Méthode de préparation de la ferraille de titane

Le titane et ses alliages possèdent d'excellentes propriétés telles qu'une résistance à la corrosion à faible densité et une résistance à haute température. L’industrie mondiale du titane connaît la transition d’un modèle unique avec l’aérospatiale comme marché principal à un modèle diversifié axé sur le développement de la métallurgie, de l’énergie, des transports, de l’industrie chimique, de la biomédecine et d’autres domaines civils. À l'heure actuelle, le monde ne peut réaliser une production industrialisée de titane que dans quelques pays tels que les États-Unis, le Japon, la Russie, la Chine et d'autres pays, la production annuelle totale de titane n'étant que de quelques dizaines de milliers de tonnes. Mais en raison de la valeur stratégique importante du titane et du statut de l'économie nationale, le titane deviendra l'essor du fer, de l'aluminium, après le « troisième métal », le 21ème siècle sera le siècle du titane.

Méthodes actuelles de production de titane Production actuelle de titane utilisant la méthode de réduction thermique des métaux, qui fait référence à l'utilisation d'un réducteur métallique (R) et d'oxydes ou chlorures métalliques (MX) de la réaction pour préparer le métal M. Production déjà industrialisée de méthodes métallurgiques de titane pour le magnésium méthode de réduction thermique (méthode Kroll) et méthode de réduction thermique au sodium (méthode Hunter). La méthode Hunter étant plus coûteuse que la méthode Kroll, la seule méthode actuellement largement utilisée dans l'industrie est la méthode Kroll, critiquée depuis son développement en 1948 pour son coût élevé et sa faible efficacité de réduction. Un demi-siècle plus tard, le processus n'a pas fondamentalement changé, la production est toujours intermittente et n'a pas réussi à réaliser une production continue.

Méthode de production de titane métallique des nouvelles tendances dans l'industrie mondiale du titane après des décennies de développement, bien que la méthode Kroll et la méthode Hunter pour une série d'améliorations, mais elles fonctionnent par intermittence, de petites améliorations ne peuvent pas réduire de manière significative le prix du titane. Par conséquent, un nouveau procédé continu et peu coûteux devrait être développé afin de résoudre fondamentalement le problème des coûts de production élevés. Pour cela, les chercheurs ont mené un grand nombre d’expériences et d’études. La recherche actuelle se concentre sur les méthodes suivantes : méthode de réduction électrochimique afin de réduire les coûts, recherche sur la désoxydation directe du titane métallique. Certaines personnes à l'étranger utilisent des méthodes électrochimiques pour réduire la concentration d'oxygène solide dissous dans le titane jusqu'à la limite de détection (500 ppm) ci-dessous. Ils pensent que dans le processus de désoxydation électrochimique, le calcium désoxydant est produit lors de l'électrolyse du sel fondu de chlorure de calcium et que O2- est précipité sous forme de CO2 ou de CO à l'anode. Cette nouvelle méthode de purification élevée est utilisée non seulement pour la désoxygénation du titane, mais également des métaux des terres rares comme l'yttrium et le néodyme, et peut réduire la teneur en oxygène jusqu'à 10 ppm.

La méthode électrochimique d'industrialisation du procédé expérimental est la suivante : tout d'abord, la poudre de dioxyde de titane avec coulée ou moulage sous pression, frittée pour la cathode, le graphite comme anode, CaCl2 comme sel fondu, dans un creuset en graphite ou en titane pour l'électrolyse. La tension appliquée est de 2,8 V à 3,2 V, ce qui est inférieur à la tension de décomposition du CaCl2 (3,2 V à 3,3 V). Après un certain temps d'électrolyse, la cathode est passée du blanc au gris et la transformation de 0,25 μm de TiO2 en éponge de titane de 12 μm a été observée sous SEM. La principale raison de l'utilisation du chlorure de calcium comme sel fondu est son faible prix et sa solubilité pour O2-, ce qui rend le titane précipité difficile à oxyder ; de plus, le CaCl2 est non toxique et non polluant pour l'environnement.

Par rapport à l'électrolyse des sels fondus TiCl4, les matières premières utilisées dans cette méthode sont des oxydes plutôt que des chlorures volatils, de sorte que le processus de préparation peut être simplifié et que la qualité des produits est élevée ; il n'y aura pas de réaction redox entre les ions de valence titane ; le gaz de précipitation anodique est de l'oxygène pur (anode inerte) ou un mélange de CO et de CO2 (anode en graphite), facilement contrôlable et non polluant.

