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海綿鈦制取技術取得新進展,未來鈦材成本將大幅度降低

文章來源:本站 人氣:197 次 發表時間:2023-04-04

從事鈦金屬生產制造的人知道,1940年盧森堡科學家“WJ克勞爾”發明鎂熱還原法制取海綿鈦后,近80余年來,克勞爾生產流程:鈦礦--電爐熔煉生產高鈦渣--氯化生產四氯化鈦--鎂還原+蒸餾生產海綿鈦的工藝路線被廣泛應用??藙跔柗ㄉa海綿鈦的鎂還原蒸餾法是一個高能耗、高二氧化碳排放的過程。多年來人們一直在研究探索一種更好的新工藝,以降低能耗、降低碳排放、低成本的海綿鈦生產新工藝??茖W家在鈦冶煉領域進行了許多新的工藝方法嘗試,但都沒能有效的解決鈦原料生產中的高能耗、高污染、高成本等實際問題,目前還沒有一種新的鈦金屬冶煉新技術得到有效的推廣應用。

電解沉積樹枝狀鈦晶

近期,據報道,美國Universal Achemetal Titanium(UAT)與東邦鈦公司(Toho Titanium)合作,通過新的工藝技術方法,避免了在鈦礦提煉反應時的碳元素加入,來解決工藝制取過程中溫室氣體二氧化碳的排出,探索出一種新的鈦冶煉提取方法,即將帶來鈦原料制取技術的新突破,有望實現商業化應用。

克勞爾法(Kroll)鈦金屬提取法,是將粉末狀鈦礦(Ti02)置于熔煉爐中,注入氯氣和還原劑煤焦,加熱到1000℃左右實現化學反應,來制取液態四氯化鈦,反應產生大量的二氧化碳氣體。這種工藝方法生產一噸金屬鈦會產生大約10噸二氧碳氣體,在鎂還原蒸餾工序,將消耗掉大量的電能,生產一噸海綿鈦大約需要消耗2~3萬度電,并且蒸餾還原過程中鈦金屬中的雜質去除難度也非同一般,這就造成了海綿鈦生產的高污染、高能耗、高成本等諸多弊端。

UAT公司研究的鈦冶煉提取新工藝技術方法,是在粉末狀鈦礦(Ti02)中添加氟化鈣和鋁,混合物在冶煉爐中發生劇烈的鋁熱還原反應,燃燒反應后的氧化鋁和氟化鈣易于分離,再采用電解法將金屬鈦溶入電解液中,之后在電極表面形成固態的樹枝狀鈦金屬沉積物,經水洗或真空分離得到金屬鈦。此方法制取的鈦金屬雜質含量低,比克勞爾法的去除雜質效果好。這個工藝技術流程中沒有碳元素的參與,解決了生產過程中二氧化碳的大量排放,工藝方法更加環保,此工藝流程的耗電量也比克勞爾法降低70%左右。生產中電解沉積制取的鈦金屬,可直接用于制取鈦粉或用作生產纖維燒結多孔薄板等。新的工藝技術有效地解決了鈦金屬原料制取中的高能耗、高污染,并能獲得純度更高、成本更低的鈦金屬原材料。

在實驗室研究的基礎上,2021年日本東邦鈦公司為這項新的提取技術建設了中試車間,包括不同型號的大小電解沉積槽等,并在試生產試驗中優化改進了電解提純工藝,成功批量化生產出比克勞爾法純度更高、氧含量更低的鈦金屬,這為新技術的商業化應用邁出成功的第一步。


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