Bộ trao đổi nhiệt cuộn titan-Công nghệ xử lý titan

Sự quan tâm của các bộ phận chất lượng cao được làm bằng bột có độ tinh khiết cao được sản xuất bởi Thiết bị Titan Bột Titan Quốc tế, Cuộn Titan,Bộ trao đổi nhiệt cuộn titan, Lò phản ứng Titan, Công ty thiết bị bay hơi Titan chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong chi phí. Bột có thể được sử dụng làm vật liệu được lựa chọn cho một số kỹ thuật tạo hình gần lưới như lắng đọng bằng laser và đúc phun kim loại.

Công nghệ gia công titan

Titan có các đặc tính độc đáo: mật độ thấp, cường độ riêng cao, độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống ăn mòn siêu cao. Là một kim loại cấu trúc, titan đứng thứ tư trong lớp vỏ trái đất, chỉ đứng sau sắt, nhôm và magiê, và nhiều hơn tổng niken, đồng, crom, chì, thiếc và kẽm. Tuy nhiên, hệ thống sản xuất titan hiện nay rất phức tạp và tốn kém. Titan rất cao quý vì quy trình tinh chế từ quặng thành kim loại hiện nay là quy trình xử lý hàng loạt ở nhiệt độ cao, gồm nhiều bước. Chúng tôi bắt đầu bằng cách mô tả công nghệ titan hiện tại và sau đó thảo luận về bốn cách hứa hẹn nhất để giảm chi phí titan. Những phương pháp này bao gồm các phương pháp Kroll, Hunter, Cambridge và Armstrong.

1. Phương pháp chiết xuất titan hiện nay

Hiện nay, việc sản xuất kim loại titan bắt đầu từ TiO2 rutil. Than cốc rutile và dầu mỏ được clo hóa trong lò phản ứng tầng sôi ở nhiệt độ 1000 độ (1830 độ F) để tạo ra TiCl4.

TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO2

Việc sản xuất titan cũng có thể bắt đầu từ các nguồn chi phí thấp khác như ilmenit hoặc xỉ, nhưng nó chứa nhiều sắt và các tạp chất khác. TiCl4 lỏng được tinh chế và khoảng 90% TiCl4 bị oxy hóa thành TiO2 cho ngành công nghiệp bột màu.

Điểm khởi đầu cho tất cả các quy trình thương mại của TiCl4. Hai lý do chính để bắt đầu với TiCl4 là ① TiCl4 có độ tinh khiết cao và ② tách titan và oxy

2. Phương pháp Kroll

So với phương pháp do DuPont phát triển năm 1948, phương pháp Kroll được sử dụng hiện nay không có nhiều thay đổi, chủ yếu bao gồm các phương pháp sau. Một thiết bị bay hơi bằng thép không gỉ sạch khô đã được hút chân không và chứa đầy argon. Sau đó magie dùng để khử TiCl4 được đưa vào nồi hấp. Làm nóng nồi hấp đến 800 độ -900 độ (1470 độ F-1650 độ F) rồi cho TiCl4 từ từ vào nồi hấp. Công thức phản ứng TiCl4 khử magie như sau:

TiCl4+2MgTi+2MgCl2

Khi quá trình khử diễn ra, MgCl2 chảy ra theo chu kỳ. Sau một vài ngày, tùy thuộc vào kích thước của bình đun, phản ứng sẽ dừng lại và áp suất bình đun tăng lên. Tại thời điểm này, khoảng 30% magie vẫn chưa phản ứng. Kim loại titan tạo thành chất xốp giống như bọt biển.

Bây giờ có kim loại titan (bọt titan), magiê không phản ứng và một số MgCl2 trong thiết bị bay hơi. Những tạp chất này có thể được loại bỏ bằng cách lọc hoặc chưng cất chân không. Chưng cất chân không để lại titan xốp bằng cách tăng nhiệt độ của bình phản ứng và loại bỏ magie và MgCl2 không phản ứng trong chân không. Lò phản ứng sau đó được mở ra và titan được loại bỏ. Cắt miếng bọt biển titan thành các miếng 0.6cm0.25, thêm kim loại hợp kim và có thể cả một số cặn titan, sau đó nấu chảy chúng thành thỏi. Để đảm bảo tính đồng nhất và loại bỏ tạp chất xỉ, phôi được nấu chảy lại một hoặc hai lần.

