Titanyum yerkabuğunda bol miktarda bulunur ve Çin, titanyum kaynakları açısından küresel olarak birinci sırada yer alır ve kanıtlanmış rezervler dünya toplamının yaklaşık %38,8'ini oluşturur. Bu kaynaklar, esas olarak Çin'in güneybatı, orta-güney ve kuzey bölgelerinde yoğunlaşan 20'den fazla il ve bölgede 100'den fazla madencilik alanına dağıtılmıştır. Özellikle Panxi bölgesindeki vanadyum-titanyum manyetit yatakları, Çin'in titanyum kaynaklarının %92'sini oluşturan ve ülkenin titanyum endüstrisi için sağlam bir temel sağlayan önemli rezervleriyle dünyaca ünlüdür. Bununla birlikte, titanyumun mevcut üretim süreci, uzun süreç döngüleri, yüksek enerji tüketimi ve şiddetli kirlilik ile karakterize edilmekte, bu da yüksek fiyatlara yol açmakta ve yaygın kullanımını sınırlamaktadır. Sonuç olarak, yeni düşük maliyetli titanyum üretim yöntemlerinin geliştirilmesi, Çin'in büyük bir titanyum kaynağı ülkesinden bir titanyum üretim santraline geçişini hızlandırmak için büyük önem taşıyor.
Geleneksel Titanyum Metalurji Prosesi
"Kroll işlemi" olarak bilinen geleneksel titanyum eritme işlemi, metalik titanyum elde etmek için titanyum tetraklorürün (TiCl4) metalik sodyum veya magnezyum ile indirgenmesini içerir. Titanyum erime noktasının altında üretildiğinden süngerimsi bir formda bulunur, dolayısıyla "sünger titanyum" adı da buradan gelir. Kroll işlemi üç ana aşamadan oluşur: titanyum açısından zengin malzemelerin hazırlanması, TiCl4 üretimi ve sünger titanyum üretmek için indirgeme ve damıtma.
Yeni Titanyum Metalurji Prosesleri
Metalik titanyumun üretim maliyetini azaltmak için araştırmacılar, TiCl4 elektrolizi, ITP (Armstrong) süreci, FFC süreci, OS süreci, Ön İndirgeme Süreci (PRP), QT süreci, MER süreci ve USTB süreci dahil olmak üzere çok sayıda yeni ekstraksiyon yöntemini araştırdı. .
Titanyum Üretimi için TiCl4 Elektrolizi
Titanyum oksitler ve titanyum klorürler endüstriyel titanyum üretimi için hammadde görevi görebilir. Bununla birlikte, oksijen ve karbon safsızlıklarını etkili bir şekilde giderme kabiliyeti nedeniyle titanyum metal üretimi için bir öncü olarak yalnızca titanyum klorür kullanılmıştır. Mevcut araştırmalar, sodyum termal indirgeme, oksijen indirgeme, hidrojen indirgeme ve doğrudan elektroliz gibi yöntemlerin keşfedilmesiyle TiCl4'ün hazırlanmasına ve saflaştırılmasına odaklanmaktadır.
Armstrong/ITP (Uluslararası Titanyum Tozu) Prosesi
1997 yılında kurulan ve merkezi Chicago, ABD'de bulunan ITP, TiCl4'ü azaltmak için gaz halindeki sodyumdan yararlanarak sürekli titanyum tozu üretimine olanak sağlar. Bu yöntem, TiCl4 buharının bir sodyum gazı akışına enjekte edilmesini, titanyum tozu ve NaCl üretilmesini içerir; bunlar daha sonra damıtma, filtreleme ve yıkama yoluyla ayrılır. Süreç, yüksek ürün saflığı ve çevre dostu olmakla övünür, ancak üretim maliyetlerinin azaltılması ve ürün kalitesinin artırılması konusunda zorluklar devam etmektedir.
FFC Süreci (Cambridge Süreci)
2000 yılında Profesör DJ Fray ve Cambridge Üniversitesi'ndeki işbirlikçileri tarafından önerilen FFC işlemi, katot olarak katı bir titanyum oksidin, anot olarak grafitin ve elektrolit olarak eriyen bir alkalin toprak metal klorürün elektrolize edilmesini içerir. Bu yöntem, kısa üretim döngüsüyle çevre dostudur ancak üründeki yüksek oksijen içeriği ve süreç süreksizliği gibi zorluklarla karşı karşıyadır.
