Mae titaniwm yn doreithiog yng nghramen y Ddaear, ac mae Tsieina yn safle cyntaf yn fyd-eang o ran adnoddau titaniwm, gyda chronfeydd wrth gefn profedig yn cyfrif am tua 38.8% o gyfanswm y byd. Dosberthir yr adnoddau hyn ar draws mwy na 100 o ardaloedd mwyngloddio mewn dros 20 o daleithiau a rhanbarthau, wedi'u crynhoi'n bennaf yn rhanbarthau de-orllewinol, canol-de a gogledd Tsieina. Yn benodol, mae'r adneuon magnetite vanadium-titanium yn rhanbarth Panxi yn fyd-enwog am eu cronfeydd wrth gefn sylweddol, gan gyfrif am 92% o adnoddau titaniwm Tsieina, gan ddarparu sylfaen gadarn ar gyfer diwydiant titaniwm y wlad. Fodd bynnag, nodweddir y broses gynhyrchu bresennol o ditaniwm gan gylchoedd proses hir, defnydd uchel o ynni, a llygredd difrifol, gan arwain at brisiau uchel a chyfyngu ar ei ddefnydd eang. O ganlyniad, mae datblygu dulliau cynhyrchu titaniwm cost isel newydd o'r pwys mwyaf ar gyfer cyflymu'r broses o drosglwyddo Tsieina o wlad adnoddau titaniwm mawr i bwerdy cynhyrchu titaniwm.
Proses Metelegol Titaniwm Traddodiadol
Mae'r broses mwyndoddi titaniwm traddodiadol, a elwir yn "broses Kroll," yn golygu lleihau tetraclorid titaniwm (TiCl4) gyda sodiwm metelaidd neu fagnesiwm i gael titaniwm metelaidd. Gan fod y titaniwm yn cael ei gynhyrchu o dan ei bwynt toddi, mae'n bodoli ar ffurf sbwng, a dyna pam yr enw "titaniwm sbwng." Mae proses Kroll yn cynnwys tri phrif gam: paratoi deunyddiau cyfoethog titaniwm, cynhyrchu TiCl4, a lleihau a distyllu i gynhyrchu titaniwm sbwng.
Prosesau metelegol Titaniwm Newydd
Er mwyn lleihau cost cynhyrchu titaniwm metelaidd, mae ymchwilwyr wedi archwilio nifer o ddulliau echdynnu newydd, gan gynnwys electrolysis TiCl4, proses ITP (Armstrong), proses FFC, proses OS, Proses Cyn Lleihau (PRP), proses QT, proses MER, a phroses USTB .
Electrolysis TiCl4 ar gyfer Cynhyrchu Titaniwm
Gall ocsidau titaniwm a chloridau titaniwm wasanaethu fel deunyddiau crai ar gyfer cynhyrchu titaniwm diwydiannol. Fodd bynnag, dim ond titaniwm clorid sydd wedi'i ddefnyddio fel rhagflaenydd ar gyfer cynhyrchu metel titaniwm oherwydd ei allu i gael gwared ar amhureddau ocsigen a charbon yn effeithiol. Mae ymchwil gyfredol yn canolbwyntio ar baratoi a phuro TiCl4, gyda dulliau megis gostyngiad thermol sodiwm, lleihau ocsigen, lleihau hydrogen, ac electrolysis uniongyrchol yn cael eu harchwilio.
Proses Armstrong/ITP (Powdwr Titaniwm Rhyngwladol).
Wedi'i sefydlu ym 1997, mae ITP, sydd wedi'i leoli yn Chicago, UDA, yn defnyddio sodiwm nwyol i leihau TiCl4, gan alluogi cynhyrchu powdr titaniwm yn barhaus. Mae'r dull hwn yn cynnwys chwistrellu anwedd TiCl4 i lif o nwy sodiwm, gan gynhyrchu powdr titaniwm a NaCl, sy'n cael eu gwahanu wedyn trwy ddistyllu, hidlo a golchi. Mae gan y broses burdeb cynnyrch uchel a chyfeillgarwch amgylcheddol, ond erys heriau o ran lleihau costau cynhyrchu a gwella ansawdd y cynnyrch.
Proses FFC (Proses Caergrawnt)
Cynigiwyd y broses FFC yn 2000 gan yr Athro DJ Fray a'i gydweithwyr ym Mhrifysgol Caergrawnt, ac mae'r broses FFC yn cynnwys electrolysio titaniwm ocsid solet fel y catod, graffit fel yr anod, a thoddiant metel clorid daear alcalïaidd fel yr electrolyt. Mae'r dull hwn yn gyfeillgar i'r amgylchedd, gyda chylch cynhyrchu byr, ond mae'n wynebu heriau megis cynnwys ocsigen uchel yn y cynnyrch a diffyg parhad prosesau.
