Tugtar tíotáiniam spúinse ar mhiotal tíotáiniam a fhaightear ó amhiarainn mar gheall ar a chuma scagach agus spúinseach. Tá tíotáiniam an-flúirseach mar eilimint cheimiceach. I measc na n-eilimintí miotail is flúirseach i screamh an domhain, tá tíotáiniam sa cheathrú háit (tar éis Al, Fe agus Mg). Is é an chéad mhianra a úsáidtear chun tíotáiniam a tháirgeadh ná rutile (TiO2) nó ilmenite (FeTiO3), tá ullmhú tíotáiniam miotalach ó na mianraí méine seo roinnte sna 5 chéim nó nósanna imeachta éagsúla seo a leanas, eadhon:
(1) Clóiráiltear mianraí chun TiCl4 a fhoirmiú;
(2) íonú driogtha TiCl;
(3) Laghdú TiCl4 chun tíotáiniam miotalach a tháirgeadh [próiseas Kroll];
(4) Bain na seachtháirgí den phróiseas laghdaithe chun miotail tíotáiniam (tíotáiniam spúinse) a íonú;
(5) Crushing agus grádú tíotáiniam miotalach d'fhonn táirgí a fháil atá oiriúnach don chéad chéim eile de tíotáiniam íon tráchtála (CP tíotáiniam) agus bruithniú cóimhiotail tíotáiniam.
Ní éilíonn an próiseas clóirínithe ardíonacht rutile. Má úsáidtear ilmenite in ionad rutile, is é an t-amhábhar slaig tíotáiniam saibhir i TiO2, ar fotháirge é de ilmenite bruithnithe le carbóin i bhfoirnéis leictreach chun iarann a tháirgeadh. Tarlaíonn an t-imoibriú clóirínithe i bhfoirnéis fiuchphointe ina bhfuil TiO2, neamhíonachtaí agus carbóin (cóc) a théann isteach sa chlorinator mar aon le rutile, féach Fíor 3.1. I dteagmháil le carbóin, is iad na táirgí imoibrithe clóiríd miotail (MClx), CO2, CO agus gásach TiCl4 (is é fiuchphointe TiCl4 ná 136 céim C), déantar na táirgí imoibrithe seo a urscaoileadh ó bharr seoladán an imoibreora agus téann siad isteach sa chodánú go díreach. aonad (féach Fíor 3.2).
Seo a leanas an fhoirmle bhunúsach imoibrithe clóirínithe:
TiO2 móide 2Cl2 móide C→TiCl4 móide CO2
agus
TiO2 móide 2Cl2 móide 2C→TiCl4 móide 2CO
Is é an dara céim sa phróiseas táirgthe an chéim driogtha, toisc go gcaithfear an TiCl4 bunscoile ón gcéim chlóirínithe a íonú tuilleadh. Déantar íonú trí dhriogadh codánach TiCl4 mar a thaispeántar i bhFíor 3.2, a léiríonn próiseas íonú driogtha dhá chéim. Is é an chéad chéim ná neamhíonachtaí fiuchphointe íseal a bhaint, mar shampla CO agus CO2, agus is é an dara céim ná neamhíonachtaí ard-fiuchphointe a bhaint, mar shampla SiCl4 agus SnCl4. Tá an TiC4 íonaithe stóráilte faoi chosaint gás támh go dtí go n-úsáidfear é.
Is é an chéad chéim eile sa phróiseas táirgthe laghdú TiCl4, próiseas Kroll. Cuirtear an TiCl4 íonaithe leis an imoibreoir líonta le miotal maignéisiam agus é a líonadh le gás támh. Nuair a théitear go 800 ~ 850 céim, tarlaíonn an imoibriú laghdaithe ginearálta seo a leanas:
TiCl4 móide 2Mg→Ti móide 2MgCl2
Déantar an t-imoibriú i ndáiríre leis an dá chéim seo a leanas:
TiCl4 móide Mg→TiCl2 móide MgCl2
ina dhiaidh sin
TiCl2 móide Mg→Ti móide MgCl2
Léirítear an léaráid scéimreach d'imoibreoir laghdaithe Kroll i bhFíor 3.3. Tá an t-imoibreoir laghdaithe ar an taobh clé in éineacht leis an bhfolús driogaire ar dheis. Rinne Kroll staidéar ar an imoibriú laghdaithe den chéad uair go déanach sna 1930idí, agus tugtar próiseas Kroll fós ar an bpróiseas laghdaithe TiCl4 le Mg. Tá an tíotáiniam miotail táirge deiridh laghdaithe ag an bhfoirmle imoibrithe thuas féin go leor íon, ach meascfaidh tíotáiniam miotail íon le MgCl2. Le dul chun cinn phróiseas laghdaithe Kroll, baintear an chuid is mó de MgCl2 go leanúnach, ach tá méideanna áirithe iarmharacha ann, déanfar a n-aistriú a phlé sa chéim íonú miotail tíotáiniam ina dhiaidh sin.
