Wymiennik ciepła z cewką tytanową – technologia przetwarzania tytanu

Zainteresowanie wysokiej jakości częściami wykonanymi z proszku o wysokiej czystości produkowanego przez firmę International Titanium Powder Titanium Equipment, Titanium Coil,Wymiennik ciepła z cewką tytanową, Titanium Reactor, Titanium Evaporator Company uwzględnia jedynie obecne metody obróbki skrawaniem lub formowania proszku. Niewielki procent kosztów. Proszek można stosować jako materiał z wyboru w kilku technikach kształtowania bliskiej sieci, takich jak osadzanie laserowe i formowanie strumieniowe metalu.

Technologia obróbki tytanu

Tytan ma unikalne właściwości: niską gęstość, wysoką wytrzymałość właściwą, wytrzymałość w wysokiej temperaturze, super odporność na korozję. Jako metal konstrukcyjny tytan zajmuje czwarte miejsce w skorupie ziemskiej, ustępując jedynie żelazu, aluminium i magnezowi i przewyższając sumę niklu, miedzi, chromu, ołowiu, cyny i cynku. Jednakże obecne systemy produkcji tytanu są bardzo złożone i kosztowne. Tytan jest szlachetny, ponieważ obecny proces rafinacji rudy na metal jest wieloetapowym procesem usuwania partii w wysokiej temperaturze. Zaczynamy od opisu aktualnej technologii tytanu, a następnie omawiamy cztery najbardziej obiecujące sposoby zmniejszenia kosztów tytanu. Metody te obejmują metody Krolla, Huntera, Cambridge i Armstronga.

1. Aktualna metoda ekstrakcji tytanu

Obecnie produkcja tytanu metalicznego rozpoczyna się od rutylu TiO2. Rutyl i koks naftowy chloruje się w reaktorze ze złożem fluidalnym w temperaturze 1000 stopni (1830 stopni F) w celu wytworzenia TiCl4.

TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO2

Produkcję tytanu można również rozpocząć z innych tanich źródeł, takich jak ilmenit lub żużel, ale zawiera on więcej żelaza i innych zanieczyszczeń. Ciekły TiCl4 jest oczyszczany, a około 90% TiCl4 utlenia się do TiO2 na potrzeby przemysłu pigmentowego.

Punkt wyjścia dla wszystkich komercyjnych procesów TiCl4. Dwa główne powody, dla których warto zacząć od TiCl4 to ① wysoka czystość TiCl4 oraz ② separacja tytanu i tlenu

2. Metoda Krolla

W porównaniu z metodą opracowaną przez firmę DuPont w 1948 roku, obecnie stosowana metoda Krolla nie uległa większym zmianom, obejmując głównie następujące metody. Czystą na sucho parówkę ze stali nierdzewnej odpowietrzono i napełniono argonem. Następnie do parownika wprowadza się magnez użyty do redukcji TiCl4. Rozgrzej parowiec do 800 stopni -900 stopni (1470 stopni F-1650 stopni F), a następnie powoli wprowadzaj TiCl4 do parowca. Wzór reakcji redukcji magnezu TiCl4 jest następujący:

TiCl4+2MgTi+2MgCl2

W miarę postępu redukcji MgCl2 okresowo wypływa. Po kilku dniach, w zależności od wielkości retorty, reakcja ustaje i wzrasta ciśnienie w retorcie. W tym momencie około 30% magnezu pozostało nieprzereagowane. Tytan metaliczny tworzący porowatą substancję przypominającą gąbkę.

Teraz w parowniku znajduje się tytan metaliczny (gąbka tytanowa), nieprzereagowany magnez i trochę MgCl2. Zanieczyszczenia te można usunąć poprzez ługowanie lub destylację próżniową. Destylacja próżniowa pozostawia tytan gąbczasty poprzez podniesienie temperatury retorty i usunięcie nieprzereagowanego magnezu i MgCl2 pod próżnią. Następnie reaktor otwiera się i usuwa tytan. Pokrój gąbkę tytanową na kawałki o długości 0,6 cm0,25, dodaj metale stopowe i ewentualnie pozostałości tytanu, a następnie przetop je na wlewki. W celu zapewnienia jednorodności i usunięcia wtrąceń żużla wlewek przetapia się jeszcze raz lub dwa razy.

