Titanium banyak terdapat di kerak bumi, dan China menduduki tempat pertama di peringkat global dari segi sumber titanium, dengan rizab terbukti menyumbang kira-kira 38.8% daripada jumlah keseluruhan dunia. Sumber-sumber ini diedarkan di lebih daripada 100 kawasan perlombongan di lebih 20 wilayah dan wilayah, terutamanya tertumpu di wilayah barat daya, tengah-selatan dan utara China. Khususnya, deposit magnetit vanadium-titanium di rantau Panxi terkenal di dunia kerana rizabnya yang besar, menyumbang 92% daripada sumber titanium China, menyediakan asas yang kukuh untuk industri titanium negara. Walau bagaimanapun, proses pengeluaran semasa titanium dicirikan oleh kitaran proses yang panjang, penggunaan tenaga yang tinggi, dan pencemaran yang teruk, yang membawa kepada harga yang tinggi dan mengehadkan penggunaannya secara meluas. Oleh itu, membangunkan kaedah pengeluaran titanium kos rendah baharu adalah amat penting untuk mempercepatkan peralihan China daripada negara sumber titanium utama kepada kuasa pengeluaran titanium.
Proses Metalurgi Titanium Tradisional
Proses peleburan titanium tradisional, yang dikenali sebagai "proses Kroll," melibatkan pengurangan titanium tetraklorida (TiCl4) dengan natrium logam atau magnesium untuk mendapatkan titanium logam. Oleh kerana titanium dihasilkan di bawah takat leburnya, ia wujud dalam bentuk seperti span, maka dinamakan "sponge titanium." Proses Kroll terdiri daripada tiga peringkat utama: penyediaan bahan yang kaya dengan titanium, pengeluaran TiCl4, dan pengurangan dan penyulingan untuk menghasilkan titanium span.
Proses Metalurgi Titanium Baharu
Untuk mengurangkan kos pengeluaran titanium logam, penyelidik telah meneroka pelbagai kaedah pengekstrakan baharu, termasuk elektrolisis TiCl4, proses ITP (Armstrong), proses FFC, proses OS, Proses Pra-Pengurangan (PRP), proses QT, proses MER dan proses USTB .
Elektrolisis TiCl4 untuk Pengeluaran Titanium
Titanium oksida dan titanium klorida boleh berfungsi sebagai bahan mentah untuk pengeluaran titanium perindustrian. Walau bagaimanapun, hanya titanium klorida telah digunakan sebagai prekursor untuk pengeluaran logam titanium kerana keupayaannya untuk menghilangkan kekotoran oksigen dan karbon dengan berkesan. Penyelidikan semasa memberi tumpuan kepada penyediaan dan penulenan TiCl4, dengan kaedah seperti pengurangan haba natrium, pengurangan oksigen, pengurangan hidrogen, dan elektrolisis langsung sedang diterokai.
Proses Armstrong/ITP (International Titanium Powder).
Ditubuhkan pada tahun 1997, ITP, yang berpangkalan di Chicago, Amerika Syarikat, menggunakan natrium gas untuk mengurangkan TiCl4, membolehkan pengeluaran serbuk titanium secara berterusan. Kaedah ini melibatkan menyuntik wap TiCl4 ke dalam aliran gas natrium, menghasilkan serbuk titanium dan NaCl, yang kemudiannya diasingkan melalui penyulingan, penapisan, dan pencucian. Proses ini mempunyai ketulenan produk yang tinggi dan mesra alam, tetapi cabaran kekal dalam mengurangkan kos pengeluaran dan meningkatkan kualiti produk.
Proses FFC (Proses Cambridge)
Dicadangkan pada tahun 2000 oleh Profesor DJ Fray dan rakan-rakannya di University of Cambridge, proses FFC melibatkan elektrolisis titanium oksida pepejal sebagai katod, grafit sebagai anod, dan logam klorida alkali tanah cair sebagai elektrolit. Kaedah ini mesra alam, dengan kitaran pengeluaran yang singkat, tetapi menghadapi cabaran seperti kandungan oksigen yang tinggi dalam produk dan ketakselanjaran proses.