İşletim Sistemi Süreci
Japonya'da One ve Suzuki tarafından geliştirilen bu işlem, TiO2'yi metalik titanyuma indirgemek için elektrolitik olarak elde edilen kalsiyumu kullanır. İşlem, bir Ca/CaO/CaCl2 eriyiğinde, titanyum oksit tozunun bir katot sepetine yerleştirildiği bir ortamda gerçekleşir. Yöntem önemli maliyet düşüşleri vaat ediyor ancak nispeten yüksek oksijen içeriğine sahip titanyum metali üretiyor.
PRP Süreci
Japon bilim adamları tarafından önerilen bu yöntem, TiO2'yi CaO veya CaCl2 gibi eritici maddelerle karıştırıyor, karışımı şekillendiriyor, sinterliyor ve titanyum tozu üretmek için yüksek sıcaklıklarda kalsiyum buharına maruz bırakıyor. Ortaya çıkan toz, azaltılmış oksijen içeriğiyle %99'luk bir saflığa ulaşabilir.
QiT Süreci
Quebec Iron and Titanium Inc. tarafından geliştirilen bu işlem, titanyum metali üretmek için titanyum cürufunun erimiş tuz ortamında elektrolize edilmesini içerir. İşlem, cüruftaki titanyum içeriğine ve safsızlık seviyelerine bağlı olarak bir veya iki adımda gerçekleştirilebilir.
MER Süreci
MER Corporation tarafından geliştirilen bu işlemde anot olarak TiO2 veya rutil, elektrolit olarak ise klorür karışımı kullanılır. Anot, elektroliz sırasında CO ve CO2 gazlarının bir karışımını yayar, katotta ise titanyum iyonları metalik titanyuma indirgenir.
USTB Süreci
2005 yılında, Profesör Zhu Hongmin ve Pekin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki ekibi, erimiş tuz elektrolizi yoluyla sünger titanyumun ekstraksiyonu için yeni bir yöntem önerdiler; TiO2 ve TiC'nin çözünür katı bir çözeltisi olan bir TiO·mTC anotunun elektrolizi. saf titanyum üretin.
Bu yöntem, karbon ve titanyum dioksit veya titanyum karbür ve titanyum dioksit tozlarının stokiyometrik oranlarda karıştırılmasını, bunların bir şekil halinde preslenmesini ve ardından belirli koşullar altında metalik iletkenliğe sahip bir TiO·mTC anotu oluşturulmasını içerir. Elektrolit olarak alkali metal veya alkali toprak metal halojenürlerin erimiş tuzunun kullanılmasıyla elektroliz, belirli bir sıcaklıkta gerçekleştirilir. Bu işlem sırasında titanyum, düşük değerlikli iyonlar ve katotta birikintiler halinde erimiş tuz içinde çözünürken, anotta bulunan karbon ve oksijen, açığa çıkan gaz halindeki karbon oksitleri (CO, CO2) veya oksijeni (O2) oluşturur. . Bu yöntem, oksijen içeriği 300×10-6'den az olan, ulusal birinci sınıf standardı karşılayan ve %89'a kadar katot akımı verimliliğine ulaşan yüksek saflıkta titanyum metal tozu üretebilir.
Bu yöntemin göze çarpan avantajları arasında elektroliz işleminin anot çamuru oluşturmadan sürekli olarak gerçekleştirilebilmesi, işlemin basitliği, düşük maliyeti ve çevre dostu olması sayılabilir.
Metalik titanyumun ekstraksiyonu metalurjide önemli bir araştırma alanıdır ve erimiş tuz elektroliz prosesi, titanyum metalurjisi için Kroll prosesine en umut verici alternatif olarak kabul edilir. Titanyum kaynaklarının geniş rezervleri ve kritik önemi göz önüne alındığında, vanadiferli titanomagnetitin kapsamlı kullanımı büyük önem taşımaktadır. Titanyum ekstraksiyon işlemlerinin mevcut araştırma ve geliştirme durumu incelendiğinde, öncü olarak TiCl4 kullanan işlemler genellikle maliyetin azaltılmasında zorluklarla karşı karşıya kalırken, metalik titanyumun TiO2'den doğrudan hazırlanması daha derinlemesine araştırmayı hak etmektedir. Teknik sorunların üstesinden gelinebilirse endüstriyel ölçekte uygulama mümkün hale gelebilir.