Cette méthode favorise non seulement la réaction de réduction à proximité de la cathode, mais désoxyde également le titane obtenu par réduction. Cette méthode combine la réduction électrolytique directe des oxydes et la désoxygénation électrochimique, qui est une nouvelle méthode de préparation du titane, et est devenue la méthode la plus remarquable dans le processus d'extraction du titane. Selon les données de l'article publié dans la revue britannique Nature en 2000, on estime que l'utilisation de cette méthode réduit le coût de production de l'éponge de titane d'environ 13,000 dollars américains par tonne. , et la production mondiale totale actuelle de 50,000 à 60 000 tonnes permettra d'économiser 770 millions de dollars américains par an en coûts de production si l'on passe à la production de cette méthode électrochimique.

Méthode Armstrong Amstrong et al. pour améliorer la méthode Hunter, en en faisant un processus de production continu. Le processus est le suivant : le gaz TiCl4 est d'abord injecté dans un excès de sodium fondu, qui agit comme un agent de refroidissement pour réduire le produit et l'amener au processus de séparation. Retirez le sodium et le sel pour obtenir la poudre de titane du produit. La teneur en oxygène du produit est aussi faible que 0,2 %, atteignant la norme du titane secondaire. Une légère amélioration du procédé permet de produire des alliages VTi, AlTi. Par rapport à la méthode Hunter, cette méthode présente les avantages d'une production continue, d'un faible investissement, d'une large gamme d'applications de produits et les sous-produits décomposés en sodium et chlore peuvent être recyclés.

Méthode de réduction électrolytique du TiCl4 Du point de vue du processus électrolytique, l'utilisation de la méthode électrolytique du TiCl4 est supérieure aux méthodes Kroll et Hunter. Ainsi, dès le début du développement de la méthode de réduction thermique de Kroll, est née l'idée de transformer le procédé de fusion du titane en un procédé électrolytique.

La méthode de réduction électrolytique du TiCl4 est la seule que l'on pensait autrefois pouvoir remplacer le procédé Kroll. Les États-Unis, l'ex-Union soviétique, le Japon, la France, l'Italie, la Chine, etc. recherche approfondie à ce sujet. La méthode de réduction électrolytique du TiCl4 est techniquement nécessaire pour convertir le TiCl4 en un chlorure de titane de faible valence et le dissoudre dans la masse fondue, et en même temps, il est nécessaire de séparer la zone cathodique de la zone anodique et de rendre le réservoir électrolytique scellé. .

Les Italiens ont travaillé sur l'électrolyse du TiCl4, ils ont analysé les données de l'électrolyse par chloration et ont découvert que lorsque la température est supérieure à 900 degrés, il n'y a pas de Ti2+ ou de Ti3+ dans l'électrolyte, mais seulement du Ti. 4+ et Ti. Le processus d'électrolyse établi sur cette base est le suivant : le gaz TiCl4 est injecté dans un électrolyte multicouche et absorbé. Cette couche multiphasée est constituée d'ions potassium, calcium, titane, chlore et fluor ainsi que de potassium et de calcium et sépare la cathode en titane de l'anode en graphite. Le titane liquide généré dans la couche la plus basse coule au fond du bain dans un creuset en cuivre refroidi par eau pour former des lingots. Cependant, la pureté du titane obtenu par ce procédé n'est pas élevée et le rendement est faible.

Outlook dispose de performances supérieures et de ressources abondantes en titane de la seconde moitié du 20e siècle comme matériau idéal, mais jusqu'à présent, la production annuelle mondiale de titane n'est que de dizaines de milliers de tonnes. Parce que la méthode Kroll consiste à réduire le tétrachlorure de titane avec du magnésium métallique pour obtenir du titane métallique spongieux, associée au long processus, à l'itération de plusieurs processus et à d'autres facteurs, entraînant un coût élevé de l'éponge de titane, affectant l'application du titane dans diverses industries, de sorte qu’il n’a pas encore été popularisé pour être utilisé dans de nombreux domaines d’application. Cependant, nous pensons qu'avec le développement de la science et de la technologie, le développement de nouveaux procédés de production de titane métal, la réduction des coûts de production et l'expansion de l'échelle de production, le 21e siècle deviendra véritablement le siècle du titane.