Gelwir metel titaniwm a geir o fwyn amrwd yn ditaniwm sbwng oherwydd ei olwg mandyllog a sbyngaidd. Mae titaniwm yn helaeth iawn fel elfen gemegol. Ymhlith yr elfennau metel mwyaf helaeth yng nghramen y ddaear, mae titaniwm yn bedwerydd (ar ôl Al, Fe a Mg). Y mwyn cyntaf a ddefnyddir i gynhyrchu titaniwm yw rutile (TiO2) neu ilmenite (FeTiO3), mae paratoi titaniwm metelaidd o'r mwynau mwyn hyn wedi'i rannu i'r 5 cam neu weithdrefn wahanol ganlynol, sef:
(1) Mae mwynau'n cael eu clorineiddio i ffurfio TiCl4;
(2) y distyllu puro TiCl;
(3) Lleihau TiCl4 i gynhyrchu titaniwm metelaidd [proses Kroll];
(4) Tynnwch sgil-gynhyrchion y broses leihau i buro metel titaniwm (titaniwm sbwng);
(5) Malu a graddio titaniwm metelaidd er mwyn cael cynhyrchion sy'n addas ar gyfer y cam nesaf o ditaniwm pur masnachol (CP titaniwm) a mwyndoddi aloi titaniwm.
Nid oes angen purdeb uchel o rutile ar y broses clorineiddio. Os defnyddir ilmenite yn lle rutile, y deunydd crai yw slag titaniwm sy'n gyfoethog mewn TiO2, sy'n sgil-gynnyrch o fwyndoddi ilmenite â charbon mewn ffwrnais drydan i gynhyrchu haearn. Mae'r adwaith clorineiddio yn digwydd mewn ffwrnais berwi sy'n cynnwys TiO2, amhureddau a charbon (golosg) sy'n mynd i mewn i'r clorinator ynghyd â rutile, gweler Ffigur 3.1. Mewn cysylltiad â charbon, mae'r cynhyrchion adwaith yn fetel clorid (MClx), CO2, CO a TiCl4 nwyol (pwynt berwi TiCl4 yw 136 gradd C), mae'r cynhyrchion adwaith hyn yn cael eu rhyddhau o gwndid uchaf yr adweithydd ac yn mynd i mewn i'r ffracsiynu yn uniongyrchol. uned (gweler Ffigur 3.2).
Mae fformiwla sylfaenol yr adwaith clorineiddio fel a ganlyn:
TiO2 plws 2Cl2 plws C→TiCl4 plws CO2
a
TiO2 plws 2Cl2 plws 2C→TiCl4 plws 2CO
Yr ail gam yn y broses gynhyrchu yw'r cam distyllu, oherwydd mae angen puro'r TiCl4 cynradd o'r cam clorineiddio ymhellach. Cyflawnir puro trwy ddistyllu ffracsiynol o TiCl4 fel y dangosir yn Ffigur 3.2, sy'n dangos proses puro distylliad dau gam. Y cam cyntaf yw cael gwared ar amhureddau berw isel, megis CO a CO2, a'r ail gam yw cael gwared ar amhureddau berw uchel, megis SiCl4 a SnCl4. Mae'r TiC4 wedi'i buro wedi'i storio dan amddiffyniad nwy anadweithiol nes ei ddefnyddio.
Y cam nesaf yn y broses gynhyrchu yw lleihau TiCl4, y broses Kroll. Mae'r TiCl4 wedi'i buro yn cael ei ychwanegu at yr adweithydd wedi'i lenwi â metel magnesiwm a'i lenwi â nwy anadweithiol. Pan gaiff ei gynhesu i 800 ~ 850 gradd, mae'r adwaith lleihau cyffredinol canlynol yn digwydd:
TiCl4 plws 2Mg→Ti plws 2MgCl2
Mae'r adwaith yn cael ei gwblhau mewn gwirionedd gan y ddau gam canlynol:
TiCl4 plws Mg→TiCl2 plws MgCl2
dilyn gan
TiCl2 plws Mg→Ti plws MgCl2
Dangosir y diagram sgematig o adweithydd rhydwytho Kroll yn Ffigur 3.3. Mae'r adweithydd lleihau ar y chwith yn cael ei gyplysu â'r distyllwr gwactod ar y dde. Astudiwyd yr adwaith lleihau gyntaf gan Kroll ar ddiwedd y 1930au, a gelwir y broses o leihau TiCl4 gyda Mg yn broses Kroll o hyd. Mae'r titaniwm metel cynnyrch terfynol wedi'i leihau gan y fformiwla adwaith uchod ei hun yn eithaf pur, ond bydd titaniwm metel pur yn cymysgu â MgCl2. Gyda chynnydd proses lleihau Kroll, mae'r rhan fwyaf o MgCl2 yn cael ei dynnu'n barhaus, ond mae rhai symiau gweddilliol, bydd eu tynnu'n cael ei drafod yn y cam puro metel titaniwm dilynol.
