Metode persiapan besi tua titanium

Titanium dan paduannya memiliki sifat yang sangat baik seperti ketahanan korosi kepadatan rendah dan ketahanan suhu tinggi. Industri titanium dunia sedang mengalami transisi dari model tunggal dengan dirgantara sebagai pasar utama ke model terdiversifikasi yang berfokus pada pengembangan metalurgi, energi, transportasi, industri kimia, biomedis, dan bidang sipil lainnya. Saat ini, dunia dapat melakukan produksi industri titanium hanya di beberapa negara seperti Amerika Serikat, Jepang, Rusia, Cina dan negara-negara lain, total produksi titanium tahunan dunia hanya beberapa puluh ribu ton. Namun karena nilai strategis titanium yang signifikan dan status perekonomian nasional, titanium akan menjadi kebangkitan besi, aluminium, setelah "logam ketiga", abad ke-21 akan menjadi abad titanium.

Metode produksi titanium saat ini Produksi titanium saat ini menggunakan metode reduksi termal logam, yang mengacu pada penggunaan reduktor logam (R) dan oksida logam atau klorida (MX) dari reaksi untuk menyiapkan logam M. Produksi industri metode metalurgi titanium untuk magnesium metode reduksi termal (metode Kroll) dan metode reduksi termal natrium (metode Hunter). Karena metode Hunter lebih mahal dibandingkan metode Kroll, maka satu-satunya metode yang saat ini banyak digunakan di industri adalah metode Kroll, yang telah dikritik sejak dikembangkan pada tahun 1948 karena biayanya yang tinggi dan efisiensi reduksi yang rendah. Setengah abad kemudian, prosesnya belum berubah secara mendasar, produksi masih terputus-putus, gagal mewujudkan produksi berkelanjutan.

Metode produksi logam titanium menjadi tren baru dalam industri titanium dunia setelah beberapa dekade pengembangan, meskipun metode Kroll dan metode Hunter mengalami serangkaian perbaikan, namun operasinya terputus-putus, perbaikan kecil tidak dapat secara signifikan mengurangi harga titanium. Oleh karena itu, proses berkelanjutan yang baru dan berbiaya rendah harus dikembangkan untuk memecahkan masalah biaya produksi yang tinggi secara mendasar. Untuk tujuan ini, para peneliti telah melakukan sejumlah besar eksperimen dan penelitian. Penelitian saat ini berfokus pada metode berikut: metode reduksi elektrokimia untuk mengurangi biaya, penelitian deoksidasi langsung logam titanium. Beberapa orang di luar negeri menggunakan metode elektrokimia untuk mengurangi konsentrasi oksigen terlarut padat dalam titanium hingga batas deteksi (500 ppm) di bawah. Mereka percaya bahwa dalam proses deoksidasi elektrokimia, kalsium deoksidasi diproduksi dalam elektrolisis garam cair kalsium klorida, dan O2- diendapkan dalam bentuk CO2 atau CO di anoda. Metode pemurnian tinggi baru ini digunakan tidak hanya untuk deoksigenasi titanium, tetapi juga untuk logam tanah jarang seperti yttrium dan neodymium, serta dapat mengurangi kandungan oksigen hingga 10 ppm.

Metode elektrokimia industrialisasi proses eksperimental adalah: pertama-tama, bubuk titanium dioksida dengan pengecoran atau cetakan bertekanan, disinter untuk katoda, grafit sebagai anoda, CaCl2 sebagai garam cair, dalam wadah grafit atau titanium untuk elektrolisis. Tegangan yang diberikan adalah 2,8V hingga 3,2V, lebih rendah dari tegangan dekomposisi CaCl2 (3,2V hingga 3,3V). Setelah waktu elektrolisis tertentu, katoda berubah dari putih menjadi abu-abu, dan transformasi spons titanium 0.25 μm TiO2 menjadi 12 μm diamati di bawah SEM. Alasan utama penggunaan kalsium klorida sebagai garam cair adalah harganya yang murah dan kelarutannya dalam O2-, yang membuat titanium yang diendapkan tidak mudah teroksidasi; selain itu, CaCl2 tidak beracun dan tidak mencemari lingkungan.

Dibandingkan dengan elektrolisis garam cair TiCl4, bahan baku yang digunakan dalam metode ini adalah oksida, bukan klorida yang mudah menguap, sehingga proses pembuatannya dapat disederhanakan, dan kualitas produknya tinggi; tidak akan ada reaksi redoks antara ion valensi titanium; gas pengendapan anoda adalah oksigen murni (anoda inert) atau campuran CO dan CO2 (anoda grafit), yang mudah dikontrol dan tidak menimbulkan polusi.

