kar omogoča neprekinjeno proizvodnjo titanovega prahu. Ta metoda vključuje vbrizgavanje hlapov TiCl4 v tok natrijevega plina, pri čemer nastane titanov prah in NaCl, ki ju nato ločimo z destilacijo, filtracijo in izpiranjem. Postopek se ponaša z visoko čistostjo izdelkov in prijaznostjo do okolja, vendar ostajajo izzivi pri zmanjševanju proizvodnih stroškov in izboljšanju kakovosti izdelkov.
Postopek FFC (proces Cambridge)
Postopek FFC, ki so ga leta 2000 predlagali profesor DJ Fray in njegovi sodelavci na Univerzi v Cambridgeu, vključuje elektrolizo trdnega titanovega oksida kot katode, grafita kot anode in taline klorida zemeljske alkalijske kovine kot elektrolita. Ta metoda je okolju prijazna, s kratkim proizvodnim ciklom, vendar se sooča z izzivi, kot sta visoka vsebnost kisika v izdelku in prekinitev procesa.
Proces OS
Ta postopek, ki sta ga razvila One in Suzuki na Japonskem, uporablja elektrolitsko pridobljen kalcij za redukcijo TiO2 v kovinski titan. Postopek poteka v talini Ca/CaO/CaCl2, s prahom titanovega oksida, ki je nameščen v katodnem košu. Metoda obljublja znatno znižanje stroškov, vendar proizvaja kovinski titan z relativno visoko vsebnostjo kisika.
PRP proces
Ta metoda, ki so jo predlagali japonski učenjaki, zmeša TiO2 s sredstvi za fluksiranje, kot sta CaO ali CaCl2, oblikuje mešanico, jo sintra in izpostavi kalcijevim hlapom pri visokih temperaturah, da nastane titanov prah. Nastali prah lahko doseže čistost 99 % z zmanjšano vsebnostjo kisika.
QiT proces
Ta postopek, ki sta ga razvila družba Quebec Iron and Titanium Inc., vključuje elektrolizo titanove žlindre v okolju staljene soli za proizvodnjo kovinskega titana. Postopek lahko izvedemo v enem ali dveh korakih, odvisno od vsebnosti titana in ravni nečistoč v žlindri.
MER proces
Ta postopek, ki ga je razvilo podjetje MER Corporation, uporablja TiO2 ali rutil kot anodo in mešanico klorida kot elektrolit. Anoda med elektrolizo oddaja mešanico plinov CO in CO2, medtem ko se titanovi ioni na katodi reducirajo v kovinski titan.
Postopek USTB
Leta 2005 sta profesor Zhu Hongmin in njegova ekipa na Univerzi za znanost in tehnologijo v Pekingu predlagala novo metodo za ekstrakcijo gobastega titana z elektrolizo staljene soli – elektrolizo anode TiO·mTC, topne trdne raztopine TiO2 in TiC, da proizvajajo čisti titan.
Ta metoda vključuje mešanje ogljika in titanovega dioksida ali prahu titanovega karbida in titanovega dioksida v stehiometričnih razmerjih, njihovo stiskanje v obliko in nato pod določenimi pogoji oblikovanje anode TiO·mTC s kovinsko prevodnostjo. Z uporabo staljene soli halogenidov alkalijskih ali zemeljskoalkalijskih kovin kot elektrolita se elektroliza izvede pri določeni temperaturi. Med tem procesom se titan raztopi v staljeni soli v obliki nizkovalentnih ionov in usedlin na katodi, medtem ko ogljik in kisik v anodi tvorita plinaste ogljikove okside (CO, CO2) ali kisik (O2), ki se sproščata . S to metodo je mogoče proizvesti kovinski prah titana visoke čistosti z vsebnostjo kisika manj kot 300 × 10-6, ki ustreza nacionalnemu standardu prvega razreda in dosega izkoristek katodnega toka do 89 %.
Pomembne prednosti te metode vključujejo zmožnost neprekinjenega izvajanja procesa elektrolize brez tvorjenja anodne sluzi, preprostost postopka, nizke stroške in prijaznost do okolja.
Pridobivanje kovinskega titana je pomembno raziskovalno področje v metalurgiji, postopek elektrolize staljene soli pa velja za najbolj obetavno alternativo Krollovemu postopku za metalurgijo titana. Glede na ogromne zaloge in kritični pomen virov titana je celovita uporaba vanadifernega titanomagnetita velikega pomena. Če preučimo trenutni status raziskav in razvoja procesov ekstrakcije titana, se procesi, ki uporabljajo TiCl4 kot predhodnik, na splošno soočajo s težavami pri zniževanju stroškov, medtem ko neposredna priprava kovinskega titana iz TiO2 zasluži nadaljnje poglobljene raziskave. Če je mogoče odpraviti tehnične težave, bo uporaba v industrijskem obsegu morda postala izvedljiva.