Gan fod yr adwaith lleihau yn adwaith ecsothermig, dylai cyfradd ychwanegu TiCl4 i'r adweithydd sy'n cynnwys Mg fod o dan dymheredd y gellir ei reoli, sy'n angenrheidiol i atal adweithyddion solet trwchus rhag ffurfio a rhwystro anweddoli cynhyrchion eraill. Mae cynnyrch yr adwaith hwn yn gymysgedd o ditaniwm metelaidd a MgCl2, a elwir yn "bloc titaniwm sbwng", sef cynnyrch y broses Kroll.
Cyn gynted â 1910, cadarnhaodd Hunter y gellir lleihau TiCl4 gan Na tawdd, a gelwir y dull hwn o baratoi titaniwm sbwng yn ddull Hunter. Rhwng 1960 a 1995, cynhyrchwyd llawer iawn o ditaniwm sbwng gan ddefnyddio'r dull hwn. Ar hyn o bryd, nid oes unrhyw ffatrïoedd ar gyfer cynhyrchu sbwng titaniwm ar raddfa fawr gan ddefnyddio'r dull hwn, yn bennaf oherwydd bod y defnydd o magnesiwm fel asiant lleihau yn fwy deniadol na'r defnydd o sodiwm o safbwynt economaidd.
Y cam nesaf yn y broses gynhyrchu yw puro titaniwm metelaidd, hynny yw, tynnu MgCl2 gweddilliol o'r bloc titaniwm sbwng. Gellir gwahanu'r MgCl2 gan un o'r dulliau canlynol: trwytholchi asid, carthu nwy anadweithiol neu ddistyllu gwactod. Mae'r dull cyntaf yn manteisio ar hydoddedd ffafriol MgCl2 mewn hydoddiannau asidig, a gellir tynnu MgCl2 o'r sbwng titaniwm tameidiog trwy ddull trwytholchi gwahanu nad yw bellach yn cael ei ddefnyddio'n helaeth. Mae gan ddulliau eraill y fantais o gael gwared ar MgCl yn uniongyrchol yn yr adweithydd Kroll. Mae'r dulliau hyn yn manteisio ar bwysedd anwedd uchel MgCl i dynnu MgCl yn ddetholus trwy anweddiad ac yna anwedd i adennill Mg a Cl o ditaniwm sbwng, a'r rheol nwy anadweithiol yw defnyddio argon fel cludwr i gludo anwedd MgCl2.
Mae Ffigur 3.3 yn ddiagram sgematig o'r broses distyllu gwactod (VDP). Yn y broses hon, caiff y bloc titaniwm sbwng ei gynhesu o dan wactod yn yr adweithydd Kroll ar y chwith. Ar yr adeg hon, mae MgCl2 anweddol a Mg metel gormodol yn cael eu hachosi gan bwysau anwedd ac yn cael eu cyddwyso mewn llong arall (gweler y llong dde yn Ffigur 3.3) sydd, ar ôl ychwanegu Mg yn ffres, yn adweithydd Kroll ar gyfer y cyfnod lleihau nesaf, tra bod The cynhwysydd gyda'r bloc sbwng titaniwm ar y chwith yn Ffigur 3.3 yn cael ei ddisodli gan danc gwag, sy'n broses lled-barhaus gyda manteision economaidd. Ymhlith y tair proses puro o sbwng titaniwm, mae gan y bloc sbwng titaniwm sy'n cael ei drin gan broses distyllu gwactod (VDP) y cynnwys isaf o sylweddau anweddol. Oherwydd y trosglwyddiad màs yn yr adweithydd o dan broses distyllu gwactod (VDP) ar dymheredd uchel (700 ~ 850 gradd), hynny yw, bydd sbwng titaniwm yn wir yn amsugno swm bach o Fe a Ni o'r adweithydd dur di-staen. Ymhlith superalloys, Ni yn enwedig Annymunol oherwydd bod cynnwys Ni uwchlaw'r terfyn yn lleihau ei gryfder ymgripiad, sydd hefyd yn wir wrth sintro blociau titaniwm sbwng.