Ós rud é gur imoibriú eisiteirmeach é an t-imoibriú laghdaithe, ba cheart go mbeadh an ráta TiCl4 a chur leis an imoibreoir ina bhfuil Mg faoi theocht inrialaithe, atá riachtanach chun foirmiú imoibreoirí soladacha dlúth a chosc agus bac a chur ar luaineacht táirgí eile. Is meascán de mhiotalacha tíotáiniam agus MgCl2 é táirge an imoibrithe seo, ar a dtugtar "bloc tíotáiniam spúinse", arb é táirge phróiseas Kroll é.
Chomh luath le 1910, dheimhnigh Hunter gur féidir TiCl4 a laghdú le Na leáite, agus tugtar an modh Hunter ar an modh seo chun tíotáiniam spúinse a ullmhú. Idir 1960 agus 1995, táirgeadh cuid mhór de tíotáiniam spúinse ag baint úsáide as an modh seo. Faoi láthair, níl aon mhonarchana le haghaidh táirgeadh ar scála mór de spúinse tíotáiniam ag baint úsáide as an modh seo, go príomha toisc go bhfuil úsáid maignéisiam mar ghníomhaire laghdaithe níos tarraingtí ná úsáid sóidiam ó thaobh eacnamaíoch.
Is é an chéad chéim eile sa phróiseas táirgthe íonú tíotáiniam miotalach, is é sin, MgCl2 iarmharach a bhaint as an bloc tíotáiniam spúinse. Is féidir an MgCl2 a dheighilt trí cheann amháin de na modhanna seo a leanas: láisteadh aigéid, glantachán gáis támh nó folúsdhriogadh. Baineann an chéad mhodh leas as tuaslagthacht fabhrach MgCl2 i dtuaslagáin aigéadacha, agus is féidir MgCl2 a bhaint as an spúinse tíotáiniam ilroinnte trí mhodh láiste deighilte nach n-úsáidtear go forleathan a thuilleadh. Tá sé de bhuntáiste ag modhanna eile MgCl a bhaint go díreach san imoibreoir Kroll. Baineann na modhanna seo leas as brú ard-ghala MgCl chun MgCl a bhaint go roghnach trí ghalú agus ina dhiaidh sin comhdhlúthú chun Mg agus Cl a ghnóthú ó spúinse tíotáiniam , agus is é an riail gáis támh ná argón a úsáid mar iompróir chun gal MgCl2 a iompar.
Is léaráid scéimreach é Fíor 3.3 den phróiseas driogtha folúis (VDP). Sa phróiseas seo, téitear an bloc tíotáiniam spúinse faoi fholús san imoibreoir Kroll ar chlé. Ag an am seo, déantar MgCl2 so-ghalaithe agus ró-mhiotail Mg de bharr brú gaile agus tá sé comhdhlúite i soitheach eile (féach an soitheach ar dheis i bhFíor 3.3) a fheidhmíonn, tar éis Mg a chur leis úr, mar imoibreoir Kroll don chéad tréimhse laghdaithe eile, agus an. cuirtear umar folamh in ionad coimeádán leis an bloc spúinse tíotáiniam ar thaobh na láimhe clé i bhFíor 3.3, atá ina phróiseas leathleanúnach le buntáistí eacnamaíocha. I measc na dtrí phróiseas íonúcháin de spúinse tíotáiniam, tá an t-ábhar is ísle de shubstaintí so-ghalaithe ag an bloc spúinse tíotáiniam a chóireáiltear trí phróiseas driogtha i bhfolús (VDP). Mar gheall ar aistriú mais san imoibreoir faoi phróiseas driogtha bhfolús (VDP) ag teocht ard (700 ~ 850 céim), is é sin, spúinse tíotáiniam ionsú go deimhin, méid beag Fe agus Ni ón imoibreoir cruach dhosmálta. I measc superalloys, Ni go háirithe Neamh-inmhianaithe toisc go laghdaíonn ábhar Ni os cionn na teorann a neart creep, rud atá fíor freisin i shintéiriú bloic tíotáiniam spúinse.
