Titanium er rigeligt i jordskorpen, og Kina rangerer først globalt med hensyn til titaniumressourcer, med påviste reserver, der tegner sig for cirka 38,8% af verdens samlede. Disse ressourcer er fordelt på mere end 100 mineområder i over 20 provinser og regioner, primært koncentreret i de sydvestlige, centrale-sydlige og nordlige regioner af Kina. Især vanadium-titanium-magnetitaflejringerne i Panxi-regionen er verdenskendte for deres betydelige reserver, der tegner sig for 92% af Kinas titaniumressourcer, hvilket giver et solidt fundament for landets titaniumindustri. Imidlertid er den nuværende produktionsproces af titanium karakteriseret ved lange procescyklusser, højt energiforbrug og alvorlig forurening, hvilket fører til høje priser og begrænser dets udbredte anvendelse. Derfor er udvikling af nye billige titaniumproduktionsmetoder af afgørende betydning for at accelerere Kinas overgang fra et stort titaniumressourceland til et titaniumproduktionskraftcenter.
Traditionel titanmetallurgisk proces
Den traditionelle titaniumsmelteproces, kendt som "Kroll-processen", involverer reduktion af titantetrachlorid (TiCl4) med metallisk natrium eller magnesium for at opnå metallisk titanium. Da titanium produceres under dets smeltepunkt, eksisterer det i en svampelignende form, deraf navnet "svamp titanium." Kroll-processen består af tre hovedfaser: fremstilling af titanium-rige materialer, produktion af TiCl4 og reduktion og destillation til fremstilling af svampet titanium.
Nye metallurgiske processer i titan
For at reducere produktionsomkostningerne for metallisk titanium har forskere udforsket adskillige nye ekstraktionsmetoder, herunder TiCl4 elektrolyse, ITP (Armstrong) proces, FFC proces, OS proces, Pre-Reduction Process (PRP), QT proces, MER proces og USTB proces .
TiCl4-elektrolyse til titanproduktion
Titaniumoxider og titaniumchlorider kan tjene som råmaterialer til industriel titaniumproduktion. Imidlertid er kun titaniumchlorid blevet brugt som forløber for titaniummetalproduktion på grund af dets evne til effektivt at fjerne oxygen- og kulstofurenheder. Nuværende forskning fokuserer på fremstilling og oprensning af TiCl4, hvor metoder som termisk natriumreduktion, oxygenreduktion, hydrogenreduktion og direkte elektrolyse undersøges.
Armstrong/ITP (International Titanium Powder) proces
Etableret i 1997, ITP, baseret i Chicago, USA, anvender gasformigt natrium til at reducere TiCl4, hvilket muliggør kontinuerlig produktion af titaniumpulver. Denne metode involverer indsprøjtning af TiCl4-damp i en strøm af natriumgas, hvilket genererer titaniumpulver og NaCl, som efterfølgende adskilles gennem destillation, filtrering og vask. Processen kan prale af høj produktrenhed og miljøvenlighed, men der er stadig udfordringer med at reducere produktionsomkostningerne og forbedre produktkvaliteten.
FFC-proces (Cambridge-proces)
FFC-processen, som blev foreslået i 2000 af professor DJ Fray og hans samarbejdspartnere ved University of Cambridge, involverer elektrolyse af et fast titaniumoxid som katode, grafit som anode og en jordalkalimetalchloridsmelte som elektrolyt. Denne metode er miljøvenlig, med en kort produktionscyklus, men står over for udfordringer som højt iltindhold i produktet og procesdiskontinuitet.
OS-proces
Udviklet af One og Suzuki i Japan, denne proces udnytter elektrolytisk opnået calcium til at reducere TiO2 til metallisk titanium. Processen foregår i en Ca/CaO/CaCl2-smelte, med titaniumoxidpulver placeret i en katodekurv. Metoden lover betydelige omkostningsreduktioner, men producerer titaniummetal med et relativt højt iltindhold.
PRP proces
Foreslået af japanske forskere blander denne metode TiO2 med flusmidler som CaO eller CaCl2, former blandingen, sintrer den og udsætter den for calciumdamp ved høje temperaturer for at producere titaniumpulver. Det resulterende pulver kan opnå en renhed på 99% med reduceret iltindhold.
QiT proces
Udviklet af Quebec Iron and Titanium Inc., involverer denne proces elektrolyse af titaniumslagge i et smeltet saltmiljø for at producere titaniummetal. Processen kan udføres i et eller to trin, afhængigt af titanindholdet og urenhedsniveauet i slaggen.
MER-proces
Denne proces, der er udviklet af MER Corporation, bruger TiO2 eller rutil som anode og en chloridblanding som elektrolyt. Anoden udsender en blanding af CO og CO2 gasser under elektrolyse, mens titaniumioner reduceres til metallisk titanium ved katoden.
USTB proces
I 2005 foreslog professor Zhu Hongmin og hans team ved University of Science and Technology Beijing en ny metode til ekstraktion af svampet titanium via smeltet saltelektrolyse - elektrolysen af en TiO·mTC-anode, en opløselig fast opløsning af TiO2 og TiC, for at producere rent titanium.
Denne metode involverer blanding af kulstof og titaniumdioxid eller titaniumcarbid og titaniumdioxid pulvere i støkiometriske proportioner, presse dem til en form, og derefter under visse betingelser, dannelse af en TiO·mTC anode med metallisk ledningsevne. Ved at anvende et smeltet salt af alkalimetal- eller jordalkalimetalhalogenider som elektrolyt udføres elektrolyse ved en bestemt temperatur. Under denne proces opløses titan i det smeltede salt i form af lavvalente ioner og aflejringer ved katoden, mens kulstof og oxygen indeholdt i anoden danner gasformige kuloxider (CO, CO2) eller oxygen (O2), der frigives . Denne metode kan producere titaniummetalpulver med høj renhed med iltindhold mindre end 300×10-6, der opfylder den nationale førsteklasses standard og opnår en katodestrømeffektivitet på op til 89 %.
De bemærkelsesværdige fordele ved denne metode inkluderer evnen til kontinuerligt at udføre elektrolyseprocessen uden at generere anodeslim, enkelhed i processen, lave omkostninger og miljøvenlighed.
Udvinding af metallisk titanium er et væsentligt forskningsområde inden for metallurgi, og elektrolyseprocessen med smeltet salt anses for at være det mest lovende alternativ til Kroll-processen for titaniummetallurgi. I betragtning af titaniumressourcernes enorme reserver og kritiske betydning er den omfattende udnyttelse af vanadiferholdig titanomagnetit af stor betydning. Ved at undersøge den nuværende forsknings- og udviklingsstatus for titaniumekstraktionsprocesser, står processer, der bruger TiCl4 som en forløber, generelt over for vanskeligheder med at reducere omkostningerne, mens direkte fremstilling af metallisk titanium fra TiO2 fortjener yderligere dybdegående forskning. Hvis tekniske problemer kan overvindes, kan anvendelse i industriel skala blive mulig.
