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OD体育平台:4种可降低钛成本的钛加工技术

时间:2021-07-31 00:22 点击次数:
 本文摘要:钛具有:的独特性能,如低密度、高比强度、高温强度和强耐腐蚀性。作为一种结构金属,钛在地壳中排名第四,仅次于铁、铝和镁,超过镍、铜、铬、铅、锡和锌的总和。然而,目前的钛生产系统非常复杂和昂贵。 钛很便宜,因为目前从矿石到金属的提取过程是一个多步骤和高温的间歇过程。目前,有四种最有希望降低钛加工技术成本的方法。这些方法还包括萃取法、克罗尔法、电解法和剑桥法。目前,萃取法生产钛金属是指金红石(二氧化钛)。 金红石和石油焦在流化床反应器中于1000(1830)氯化生成四氯化钛。

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钛具有:的独特性能,如低密度、高比强度、高温强度和强耐腐蚀性。作为一种结构金属,钛在地壳中排名第四,仅次于铁、铝和镁,超过镍、铜、铬、铅、锡和锌的总和。然而,目前的钛生产系统非常复杂和昂贵。

钛很便宜,因为目前从矿石到金属的提取过程是一个多步骤和高温的间歇过程。目前,有四种最有希望降低钛加工技术成本的方法。这些方法还包括萃取法、克罗尔法、电解法和剑桥法。目前,萃取法生产钛金属是指金红石(二氧化钛)。

金红石和石油焦在流化床反应器中于1000(1830)氯化生成四氯化钛。钛也可以由其他低成本材料制成,如钛铁矿或炉渣,但它们含有更好的铁和其他杂质。制备液体四氯化钛,约90%的四氯化钛水解为二氧化钛,用于颜料工业。四氯化钛是所有商业化过程的起点。

从四氯化钛开始的两个主要原因是四氯化钛的纯度低和钛与氧的分离。与杜邦公司1948年开发的克罗尔法相比,克罗尔法目前使用的克罗尔法变化不大。

主要包括以下步骤:蜡和手洗不锈钢蒸锅抽真空,充氩气。然后将用于还原为四氯化钛的镁引入蒸锅。

将蒸笼冷却至800~ 900(1470~ 1650),然后将四氯化钛缓慢送入蒸笼。随着还原的扩大,氯化镁周期性地分流出去。几天后,用不同尺寸的蒸笼,反应暂停,蒸笼压力下降。

此时约有30%的镁没有反应。类似海绵状多孔材料的钛金属。目前蒸锅内有钛金属(海绵钛)、未反应的镁和部分氯化镁。

这些杂质可以通过浸出或真空提纯来去除。真空提纯法通过提高蒸锅的温度并在真空下除去未反应的镁和氯化镁,只留下海绵钛。

然后关闭反应器,加入钛。将海绵钛切割成0.6厘米的碎片,再次加入合金金属或一些钛渣,然后熔炼成锭。为了保证均匀分布和去除夹渣,铸锭应熔化一次或两次以上。

从一开始,就有人批评克罗尔的方法成本高、效率低。是一种上万步,很多都是劳动密集型的。

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但是50年过去了,虽然有很多新工艺,但是没有一个能代替。其实Kroll的方法没什么变化。

主要区别是蒸锅尺寸缩小,镁还原和真空提纯在同一个反应器中进行。亨特的方法和克罗尔的方法很像,只是镁被钠代替了。

虽然方法相似,但Hunt法的成本较低,所以Hunt法目前只用于小批量、类似高纯粉体的生产。不可能以革命性的方式改进克罗尔法来大幅度降低其价格,但可以通过逐渐做一些小的改动来降低钛的成本。电解1953年,克罗尔实现了,15年后将用于电解生产钛。

但是为什么50多年后商用电解钛厂还没有建成?人们仍然认为电解法需要像霍尔-赫罗特法的引入一样带来一些影响,大大降低铝的生产成本。在Hall-Heroult之前,铝是钠还原的,成本比黄金好。但是由于钛和铝的差别很小,电解生产钛更加困难。

一方面,钛的熔点是1000(1800),比铝低。所以到目前为止,电解产生的固体钛都是树枝状结构,由于延迟而作为电解液流失。在电解液中,铝只有一个稳定的化合价,而钛有两个。这种多重价态导致了电子效率的损失。

但主要问题是电解可能并不比克罗尔法便宜,因为两者都是从四氯化钛开始的。一些经济分析表明,电解法比罗尔法可以节省一些钱。

然而,一些公司进行的实验规模生产未能证明这一点。电解法已成为电解提取研究的一个主要领域。然而,工业生产 部分原因是一个工艺的研发时间比钛市场周期要好,没有一个实验工厂能在市场低迷中生存下来。

另一个原因可能是钛市场增长迅速而缓慢。其实商业厂商也在增加。也有人认为电解的成本总有一天会低于双极法。

钛可以电解生产,但问题是经济。GTT的马可吉纳塔一直用于氯化,并在意大利都灵建立了一个大型实验生产厂。

也许有一天,工业电解厂可以取代kroll的生产厂,但用四氯化钛开始的电解法,显然不可能大幅度降低钛的价格。另一种剑桥方法是剑桥大学的DerekFray宣布的更为保守的电解还原法,给人带来鼓励。该方法将二氧化钛压制成颗粒,然后在950(1740)的氯化钙(氯化钙)溶液中,用石墨电极代替阳极代替阴极。当施加电流时,氧气被电离并在氯化钙溶液中沉淀。

因为溶液中有一价氧,避免了二价钛离子的问题。用这种方法生产的钛,含氧仅为60ppm,刻度为千克。方法从金红石入手,理论上钛的生产成本应该不会大幅度降低。然而,金红石不是明显的二氧化钛。

有必要找到氯化消毒的替代品。另外其中一个原因是钛要用氯化的方法与氧气分离。


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