Sa dá phróiseas (purge gáis támh agus VDP), déantar Mg agus Cl2 a aisghabháil agus a athchúrsáil. Faoi láthair, tá táirgeadh lúb dúnta baisc bainte amach go bunúsach ag táirgeadh spúinse tíotáiniam trí laghdú Mg, ach is gá méid cuí Mg agus Cl2 a "mheascadh" idir baisceanna.
Is é an chéim dheireanach sa phróiseas táirgthe ná an spúinse tíotáiniam a bhrú agus a ghrádú. Tar éis an bhreis Mg agus MgCl2 a bhaint, rinneadh an mórchóir spúinse tíotáiniam a bhriseadh ina tíotáiniam miotalach gráinneach. Tar éis é a bhrú agus a rangú, déantar na gráid níos garbh de spúinse tíotáiniam a lomadh chun a méid a laghdú tuilleadh. Déantar na hoibríochtaí brúite agus lomadh san aer, ach ba chóir a bheith cúramach toisc gur substaint phireafórach ionchasach é tíotáiniam, agus déanfaidh aon fhoinse adhainte a tharlaíonn le linn na hoibríochta limistéir saibhir nítrigine a tháirgeadh agus éillíonn an spúinse tíotáiniam, rud a fhágann bruithniú ina dhiaidh sin. lochtanna. Mar gheall ar theocht oibriúcháin níos airde an phróisis VDP tá sé deacair an bloc spúinse tíotáiniam a dheighilt. Mura bhfuil iarratas speisialta ann, ní dhéanfaidh monaróirí tíotáiniam spúinse táirgeadh táirgí a bhfuil meánmhéid na gcáithníní iarbhír acu níos lú ná 3 ~ 5cm, rud a chuireann ní hamháin deireadh leis an gcostas oibríochta a bhaineann le tuilleadh brúite agus lomadh, ach freisin seachnaíonn sé an baol dóiteáin. sa tíotáiniam spúinse le linn na n-oibríochtaí seo. . Braitheann méid na gcáithníní spúinse tíotáiniam atá ag teastáil nó sonrach ar an táirge deiridh atá le táirgeadh. Is féidir gráid garbh-ghráin (suas le 2.5 cm) de spúinse tíotáiniam a úsáid chun tíotáiniam íon tráchtála (CP tíotáiniam) agus na gráid is caighdeánach de chóimhiotail tíotáiniam a tháirgeadh. I réimsí ardfheidhmíochta, mar shampla lanna inneall aerárthach, tá gá le méid cáithníní níos lú (uasmhéid 1cm) de spúinse tíotáiniam, atá bunaithe go príomha ar bhreithnithe ar lochtanna cobhsaíochta bearna i gcur i bhfeidhm ábhair lann-ghrád. Tá méid na gcáithníní tíotáiniam spúinse den sórt sin mar a thaispeántar i bhFíor 3.4.
Maidir le próiseas táirgthe miotail tíotáiniam eile, tá taighde déanta le blianta fada, agus tá an chuid is mó den taighde dírithe ar chostas táirgthe tíotáiniam spúinse a laghdú, ach go ginearálta níor éirigh leo. Is sampla tarraingteach é táirgeadh leictrealaíoch (ar a dtugtar electrowinning freisin) tíotáiniam, agus d'éirigh le Dow-Howmet gléasra taispeána ar scála píolótach a thógáil sna Stáit Aontaithe idir 1975 agus 1985 [3.3], Mar gheall ar an gcor chun donais sa mhargadh tíotáiniam ag an am sin, níorbh fhéidir táirgeadh ar scála mór a dhéanamh. Mar sin, is féidir a rá, i ndáiríre, nach bhfuil córas atá iontaofa go leor chun tabhairt faoi laghdú leictrealaíoch ar scála mór réadaithe, agus is é an fhadhb atá le fíorú ná an laghdú mór leictrealaíoch a shéalú. Cumas na cille timpeallacht oibriúcháin ghlan a choinneáil agus cobhsaíocht fhadtéarmach an leictreoid.