3. Elektroliza

W 1953 roku Kroll przewidział, że za 15 lat do produkcji tytanu zostanie wykorzystana elektroliza. Ale dlaczego od ponad 50 lat nie zbudowano żadnej komercyjnej fabryki tytanu elektrolitycznego?

Oczekuje się, że elektroliza będzie miała taki sam wpływ, jak wprowadzenie procesu Halla-Heroulta, który znacznie zmniejszył zainteresowanie produkcją aluminium. Przed Hall-Heroult aluminium redukowano sodem, a odsetki były droższe niż złoto. Jednak ze względu na dużą różnicę między tytanem i aluminium, trudniej jest wyprodukować tytan poprzez elektrolizę.

Z jednej strony temperatura topnienia tytanu jest o 1000 stopni (1800 stopni F) wyższa niż temperatura aluminium. Dlatego jak dotąd cały sprzęt z tytanu w stanie stałym, cewki tytanowe, tytanowe wymienniki ciepła, reaktory tytanowe i parowniki tytanowe wytwarzane w procesie elektrolizy mają tkankę dendrytyczną i ulegają utracie elektrolitu z powodu opóźnienia. W kąpieli elektrolitycznej aluminium ma tylko jedną wartościowość w stanie ustalonym, podczas gdy tytan ma dwie. Ten stan wielowartościowy powoduje utratę wydajności elektronicznej. Ale głównym problemem jest to, że metoda elektrolizy może nie być tańsza niż metoda Krolla, ponieważ obie zaczynają się od TiCl4. Niektóre analizy ekonomiczne wskazują, że metoda elektrolizy powinna zaoszczędzić trochę pieniędzy niż metoda Krolla. Jednak produkcja na skalę pilotażową niektórych firm tego nie udowodniła.

Elektroliza stała się głównym obszarem badań nad elektroekstrakcją. Ale nigdy nie był produkowany przemysłowo. Rzeczywistość jest taka, że ​​wszyscy wydali setki tysięcy dolarów na budowę eksperymentalnych fabryk, a następnie porzucili te projekty.

4. Metoda Cambridge FFC

Druga to bardziej radykalna metoda redukcji elektrolitycznej ogłoszona przez Dereka Fraya z Uniwersytetu w Cambridge, która wzbudziła zainteresowanie ludzi. W tej metodzie TiO2 jest prasowany w granulki, a następnie stosowany jako katoda w kąpieli o temperaturze 950 stopni (1740 stopni F) z chlorku wapnia (CaCl2), z elektrodą grafitową jako anodą. Po przyłożeniu prądu elektrycznego tlen jest jonizowany i rozpuszczany w kąpieli CaCl2. Ponieważ w roztworze znajduje się tlen jednowartościowy, eliminuje się problem dwuwartościowych jonów tytanu. Tytan wytwarzany tą metodą zawiera jedynie 60 ppm tlenu w skali kilogramowej.

Metoda rozpoczyna się od rutylu, więc teoretycznie zainteresowanie produkcją tytanu powinno zostać znacznie zmniejszone. Jednakże rutyl nie jest czystym TiO2 i należy znaleźć alternatywę dla chlorowania do oczyszczania. Ponadto jednym z powodów jest to, że metoda chlorowania oddziela tytan od tlenu. Wiele wcześniejszych prób wyprodukowania tytanu o niskiej zawartości tlenu zakończyło się niepowodzeniem

Aby proces ten przebiegł sprawnie, niezbędny jest nie tylko sukces elektrolizy TiO2, ale także znalezienie niedrogiego źródła czystego TiO2. Od produkcji na małą skalę do industrializacji na skalę tonową jeszcze długa droga. Ponieważ metoda ta może znacznie obniżyć koszt tytanu, warto ją przestudiować.