Yn y ddwy broses (carthu nwy anadweithiol a VDP), mae Mg a Cl2 yn cael eu hadennill a'u hailgylchu. Ar hyn o bryd, mae cynhyrchu sbwng titaniwm trwy ostyngiad Mg yn y bôn wedi cyflawni cynhyrchiad dolen gaeedig swp, ond mae angen "cymysgu" swm priodol o Mg a Cl2 rhwng sypiau.
Y cam olaf yn y broses gynhyrchu yw malu a graddio'r sbwng titaniwm. Ar ôl cael gwared ar Mg a MgCl2 gormodol, cafodd y sbwng titaniwm swmp ei dorri i mewn i ditaniwm metelaidd gronynnog. Ar ôl ei falu a'i ddosbarthu, mae'r graddau mwy bras o sbwng titaniwm yn cael eu cneifio i leihau eu maint ymhellach. Mae'r gweithrediadau malu a chneifio yn cael eu cynnal yn yr awyr, ond dylid bod yn ofalus oherwydd bod titaniwm yn sylwedd pyrofforig posibl, a bydd unrhyw ffynhonnell danio sy'n digwydd yn ystod y llawdriniaeth yn cynhyrchu ardaloedd llawn nitrogen ac yn halogi'r sbwng titaniwm, gan arwain at fwyndoddi dilynol. diffygion. Mae tymheredd gweithredu uwch y broses VDP yn ei gwneud hi'n anodd segmentu'r bloc sbwng titaniwm. Oni bai bod cais arbennig, ni fydd gweithgynhyrchwyr titaniwm sbwng yn mynd ar drywydd cynhyrchu cynhyrchion â maint gronynnau cyfartalog gwirioneddol o lai na 3 ~ 5cm, sydd nid yn unig yn dileu cost gweithredu malu a chneifio pellach, ond hefyd yn osgoi'r risg o dân. yn y titaniwm sbwng yn ystod y gweithrediadau hyn. . Mae maint gronynnau sbwng titaniwm dymunol neu benodol yn dibynnu ar y cynnyrch terfynol i'w gynhyrchu. Gellir defnyddio graddau bras (hyd at 2.5 cm) o sbwng titaniwm i gynhyrchu titaniwm pur fasnachol (CP titaniwm) a'r graddau mwyaf safonol o aloion titaniwm. Mewn meysydd perfformiad uchel, megis llafnau injan awyrennau, mae angen maint gronynnau llai (uchafswm o 1cm) o sbwng titaniwm, sy'n seiliedig yn bennaf ar ystyried diffygion sefydlogrwydd bwlch wrth gymhwyso deunyddiau gradd llafn. Mae maint gronynnau titaniwm sbwng o'r fath fel y dangosir yn Ffigur 3.4.
Ar gyfer proses gynhyrchu metelau titaniwm eraill, mae ymchwil wedi'i gynnal ers blynyddoedd lawer, ac mae'r rhan fwyaf o'r ymchwil wedi'i neilltuo i leihau cost cynhyrchu titaniwm sbwng, ond yn gyffredinol maent yn aflwyddiannus. Mae cynhyrchu titaniwm electrolytig (a elwir hefyd yn electrowinning) yn enghraifft ddeniadol, a llwyddodd Dow-Howmet i adeiladu gwaith arddangos ar raddfa beilot yn yr Unol Daleithiau rhwng 1975 a 1985 [3.3], Oherwydd y dirywiad yn y farchnad titaniwm ar y pryd, ni ellid cynhyrchu ar raddfa fawr. Felly, gellir dweud, mewn gwirionedd, nad yw system sy'n ddigon dibynadwy i ymgymryd â gostyngiad electrolytig ar raddfa fawr wedi'i gwireddu, a'r broblem i'w gwirio yw selio'r gostyngiad electrolytig mawr. Gallu'r gell i gynnal amgylchedd gweithredu glân a sefydlogrwydd hirdymor yr electrod.
