Titana ima u izobilju u Zemljinoj kori, a Kina je na prvom mjestu u svijetu po resursima titana, s dokazanim rezervama koje čine približno 38,8% ukupnih svjetskih rezervi. Ti su resursi raspoređeni u više od 100 rudarskih područja u više od 20 provincija i regija, prvenstveno koncentriranih u jugozapadnim, središnjim-južnim i sjevernim regijama Kine. Konkretno, naslage vanadij-titan magnetita u regiji Panxi svjetski su poznate po svojim značajnim rezervama, koje čine 92% kineskih resursa titana, što predstavlja čvrst temelj za industriju titana u zemlji. Međutim, trenutni proces proizvodnje titana karakteriziraju dugi procesni ciklusi, velika potrošnja energije i ozbiljno zagađenje, što dovodi do visokih cijena i ograničava njegovu široku upotrebu. Posljedično, razvoj novih jeftinih metoda proizvodnje titana od iznimne je važnosti za ubrzavanje kineske tranzicije iz zemlje s velikim resursima titana u elektranu proizvodnje titana.
Tradicionalni metalurški proces titana
Tradicionalni postupak taljenja titana, poznat kao "Krollov proces", uključuje redukciju titanovog tetraklorida (TiCl4) s metalnim natrijem ili magnezijem kako bi se dobio metalni titan. Budući da se titan proizvodi ispod točke taljenja, postoji u obliku spužve, otuda i naziv "spužvasti titan". Krollov proces sastoji se od tri glavne faze: priprema materijala bogatih titanom, proizvodnja TiCl4 te redukcija i destilacija za proizvodnju spužvastog titana.
Novi metalurški procesi titana
Kako bi smanjili troškove proizvodnje metalnog titana, istraživači su istražili brojne nove metode ekstrakcije, uključujući elektrolizu TiCl4, ITP (Armstrong) proces, FFC proces, OS proces, Pre-Reduction Process (PRP), QT proces, MER proces i USTB proces .
TiCl4 elektroliza za proizvodnju titana
Titanovi oksidi i titanovi kloridi mogu poslužiti kao sirovine za industrijsku proizvodnju titana. Međutim, samo je titanijev klorid korišten kao prekursor za proizvodnju metalnog titana zbog njegove sposobnosti učinkovitog uklanjanja nečistoća kisika i ugljika. Trenutno se istraživanje usredotočuje na pripremu i pročišćavanje TiCl4, s metodama kao što su termička redukcija natrija, redukcija kisika, redukcija vodika i izravna elektroliza.
Armstrong/ITP (International Titanium Powder) proces
Osnovan 1997., ITP, sa sjedištem u Chicagu, SAD, koristi plinoviti natrij za redukciju TiCl4, omogućujući kontinuiranu proizvodnju titanovog praha. Ova metoda uključuje ubrizgavanje para TiCl4 u struju plinovitog natrija, stvarajući prah titana i NaCl, koji se potom odvajaju destilacijom, filtracijom i pranjem. Proces se može pohvaliti visokom čistoćom proizvoda i prihvatljivošću za okoliš, ali ostaju izazovi u smanjenju troškova proizvodnje i poboljšanju kvalitete proizvoda.
FFC proces (Cambridge proces)
Predložen 2000. godine od strane profesora DJ Fraya i njegovih suradnika sa Sveučilišta u Cambridgeu, FFC proces uključuje elektrolizu čvrstog titanijevog oksida kao katode, grafita kao anode i taline klorida zemnoalkalijskog metala kao elektrolita. Ova metoda je ekološki prihvatljiva, s kratkim proizvodnim ciklusom, ali se suočava s izazovima poput visokog sadržaja kisika u proizvodu i diskontinuiteta procesa.
OS proces
Ovaj proces koji su razvili One i Suzuki u Japanu, koristi elektrolitički dobiven kalcij za redukciju TiO2 u metalni titan. Proces se odvija u talini Ca/CaO/CaCl2, s prahom titanijevog oksida smještenim u katodnu košaru. Metoda obećava značajno smanjenje troškova, ali proizvodi metalni titan s relativno visokim sadržajem kisika.
PRP proces
Predložena od strane japanskih znanstvenika, ova metoda miješa TiO2 sa sredstvima za fluksiranje kao što su CaO ili CaCl2, oblikuje smjesu, sinteruje je i izlaže parama kalcija na visokim temperaturama kako bi se proizveo titanski prah. Dobiveni prah može postići čistoću od 99% sa smanjenim sadržajem kisika.
QiT proces
Razvijen od strane Quebec Iron and Titanium Inc., ovaj proces uključuje elektrolizu titanijske troske u okruženju rastaljene soli za proizvodnju metalnog titana. Proces se može izvesti u jednom ili dva koraka, ovisno o sadržaju titana i razinama nečistoća u troski.
MER proces
Ovaj proces koji je razvila MER Corporation koristi TiO2 ili rutil kao anodu i smjesu klorida kao elektrolit. Anoda emitira mješavinu plinova CO i CO2 tijekom elektrolize, dok se ioni titana reduciraju u metalni titan na katodi.
USTB proces
Godine 2005. profesor Zhu Hongmin i njegov tim sa Sveučilišta za znanost i tehnologiju u Pekingu predložili su novu metodu za ekstrakciju spužvastog titana elektrolizom rastaljene soli - elektrolizom TiO·mTC anode, topive krute otopine TiO2 i TiC, da proizvode čisti titan.
Ova metoda uključuje miješanje praha ugljika i titanijevog dioksida ili titanijevog karbida i titanijevog dioksida u stehiometrijskim omjerima, prešanje u obliku, a zatim pod određenim uvjetima formiranje TiO·mTC anode s metalnom vodljivošću. Koristeći rastaljenu sol halogenida alkalijskih ili zemnoalkalijskih metala kao elektrolit, elektroliza se izvodi na određenoj temperaturi. Tijekom ovog procesa titan se otapa u rastaljenoj soli u obliku niskovalentnih iona i taloži na katodi, dok ugljik i kisik sadržani u anodi tvore plinovite ugljikove okside (CO, CO2) ili kisik (O2) koji se oslobađaju . Ovom se metodom može proizvesti metalni prah titana visoke čistoće s udjelom kisika manjim od 300×10-6, koji zadovoljava nacionalni standard prvog stupnja i postiže učinkovitost katodne struje do 89%.
Značajne prednosti ove metode uključuju mogućnost kontinuiranog izvođenja procesa elektrolize bez stvaranja anodnog mulja, jednostavnost procesa, nisku cijenu i prihvatljivost za okoliš.
Ekstrakcija metalnog titana značajno je istraživačko područje u metalurgiji, a proces elektrolize rastaljene soli smatra se najperspektivnijom alternativom Kroll procesu za metalurgiju titana. S obzirom na goleme rezerve i kritičnu važnost resursa titana, sveobuhvatno korištenje vanadifernog titanomagnetita od velikog je značaja. Ispitujući trenutni status istraživanja i razvoja procesa ekstrakcije titana, procesi koji koriste TiCl4 kao prekursor općenito se suočavaju s poteškoćama u smanjenju troškova, dok izravna priprema metalnog titana iz TiO2 zaslužuje daljnje dubinsko istraživanje. Ako se tehnički problemi mogu prevladati, primjena u industrijskim razmjerima može postati izvediva.