3. Điện phân

Năm 1953, Kroll dự đoán rằng phương pháp điện phân sẽ được sử dụng để sản xuất titan trong 15 năm nữa. Nhưng tại sao hơn 50 năm qua vẫn chưa có nhà máy điện phân titan thương mại nào được xây dựng?

Điện phân được cho là sẽ có tác động tương tự như việc áp dụng quy trình Hall-Heroult làm giảm đáng kể lợi ích sản xuất nhôm. Trước Hall-Heroult, nhôm được khử bằng natri và tiền lãi đắt hơn vàng. Tuy nhiên, do sự khác biệt lớn giữa titan và nhôm nên việc sản xuất titan bằng phương pháp điện phân khó khăn hơn.

Một mặt, điểm nóng chảy của titan cao hơn 1000 độ (1800 độ F) so với nhôm. Do đó, cho đến nay, tất cả các thiết bị titan thể rắn, cuộn dây titan, bộ trao đổi nhiệt titan, lò phản ứng titan và thiết bị bay hơi titan được sản xuất bằng phương pháp điện phân đều có mô đuôi gai và bị mất chất điện phân do chậm trễ. Trong bể điện phân, nhôm chỉ có một hóa trị ở trạng thái ổn định, trong khi titan có hai hóa trị. Trạng thái đa hóa trị này gây ra sự mất hiệu suất điện tử. Nhưng vấn đề chính là phương pháp điện phân có thể không rẻ hơn phương pháp Kroll, vì cả hai đều bắt đầu từ TiCl4. Một số phân tích kinh tế chỉ ra rằng phương pháp điện phân sẽ tiết kiệm chi phí hơn phương pháp Kroll. Nhưng việc sản xuất quy mô thí điểm của một số công ty đã không chứng minh được điều đó.

Điện phân đã trở thành một lĩnh vực chính của nghiên cứu khai thác điện. Nhưng nó chưa bao giờ được sản xuất công nghiệp. Thực tế là mọi người đã bỏ ra hàng trăm nghìn USD để xây dựng những nhà máy thử nghiệm, rồi bỏ dở những dự án này.

4. Phương pháp FFC Cambridge

Phương pháp còn lại là phương pháp khử điện phân triệt để hơn do Derek Fray thuộc Đại học Cambridge công bố đã mang lại sự phấn khích cho mọi người. Trong phương pháp này, TiO2 được ép thành hạt và sau đó được sử dụng làm cực âm trong bể canxi clorua (CaCl2) 950 độ (1740 độ F), với điện cực than chì làm cực dương. Khi có dòng điện chạy vào, oxy bị ion hóa và hòa tan trong bể CaCl2. Vì oxy hóa trị một có trong dung dịch nên vấn đề về ion titan hóa trị hai được loại bỏ. Titan được sản xuất bằng phương pháp này chỉ chứa 60ppm oxy tính theo kg.

Phương pháp này bắt đầu với rutile, vì vậy về mặt lý thuyết, nhu cầu sản xuất titan sẽ giảm đi đáng kể. Tuy nhiên, rutile không phải là TiO2 tinh khiết và phải tìm ra giải pháp thay thế clo để tinh chế. Ngoài ra, một trong những nguyên nhân là do phương pháp clo hóa tách titan khỏi oxy. Nhiều nỗ lực trước đây nhằm sản xuất titan có hàm lượng oxy thấp đã thất bại

Để quá trình này diễn ra suôn sẻ, không chỉ cần điện phân TiO2 thành công mà còn phải tìm được nguồn TiO2 tinh khiết rẻ tiền. Vẫn còn một chặng đường dài để đi từ sản xuất quy mô nhỏ đến công nghiệp hóa quy mô tấn. Bởi vì phương pháp này có tiềm năng làm giảm đáng kể giá thành của titan nên rất đáng để nghiên cứu.