Proses OS
Wedi'i ddatblygu gan One a Suzuki yn Japan, mae'r broses hon yn defnyddio calsiwm a gafwyd yn electrolytig i leihau TiO2 i ditaniwm metelaidd. Mae'r broses yn digwydd mewn toddi Ca/CaO/CaCl2, gyda phowdr titaniwm ocsid wedi'i osod mewn basged catod. Mae'r dull yn addo gostyngiadau cost sylweddol ond mae'n cynhyrchu metel titaniwm gyda chynnwys ocsigen cymharol uchel.
Proses PRP
Wedi'i gynnig gan ysgolheigion Japaneaidd, mae'r dull hwn yn cymysgu TiO2 ag asiantau fflwcs fel CaO neu CaCl2, yn siapio'r cymysgedd, yn ei sinteru, ac yn ei amlygu i anwedd calsiwm ar dymheredd uchel i gynhyrchu powdr titaniwm. Gall y powdr canlyniadol gyflawni purdeb o 99% gyda llai o gynnwys ocsigen.
Proses QiT
Wedi'i ddatblygu gan Quebec Iron a Titanium Inc., mae'r broses hon yn cynnwys electrolyzing titaniwm slag mewn amgylchedd halen tawdd i gynhyrchu metel titaniwm. Gellir perfformio'r broses mewn un neu ddau gam, yn dibynnu ar gynnwys titaniwm a lefelau amhuredd yn y slag.
Proses MER
Wedi'i ddatblygu gan MER Corporation, mae'r broses hon yn defnyddio TiO2 neu rutile fel anod a chymysgedd clorid fel yr electrolyt. Mae'r anod yn allyrru cymysgedd o nwyon CO a CO2 yn ystod electrolysis, tra bod ïonau titaniwm yn cael eu lleihau i ditaniwm metelaidd yn y catod.
Proses USB
Yn 2005, cynigiodd yr Athro Zhu Hongmin a'i dîm ym Mhrifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Beijing ddull newydd o echdynnu titaniwm sbwng trwy electrolysis halen tawdd - electrolysis anod TiO·mTC, hydoddiant solet hydawdd o TiO2 a TiC, i cynhyrchu titaniwm pur.
Mae'r dull hwn yn cynnwys cymysgu powdrau carbon a thitaniwm deuocsid neu garbid titaniwm a thitaniwm deuocsid mewn cyfrannau stoichiometrig, eu gwasgu i siâp, ac yna o dan amodau penodol, ffurfio anod TiO·mTC â dargludedd metelaidd. Gan ddefnyddio halen tawdd o fetel alcali neu halidau metel daear alcalïaidd fel yr electrolyte, perfformir electrolysis ar dymheredd penodol. Yn ystod y broses hon, mae titaniwm yn hydoddi i'r halen tawdd ar ffurf ïonau isel-falent a dyddodion yn y catod, tra bod y carbon a'r ocsigen sydd yn yr anod yn ffurfio ocsidau carbon nwyol (CO, CO2) neu ocsigen (O2) sy'n cael eu rhyddhau. . Gall y dull hwn gynhyrchu powdr metel titaniwm purdeb uchel gyda chynnwys ocsigen yn llai na 300 × 10-6, gan gwrdd â'r safon gradd gyntaf genedlaethol, a chyflawni effeithlonrwydd cyfredol catod o hyd at 89%.
Mae manteision nodedig y dull hwn yn cynnwys y gallu i berfformio'r broses electrolysis yn barhaus heb gynhyrchu llysnafedd anod, symlrwydd y broses, cost isel, a chyfeillgarwch amgylcheddol.
Mae echdynnu titaniwm metelaidd yn faes ymchwil sylweddol mewn meteleg, ac ystyrir mai'r broses electrolysis halen tawdd yw'r dewis arall mwyaf addawol i'r broses Kroll ar gyfer meteleg titaniwm. O ystyried y cronfeydd wrth gefn helaeth a phwysigrwydd hanfodol adnoddau titaniwm, mae'r defnydd cynhwysfawr o ditanomagnet vanadifferous yn arwyddocaol iawn. Gan archwilio statws ymchwil a datblygu cyfredol prosesau echdynnu titaniwm, mae prosesau sy'n defnyddio TiCl4 fel rhagflaenydd yn gyffredinol yn wynebu anawsterau o ran lleihau costau, tra bod paratoi titaniwm metelaidd yn uniongyrchol o TiO2 yn haeddu ymchwil fanwl bellach. Os gellir goresgyn materion technegol, efallai y bydd cymhwyso ar raddfa ddiwydiannol yn ymarferol.