Yn ogystal, mae ymdrechion diweddar i gynhyrchu titaniwm purdeb uchel trwy electroburo wedi bod yn llwyddiannus iawn yn dechnegol ac yn economaidd. Yn gyntaf mae mireinio electrolytig yn hydoddi titaniwm amhur mewn electrolyte, ac yna'n ei ail-adneuo fel titaniwm purdeb uchel. Trwy reoli amodau dyddodiad a phurdeb yr electrolyte yn ofalus, gellir cael cynnyrch purdeb uchel, a gellir gwneud y metel purdeb uchel hwn yn darged sputtering ar gyfer cynhyrchu dyfeisiau electronig. Dichonoldeb economaidd mireinio electrolytig titaniwm yw bod defnyddwyr sy'n defnyddio deunyddiau titaniwm purdeb uchel yn defnyddio swm cymharol fach o'r cynnyrch gwerth ychwanegol uchel hwn, sy'n hollol wahanol i gymhwyso deunyddiau strwythurol o ran economi.
Ar hyn o bryd, mae proses newydd ar gyfer paratoi titaniwm sbwng yn cael ei hastudio'n fanwl, a elwir yn Electro-Deoxidation (EDO)TM. Mae'r broses EDO yn defnyddio pwll tawdd CaCl2 tawdd ac electrod graffit i wahanu ocsigen oddi wrth ïonau sy'n cynnwys titaniwm ocsid trwy electrolysis, a thrwy hynny drosi'r catod TiO2 cywasgedig neu sintered yn ditaniwm, ac mae'r titaniwm metel mandyllog yn cael ei waddodi ar y catod gwreiddiol ar ôl yr adwaith. . Mewn egwyddor, os yw cynnwys ocsigen yr elfen aloi a ddymunir yn gymysg ag ocsigen catod a'i leihau'n electrolytig â TiO2, yna mae gan y broses hon hefyd y gallu i baratoi sbwng titaniwm wedi'i aloi ymlaen llaw, ond mae'r effaith a gyflawnir gan y broses hon yn gyfyngedig iawn, a mae angen dadansoddi a chyfiawnhau'r posibilrwydd o gynhyrchu ar raddfa fawr o hyd, mae'r broses yn gyffrous serch hynny am sawl rheswm. Yn gyntaf, gall baratoi sbwng titaniwm wedi'i aloi ymlaen llaw, a fydd yn hepgor y camau o baratoi sbwng titaniwm, cymysgu elfennau aloi, cywasgu mecanyddol, ac ati, sydd i gyd ar gyfer paratoi electrodau toddi cychwynnol ar gyfer toddi ingotau metel, a fydd yn fawr. lleihau'r gost Gweithgynhyrchu; Yn ail, mae gan y broses y gallu i ychwanegu elfennau aloi (fel W, Cu, ac ati) i ditaniwm, sy'n anodd ei ymarfer ar gyfer ingotau metel traddodiadol, a drafodir yn ddiweddarach. Mae'r broses newydd yn agor y posibilrwydd o ddewis elfennau aloi lluosog ar yr un pryd, a oedd yn amhosibl eu rhagweld yn flaenorol oherwydd cyfyngiadau mwyndoddi. Mae dichonoldeb technegol y broses EDO wedi'i gadarnhau, ond mae llawer o fanylion ar ôl ehangu, o atgynhyrchu i gostau cynhyrchu, yn dal i fod angen ymchwil a dadansoddiad manwl. Er nad yw’n glir a fydd y broses EDO ar gael yn fasnachol yn y dyfodol, fe’i crybwyllir yma oherwydd ei newidiadau chwyldroadol.
Cysylltwch â ni am fwy o wybodaeth. Diolch
Nicole
Cwmni: Baoji Jimiyun deinamig Co., Ltd
Gwlad: Tsieina
Ychwanegu: ffordd Baoti, Jintai, dinas Baoji, Shaanxi, Tsieina
Cel: plws 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
Gwefan: www.jm-titanium.com