Metode ini tidak hanya mendorong reaksi reduksi di dekat katoda, tetapi juga mendeoksidasi titanium yang diperoleh melalui reduksi. Metode ini menggabungkan reduksi oksida secara elektrolitik dan deoksigenasi elektrokimia, yang merupakan metode baru dalam pembuatan titanium, dan telah menjadi metode yang paling menonjol dalam proses ekstraksi titanium. Menurut data makalah yang diterbitkan di jurnal Inggris Nature pada tahun 2000, diperkirakan penggunaan metode ini mengurangi biaya produksi spons titanium sekitar 13,000 dolar AS per ton , dan total produksi global saat ini sebesar 50,000 hingga 60.000 ton akan menghemat biaya produksi sebesar 770 juta dolar AS per tahun jika dialihkan ke produksi metode elektrokimia ini.

Metode Armstrong Amstrong dkk. untuk meningkatkan metode Hunter, menjadikannya proses produksi berkelanjutan. Prosesnya adalah sebagai berikut: Gas TiCl4 pertama-tama disuntikkan ke dalam natrium cair berlebih, yang bertindak sebagai zat pendingin untuk mereduksi produk dan membawanya ke proses pemisahan. Hapus natrium dan garam untuk mendapatkan produk bubuk titanium. Kandungan oksigen dalam produk serendah 0,2%, mencapai standar titanium sekunder. Sedikit perbaikan pada proses dapat menghasilkan paduan VTi dan AlTi. Dibandingkan dengan metode Hunter, metode ini memiliki keunggulan produksi berkelanjutan, investasi rendah, penerapan produk luas, dan produk sampingan yang terurai menjadi natrium dan klorin dapat didaur ulang.

Metode reduksi elektrolitik TiCl4 Dari segi proses elektrolitik, penggunaan metode elektrolitik TiCl4 lebih unggul daripada metode Kroll dan Hunter. Oleh karena itu, sejak awal pengembangan metode reduksi termal Kroll, terdapat ide untuk mengubah proses peleburan titanium menjadi metode elektrolitik.

Metode reduksi elektrolitik TiCl4 adalah satu-satunya yang pernah dianggap sebagai pengganti proses Kroll, Amerika Serikat, bekas Uni Soviet, Jepang, Perancis, Italia, Cina dan sebagainya telah melakukan penelitian jangka panjang dan dalam- penelitian mendalam mengenai hal tersebut. Metode reduksi elektrolitik TiCl4 secara teknis diperlukan untuk mengubah TiCl4 menjadi titanium klorida bervalensi rendah dan melarutkannya dalam lelehan, dan pada saat yang sama, perlu untuk memisahkan area katoda dari area anoda dan membuat tangki elektrolit tertutup. .

Orang Italia telah mengerjakan elektrolisis TiCl4, mereka menganalisis data elektrolisis klorinasi dan menemukan bahwa ketika suhu di atas 900 derajat, tidak ada Ti2+ atau Ti3+ dalam elektrolit, tetapi hanya Ti 4+ dan Ti. Proses elektrolisis yang dilakukan atas dasar ini adalah sebagai berikut: Gas TiCl4 disuntikkan ke dalam elektrolit multi-lapis dan diserap. Lapisan multi-fase ini terdiri dari ion kalium, kalsium, titanium, klorin dan fluor serta kalium dan kalsium, dan memisahkan katoda titanium dari anoda grafit. Titanium cair yang dihasilkan di lapisan paling bawah tenggelam ke dasar bak mandi ke dalam wadah tembaga dengan pendingin air untuk membentuk ingot. Namun kemurnian titanium yang diperoleh dengan metode ini tidak tinggi dan efisiensinya rendah.

Outlook memiliki kinerja yang unggul dan sumber daya titanium yang melimpah sejak paruh kedua abad ke-20 sebagai bahan yang ideal untuk diperhatikan, namun sejauh ini logam langka tersebut belum menghasilkan titanium yang produksi tahunannya di dunia hanya puluhan ribu ton. Karena metode Kroll adalah mereduksi titanium tetraklorida dengan logam magnesium untuk mendapatkan logam titanium sepon, ditambah dengan proses yang lama, iterasi beberapa proses dan faktor lainnya, mengakibatkan tingginya biaya spons titanium, mempengaruhi penerapan titanium di berbagai industri, sehingga belum dipopulerkan untuk digunakan di banyak bidang aplikasi. Namun, kami percaya bahwa dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, pengembangan proses produksi baru logam titanium, pengurangan biaya produksi, perluasan skala produksi, abad ke-21 akan benar-benar menjadi abad titanium.