Échangeur de chaleur à serpentin en titane-Technologie de traitement du titane

L'intérêt des pièces de haute qualité en poudre de haute pureté produites par International Titanium Powder Titanium Equipment, Titanium Coil,Échangeur de chaleur à serpentin en titane, Titanium Reactor, Titanium Evaporator Company ne représente que les méthodes actuelles d'usinage ou de formation de poudre. Un petit pourcentage du coût. La poudre peut être utilisée comme matériau de choix pour plusieurs techniques de mise en forme quasi nette telles que le dépôt laser et le moulage par jet de métal.

Technologie de traitement du titane

Le titane a des propriétés uniques : faible densité, résistance spécifique élevée, résistance à haute température, super résistance à la corrosion. En tant que métal structurel, le titane se classe au quatrième rang dans la croûte terrestre, juste derrière le fer, l'aluminium et le magnésium, et plus que la somme du nickel, du cuivre, du chrome, du plomb, de l'étain et du zinc. Cependant, les systèmes actuels de production de titane sont très complexes et coûteux. Le titane est noble car le processus actuel de raffinage du minerai au métal est un processus d'élimination par lots à haute température en plusieurs étapes. Nous commençons par décrire la technologie actuelle du titane, puis discutons de quatre des moyens les plus prometteurs de réduire les coûts du titane. Ces méthodes incluent les méthodes Kroll, Hunter, Cambridge et Armstrong.

1. La méthode actuelle d’extraction du titane

À l’heure actuelle, la production de titane métallique part du rutile TiO2. Le rutile et le coke de pétrole sont chlorés dans un réacteur à lit fluidisé à une température de 1 000 degrés (1 830 degrés F) pour produire du TiCl4.

TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO2

La production de titane peut également provenir d’autres sources peu coûteuses telles que l’ilménite ou les scories, mais elle contient davantage de fer et d’autres impuretés. Le TiCl4 liquide est purifié et environ 90 % du TiCl4 est oxydé en TiO2 pour l'industrie des pigments.

Un point de départ pour tous les procédés commerciaux de TiCl4. Les deux principales raisons de commencer avec TiCl4 sont ① la haute pureté du TiCl4 et ② la séparation du titane et de l'oxygène.

2. Méthode Kroll

Par rapport à la méthode développée par DuPont en 1948, la méthode Kroll actuellement utilisée n'a pas beaucoup changé, comprenant principalement les méthodes suivantes. Un évaporateur en acier inoxydable, propre à sec, a été mis sous vide et rempli d'argon. Ensuite, le magnésium utilisé pour réduire le TiCl4 est introduit dans le cuiseur vapeur. Chauffez le cuiseur vapeur à 800 degrés -900 degrés (1 470 degrés F-1650 degrés F), puis introduisez lentement du TiCl4 dans le cuiseur vapeur. La formule de la réaction de réduction du magnésium TiCl4 est la suivante :

TiCl4+2MgTi+2MgCl2

Au fur et à mesure de la réduction, le MgCl2 s'écoule périodiquement. Après quelques jours, selon la taille de la cornue, la réaction s'arrête et la pression de la cornue augmente. À ce stade, environ 30 % du magnésium n’a pas réagi. Métal de titane qui forme une substance poreuse semblable à une éponge.

Il y a maintenant du titane métallique (éponge de titane), du magnésium n'ayant pas réagi et du MgCl2 dans l'évaporateur. Ces impuretés peuvent être éliminées par lixiviation ou distillation sous vide. La distillation sous vide laisse une éponge de titane en augmentant la température de la cornue et en éliminant le magnésium n'ayant pas réagi et le MgCl2 sous vide. Le réacteur est ensuite ouvert et le titane est éliminé. Coupez l'éponge de titane en morceaux de 0,6 cm0,25, ajoutez des métaux d'alliage et éventuellement des résidus de titane, puis fondez-les en lingots. Afin d'assurer l'uniformité et d'éliminer les inclusions de laitier, le lingot est refondu une ou deux fois de plus.

3. Électrolyse

En 1953, Kroll prédisait que l’électrolyse permettrait de produire du titane d’ici 15 ans. Mais pourquoi aucune usine commerciale de titane électrolytique n’a-t-elle été construite après plus de 50 ans ?

On s'attendait à ce que l'électrolyse ait le même impact que l'introduction du procédé Hall-Héroult qui a considérablement réduit l'intérêt de la production d'aluminium. Avant Hall-Héroult, l'aluminium était réduit au sodium, et les intérêts étaient plus chers que l'or. Cependant, en raison de la grande différence entre le titane et l’aluminium, il est plus difficile de produire du titane par électrolyse.

D'une part, le point de fusion du titane est 1 000 degrés (1 800 degrés F) supérieur à celui de l'aluminium. Par conséquent, jusqu'à présent, tous les équipements en titane à l'état solide, les bobines en titane, les échangeurs de chaleur en titane, les réacteurs en titane et les évaporateurs en titane produits par électrolyse ont un tissu dendritique et subissent une perte d'électrolyte en raison du retard. Dans le bain électrolytique, l’aluminium n’a qu’une seule valence en régime permanent, tandis que le titane en a deux. Cet état de valence multiple entraîne une perte d'efficacité électronique. Mais le principal problème est que la méthode d’électrolyse n’est peut-être pas moins chère que la méthode Kroll, car les deux partent de TiCl4. Certaines analyses économiques indiquent que la méthode d'électrolyse devrait permettre d'économiser de l'argent par rapport à la méthode Kroll. Mais la production à l’échelle pilote par certaines entreprises n’a pas réussi à le prouver.

L'électrolyse est devenue un domaine majeur de recherche sur l'électroextraction. Mais il n’a jamais été produit industriellement. La réalité est que tout le monde a dépensé des centaines de milliers de dollars pour construire des usines expérimentales, puis a abandonné ces projets.

4.Méthode FFC Cambridge

L'autre est une méthode de réduction électrolytique plus radicale annoncée par Derek Fray de l'Université de Cambridge, qui a suscité l'enthousiasme des gens. Dans cette méthode, le TiO2 est pressé en granulés puis utilisé comme cathode dans un bain de chlorure de calcium (CaCl2) à 950 degrés (1 740 degrés F), avec une électrode en graphite comme anode. Lorsqu'un courant électrique est appliqué, l'oxygène est ionisé et dissous dans le bain de CaCl2. Puisque l’oxygène monovalent est dans la solution, le problème des ions titane divalents est éliminé. Le titane produit par cette méthode ne contient que 60 ppm d’oxygène sur l’échelle du kilogramme.

La méthode commence par le rutile, donc théoriquement l’intérêt de production du titane devrait être fortement réduit. Cependant, le rutile n’est pas du TiO2 pur et il faut trouver une alternative à la chloration pour la purification. De plus, l’une des raisons est que la méthode de chloration sépare le titane de l’oxygène. De nombreux efforts antérieurs visant à produire du titane à faible teneur en oxygène ont échoué

Pour que ce processus se déroule sans problème, il faut non seulement le succès de l’électrolyse du TiO2, mais également trouver une source peu coûteuse de TiO2 pur. Il y a encore un long chemin à parcourir entre la production à petite échelle et l’industrialisation à grande échelle. Parce que cette méthode a le potentiel de réduire considérablement le coût du titane, elle mérite d’être étudiée.