Титанијума има у изобиљу у Земљиној кори, а Кина је на првом месту у свету по ресурсима титанијума, са доказаним резервама које чине око 38,8% светских укупних резерви. Ови ресурси су распоређени у више од 100 рударских области у преко 20 провинција и региона, првенствено концентрисаних у југозападним, централно-јужним и северним регионима Кине. Конкретно, налазишта ванадијум-титанијум магнетита у региону Панкси су светски позната по својим значајним резервама, које чине 92% кинеских ресурса титанијума, пружајући чврсту основу за индустрију титанијума у земљи. Међутим, тренутни процес производње титанијума карактеришу дуги процесни циклуси, велика потрошња енергије и озбиљно загађење, што доводи до високих цена и ограничава његову широку употребу. Сходно томе, развој нових јефтиних метода производње титанијума је од највеће важности за убрзање кинеске транзиције из земље са великим ресурсима титанијума у електрану производње титанијума.
Традиционални металуршки процес титанијума
Традиционални процес топљења титанијума, познат као "Кролл процес", укључује редукцију титанијум тетрахлорида (ТиЦл4) са металним натријумом или магнезијумом да би се добио метални титанијум. Пошто се титанијум производи испод тачке топљења, он постоји у облику сунђера, отуда и назив „сунђер титанијум“. Кролл процес се састоји од три главне фазе: припрема материјала богатих титанијумом, производња ТиЦл4 и редукција и дестилација за производњу сунђерастог титанијума.
Нови металуршки процеси титанијума
Да би смањили трошкове производње металног титанијума, истраживачи су истражили бројне нове методе екстракције, укључујући ТиЦл4 електролизу, ИТП (Армстронг) процес, ФФЦ процес, ОС процес, Пре-редукциони процес (ПРП), КТ процес, МЕР процес и УСТБ процес .
ТиЦл4 електролиза за производњу титанијума
Титанијум оксиди и титанијум хлориди могу послужити као сировине за индустријску производњу титанијума. Међутим, само титанијум хлорид је коришћен као прекурсор за производњу метала титанијума због своје способности да ефикасно уклања нечистоће кисеоника и угљеника. Тренутна истраживања се фокусирају на припрему и пречишћавање ТиЦл4, при чему се истражују методе као што су термичка редукција натријума, редукција кисеоника, редукција водоника и директна електролиза.
Армстронг/ИТП (Интернатионал Титаниум Повдер) процес
Основан 1997. године, ИТП, са седиштем у Чикагу, САД, користи гасовити натријум за смањење ТиЦл4, омогућавајући континуирану производњу титанијумовог праха. Ова метода укључује убризгавање паре ТиЦл4 у ток гаса натријума, стварајући титанијум у праху и НаЦл, који се затим одвајају дестилацијом, филтрацијом и прањем. Процес се може похвалити високом чистоћом производа и еколошком прихватљивошћу, али остају изазови у смањењу трошкова производње и побољшању квалитета производа.
ФФЦ процес (Кембриџ процес)
Предложен 2000. године од стране професора ДЈ-а Фраи-а и његових сарадника на Универзитету у Кембриџу, ФФЦ процес укључује електролизу чврстог титанијум-оксида као катоде, графита као аноде и талине земноалкалног метала хлорида као електролита. Овај метод је еколошки прихватљив, са кратким производним циклусом, али се суочава са изазовима као што су висок садржај кисеоника у производу и прекид процеса.
ОС Процес
Развијен од стране Оне и Сузукија у Јапану, овај процес користи електролитички добијен калцијум за редукцију ТиО2 у метални титанијум. Процес се одвија у топљењу Ца/ЦаО/ЦаЦл2, са прахом титанијум оксида који се ставља у катодну корпу. Метод обећава значајно смањење трошкова, али производи метал титанијума са релативно високим садржајем кисеоника.
ПРП процес
Предложен од стране јапанских научника, овај метод меша ТиО2 са агенсима за флуксирање као што су ЦаО или ЦаЦл2, обликује смешу, синтерује је и излаже је пари калцијума на високим температурама да би се добио титанијум у праху. Добијени прах може постићи чистоћу од 99% са смањеним садржајем кисеоника.
КиТ процес
Развијен од стране Куебец Ирон анд Титаниум Инц., овај процес укључује електролизу титанијумске шљаке у окружењу растопљене соли за производњу метала титанијума. Процес се може извести у једном или два корака, у зависности од садржаја титанијума и нивоа нечистоћа у шљаци.
МЕР Процесс
Развијен од стране МЕР Цорпоратион, овај процес користи ТиО2 или рутил као аноду и мешавину хлорида као електролит. Анода емитује мешавину гасова ЦО и ЦО2 током електролизе, док се јони титанијума редукују у метални титан на катоди.
УСТБ Процес
Професор Зху Хонгмин и његов тим на Универзитету науке и технологије у Пекингу су 2005. године предложили нову методу за екстракцију титанијума сунђера путем електролизе растопљене соли - електролизу ТиО·мТЦ аноде, растворљивог чврстог раствора ТиО2 и ТиЦ, за производи чисти титанијум.
Ова метода укључује мешање угљеника и титанијум диоксида или праха титанијум карбида и титан диоксида у стехиометријским размерама, њихово пресовање у облик, а затим, под одређеним условима, формирање ТиО·мТЦ аноде са металном проводљивошћу. Коришћењем растопљене соли алкалних или земноалкалних метала као електролита, електролиза се изводи на одређеној температури. Током овог процеса, титан се раствара у растопљену со у облику нисковалентних јона и таложи се на катоди, док угљеник и кисеоник који се налазе у аноди формирају гасовите угљеникове оксиде (ЦО, ЦО2) или кисеоник (О2) који се ослобађају. . Ова метода може да произведе прах титанијум метала високе чистоће са садржајем кисеоника мањим од 300×10-6, испуњавајући национални стандард првог разреда и постиже ефикасност катодне струје до 89%.
Значајне предности ове методе укључују могућност континуираног извођења процеса електролизе без стварања анодног муља, једноставност процеса, ниску цену и еколошку прихватљивост.
Екстракција металног титанијума је значајна истраживачка област у металургији, а процес електролизе растопљене соли сматра се најперспективнијом алтернативом Кролл процесу за металургију титанијума. С обзиром на огромне резерве и критичну важност ресурса титанијума, свеобухватно коришћење ванадиферног титаномагнетита је од великог значаја. Испитујући тренутни статус истраживања и развоја процеса екстракције титанијума, процеси који користе ТиЦл4 као прекурсор генерално се суочавају са потешкоћама у смањењу трошкова, док директна припрема металног титанијума из ТиО2 заслужује даље дубинско истраживање. Ако се технички проблеми могу превазићи, примена у индустријским размерама може постати изводљива.