Ina theannta sin, d'éirigh go mór le hiarrachtaí le déanaí chun tíotáiniam ard-íonachta a tháirgeadh trí leictreascagadh go teicniúil agus go heacnamaíoch. Déanann scagadh leictrealaíoch tíotáiniam eisíonta a thuaslagadh i leictrilít ar dtús, agus ansin é a athsheoladh mar tíotáiniam ard-íonachta. Trí na coinníollacha taisce agus íonacht an leictrilít a rialú go cúramach, is féidir táirge ard-íonachta a fháil, agus is féidir an miotail ard-íonachta seo a dhéanamh ina sprioc sputtering chun feistí leictreonacha a tháirgeadh. Is é an fhéidearthacht eacnamaíoch a bhaineann le scagadh leictrealaíoch tíotáiniam ná go n-úsáideann úsáideoirí a úsáideann ábhair tíotáiniam ard-íonachta méid réasúnta beag den táirge ard-bhreisluacha seo, atá difriúil go hiomlán ó chur i bhfeidhm ábhair struchtúracha i dtéarmaí geilleagair.
Faoi láthair, tá staidéar domhain á dhéanamh ar phróiseas nua chun tíotáiniam spúinse a ullmhú, ar a dtugtar Electro-Dí-ocsaídiú (EDO)TM. Úsáideann próiseas EDO linn leáite CaCl2 leáite agus leictreoid graifíte chun ocsaigin a scaradh ó hiain ina bhfuil ocsaíd tíotáiniam trí leictrealú, rud a dhéanann an catóide TiO2 dlúth nó sintéaraithe a thiontú go tíotáiniam, agus déantar an tíotáiniam miotail scagach a deascadh ar an gcatóid bhunaidh tar éis an imoibrithe. . I bprionsabal, má tá cion ocsaigine an eilimint chóimhiotail atá ag teastáil measctha le ocsaigin catóide agus laghdaithe go leictrealaíoch le TiO2, ansin tá an cumas ag an bpróiseas seo spúinse tíotáiniam réamh-chóimhiotail a ullmhú, ach tá an éifeacht a bhaintear amach leis an bpróiseas seo an-teoranta, agus tá gá fós le hanailís a dhéanamh ar an bhféidearthacht maidir le táirgeadh ar scála mór agus údar maith a bheith leis, tá an próiseas spreagúil mar sin féin ar chúiseanna éagsúla. Gcéad dul síos, féadann sé spúinse tíotáiniam réamh-chóimhiotail a ullmhú, rud a fhágfaidh ar lár na céimeanna a bhaineann le hullmhú spúinse tíotáiniam, meascadh eilimintí cóimhiotail, dhlúthú meicniúil, etc., atá go léir le haghaidh ullmhú leictreoidí leá tosaigh le haghaidh dtinní miotail leá, rud a chuirfidh go mór. an costas Déantúsaíochta a laghdú; Sa dara háit, tá an cumas ag an bpróiseas eilimintí cóimhiotail (cosúil le W, Cu, etc.) a chur le tíotáiniam, rud atá deacair a chleachtadh le haghaidh dtinní miotail traidisiúnta, a phléifear níos déanaí. Osclaíonn an próiseas nua go bhféadfaí ilghnéithe cóimhiotalaithe a roghnú ag an am céanna, rud nach bhféadfaí a shamhlú roimhe seo mar gheall ar theorainneacha bruithnithe. Deimhníodh féidearthacht theicniúil an phróisis EDO, ach tá taighde agus anailís dhomhain fós ag teastáil ó go leor sonraí tar éis scálaithe, ó in-atáirgtheacht go costais táirgthe. Cé nach bhfuil sé soiléir an mbeidh an próiseas EDO ar fáil ar bhonn tráchtála amach anseo, luaitear anseo é mar gheall ar na hathruithe réabhlóideacha atá air.
Déan teagmháil linn le haghaidh tuilleadh eolais. Go raibh maith agat
Nicole
Cuideachta: Baoji Jimiyun Dinimiciúla Co, Teo
Tír: An tSín
Cuir: Bóthar Baoti, Jintai, cathair Baoji, Shaanxi, an tSín
Cel: móide 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
láithreán gréasáin http://www.jm-titanium.com