Proses OS
Dibangunkan oleh One dan Suzuki di Jepun, proses ini menggunakan kalsium yang diperoleh secara elektrolitik untuk mengurangkan TiO2 kepada titanium logam. Proses ini berlaku dalam cair Ca/CaO/CaCl2, dengan serbuk titanium oksida diletakkan di dalam bakul katod. Kaedah ini menjanjikan pengurangan kos yang ketara tetapi menghasilkan logam titanium dengan kandungan oksigen yang agak tinggi.
Proses PRP
Dicadangkan oleh sarjana Jepun, kaedah ini mencampurkan TiO2 dengan agen fluks seperti CaO atau CaCl2, membentuk campuran, mensinterkannya, dan mendedahkannya kepada wap kalsium pada suhu tinggi untuk menghasilkan serbuk titanium. Serbuk yang terhasil boleh mencapai ketulenan 99% dengan kandungan oksigen yang berkurangan.
Proses QiT
Dibangunkan oleh Quebec Iron dan Titanium Inc., proses ini melibatkan elektrolisis sanga titanium dalam persekitaran garam cair untuk menghasilkan logam titanium. Proses ini boleh dilakukan dalam satu atau dua langkah, bergantung pada kandungan titanium dan tahap kekotoran dalam sanga.
Proses MER
Dibangunkan oleh MER Corporation, proses ini menggunakan TiO2 atau rutil sebagai anod dan campuran klorida sebagai elektrolit. Anod mengeluarkan campuran gas CO dan CO2 semasa elektrolisis, manakala ion titanium dikurangkan kepada titanium logam di katod.
Proses USTB
Pada tahun 2005, Profesor Zhu Hongmin dan pasukannya di Universiti Sains dan Teknologi Beijing mencadangkan kaedah baru untuk pengekstrakan titanium span melalui elektrolisis garam cair-elektrolisis anod TiO·mTC, larutan pepejal larut TiO2 dan TiC, untuk menghasilkan titanium tulen.
Kaedah ini melibatkan mencampurkan serbuk karbon dan titanium dioksida atau titanium karbida dan titanium dioksida dalam perkadaran stoikiometrik, menekannya ke dalam bentuk, dan kemudian dalam keadaan tertentu, membentuk anod TiO·mTC dengan kekonduksian logam. Menggunakan garam cair logam alkali atau halida logam alkali tanah sebagai elektrolit, elektrolisis dilakukan pada suhu tertentu. Semasa proses ini, titanium larut ke dalam garam cair dalam bentuk ion bervalensi rendah dan mendapan di katod, manakala karbon dan oksigen yang terkandung dalam anod membentuk gas karbon oksida (CO, CO2) atau oksigen (O2) yang dibebaskan. . Kaedah ini boleh menghasilkan serbuk logam titanium ketulenan tinggi dengan kandungan oksigen kurang daripada 300×10-6, memenuhi piawaian gred pertama kebangsaan dan mencapai kecekapan arus katod sehingga 89%.
Kelebihan ketara kaedah ini termasuk keupayaan untuk melakukan proses elektrolisis secara berterusan tanpa menghasilkan lendir anod, kesederhanaan proses, kos rendah dan mesra alam.
Pengekstrakan titanium logam adalah bidang penyelidikan yang penting dalam metalurgi, dan proses elektrolisis garam cair dianggap sebagai alternatif yang paling menjanjikan kepada proses Kroll untuk metalurgi titanium. Memandangkan rizab yang besar dan kepentingan kritikal sumber titanium, penggunaan menyeluruh titanomagnetit vanadiferous adalah sangat penting. Mengkaji status penyelidikan dan pembangunan semasa proses pengekstrakan titanium, proses menggunakan TiCl4 sebagai prekursor umumnya menghadapi kesukaran dalam pengurangan kos, manakala penyediaan langsung titanium logam daripada TiO2 memerlukan penyelidikan yang lebih mendalam. Jika isu teknikal dapat diatasi, aplikasi berskala industri mungkin boleh dilaksanakan.
