Titanijuma ima u izobilju u Zemljinoj kori, a Kina je na prvom mestu u svetu po resursima titanijuma, sa dokazanim rezervama koje čine oko 38,8% ukupnih svetskih rezervi. Ovi resursi su raspoređeni u više od 100 rudarskih područja u preko 20 provincija i regiona, prvenstveno koncentrisanih u jugozapadnim, centralno-južnim i sjevernim regionima Kine. Konkretno, nalazišta vanadij-titanijum magnetita u regionu Panxi su svetski poznata po svojim značajnim rezervama, koje čine 92% kineskih resursa titanijuma, pružajući solidnu osnovu za industriju titana u zemlji. Međutim, trenutni proces proizvodnje titanijuma karakterišu dugi procesni ciklusi, velika potrošnja energije i ozbiljno zagađenje, što dovodi do visokih cena i ograničava njegovu široku upotrebu. Shodno tome, razvoj novih jeftinih metoda proizvodnje titanijuma je od najveće važnosti za ubrzanje kineske tranzicije iz zemlje koja ima veliki resursi titanijuma u elektranu proizvodnje titanijuma.
Tradicionalni metalurški proces titana
Tradicionalni proces topljenja titana, poznat kao "Kroll proces", uključuje redukciju titanijum tetrahlorida (TiCl4) metalnim natrijumom ili magnezijumom da bi se dobio metalni titanijum. Kako se titanijum proizvodi ispod tačke topljenja, on postoji u obliku spužve, otuda i naziv "spužvasti titanijum". Kroll proces se sastoji od tri glavne faze: priprema materijala bogatih titanijumom, proizvodnja TiCl4 i redukcija i destilacija za proizvodnju spužvastog titana.
Novi metalurški procesi titana
Da bi smanjili troškove proizvodnje metalnog titanijuma, istraživači su istražili brojne nove metode ekstrakcije, uključujući TiCl4 elektrolizu, ITP (Armstrong) proces, FFC proces, OS proces, predredukcioni proces (PRP), QT proces, MER proces i USTB proces .
TiCl4 elektroliza za proizvodnju titana
Titanijum oksidi i titanijum hloridi mogu poslužiti kao sirovine za industrijsku proizvodnju titana. Međutim, samo titanijum hlorid se koristio kao prekursor za proizvodnju metala titanijuma zbog svoje sposobnosti da efikasno uklanja nečistoće kiseonika i ugljenika. Trenutna istraživanja se fokusiraju na pripremu i prečišćavanje TiCl4, sa metodama kao što su termička redukcija natrijuma, redukcija kiseonika, redukcija vodonika i direktna elektroliza.
Armstrong/ITP (International Titanium Powder) proces
Osnovan 1997. godine, ITP, sa sjedištem u Chicagu, SAD, koristi plinoviti natrijum za smanjenje TiCl4, omogućavajući kontinuiranu proizvodnju titanovog praha. Ova metoda uključuje ubrizgavanje pare TiCl4 u mlaz gasa natrijuma, stvarajući titanijum u prahu i NaCl, koji se zatim odvajaju destilacijom, filtracijom i pranjem. Proces se može pohvaliti visokom čistoćom proizvoda i ekološkom prihvatljivošću, ali ostaju izazovi u smanjenju troškova proizvodnje i poboljšanju kvaliteta proizvoda.
FFC proces (Cambridge proces)
Predložen 2000. godine od strane profesora DJ Fraya i njegovih saradnika na Univerzitetu u Kembridžu, FFC proces uključuje elektrolizu čvrstog titanijum oksida kao katode, grafita kao anode i taline zemnoalkalnog hlorida kao elektrolita. Ova metoda je ekološki prihvatljiva, s kratkim proizvodnim ciklusom, ali se suočava s izazovima kao što su visok sadržaj kisika u proizvodu i prekid procesa.
OS Proces
Razvijen od strane One i Suzukija u Japanu, ovaj proces koristi elektrolitički dobiveni kalcij za redukciju TiO2 u metalni titan. Proces se odvija u topljenju Ca/CaO/CaCl2, sa prahom titanijum oksida koji se stavlja u katodnu korpu. Metoda obećava značajno smanjenje troškova, ali proizvodi metalni titan s relativno visokim sadržajem kisika.
PRP proces
Predložena od strane japanskih naučnika, ova metoda miješa TiO2 sa agensima za fluksiranje kao što su CaO ili CaCl2, oblikuje smjesu, sinteruje je i izlaže je kalcijevoj pari na visokim temperaturama kako bi se dobio titanov prah. Dobijeni prah može postići čistoću od 99% sa smanjenim sadržajem kisika.
QiT proces
Razvijen od strane Quebec Iron and Titanium Inc., ovaj proces uključuje elektrolizu titanijumske šljake u okruženju rastopljene soli da bi se dobio metalni titan. Proces se može izvesti u jednom ili dva koraka, u zavisnosti od sadržaja titana i nivoa nečistoća u šljaci.
MER proces
Razvijen od strane MER Corporation, ovaj proces koristi TiO2 ili rutil kao anodu i mješavinu klorida kao elektrolit. Anoda emituje mešavinu gasova CO i CO2 tokom elektrolize, dok se joni titana redukuju u metalni titan na katodi.
USTB Proces
Godine 2005, profesor Zhu Hongmin i njegov tim na Univerzitetu nauke i tehnologije u Pekingu predložili su novu metodu za ekstrakciju spužvastog titana putem elektrolize rastaljene soli - elektrolizu TiO·mTC anode, rastvorljive čvrste otopine TiO2 i TiC, za proizvodi čisti titanijum.
Ova metoda uključuje miješanje praha ugljenika i titanijum dioksida ili praha titanijum karbida i titan dioksida u stehiometrijskim proporcijama, njihovo presovanje u oblik, a zatim pod određenim uslovima formiranje TiO·mTC anode sa metalnom provodljivošću. Koristeći rastopljenu sol alkalnih ili zemnoalkalnih metala kao elektrolit, elektroliza se izvodi na određenoj temperaturi. Tokom ovog procesa, titan se rastvara u rastopljenu sol u obliku niskovalentnih iona i taloži se na katodi, dok ugljik i kisik sadržani u anodi formiraju plinovite ugljične okside (CO, CO2) ili kisik (O2) koji se oslobađaju. . Ovom metodom se može proizvesti metalni prah titanijuma visoke čistoće sa sadržajem kiseonika manjim od 300×10-6, ispunjavajući nacionalni standard prvog stepena i postižući efikasnost katodne struje do 89%.
Značajne prednosti ove metode uključuju mogućnost kontinuiranog izvođenja procesa elektrolize bez stvaranja anodne sluzi, jednostavnost procesa, nisku cijenu i ekološku prihvatljivost.
Ekstrakcija metalnog titana je značajno područje istraživanja u metalurgiji, a proces elektrolize rastaljene soli smatra se najperspektivnijom alternativom Kroll procesu za metalurgiju titana. S obzirom na ogromne rezerve i kritičnu važnost resursa titanijuma, sveobuhvatno korišćenje vanadifernog titanomagnetita je od velikog značaja. Ispitujući trenutni status istraživanja i razvoja procesa ekstrakcije titanijuma, procesi koji koriste TiCl4 kao prethodnik generalno se suočavaju sa poteškoćama u smanjenju troškova, dok direktna priprema metalnog titana iz TiO2 zaslužuje dalje dubinsko istraživanje. Ako se tehnički problemi mogu prevazići, primjena u industrijskim razmjerima može postati izvodljiva.
