เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนคอยล์ไทเทเนียม - เทคโนโลยีการประมวลผลไทเทเนียม

ความน่าสนใจของชิ้นส่วนคุณภาพสูงที่ทำจากผงความบริสุทธิ์สูงที่ผลิตโดย International Titanium Powder Titanium Equipment, Titanium Coil,เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนคอยล์ไทเทเนียม, Titanium Reactor, Titanium Evaporator Company พิจารณาเฉพาะวิธีการตัดเฉือนหรือขึ้นรูปผงในปัจจุบันเท่านั้น โดยมีต้นทุนเพียงเล็กน้อย ผงสามารถใช้เป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับเทคนิคการสร้างรูปร่างใกล้ตาข่ายหลายอย่าง เช่น การสะสมด้วยเลเซอร์ และการขึ้นรูปด้วยไอพ่นโลหะ

เทคโนโลยีการประมวลผลไทเทเนียม

ไทเทเนียมมีคุณสมบัติพิเศษ: ความหนาแน่นต่ำ, ความแข็งแรงจำเพาะสูง, ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง, ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ในฐานะโลหะโครงสร้าง ไทเทเนียมอยู่ในอันดับที่สี่ในเปลือกโลก รองจากเหล็ก อลูมิเนียม และแมกนีเซียม และมากกว่าผลรวมของนิกเกิล ทองแดง โครเมียม ตะกั่ว ดีบุก และสังกะสี อย่างไรก็ตาม ระบบการผลิตไทเทเนียมในปัจจุบันมีความซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูง ไทเทเนียมมีเกียรติเนื่องจากกระบวนการกลั่นในปัจจุบันจากแร่สู่โลหะเป็นกระบวนการกำจัดแบบกลุ่มที่อุณหภูมิสูงหลายขั้นตอน เราเริ่มต้นด้วยการอธิบายเทคโนโลยีไทเทเนียมในปัจจุบัน จากนั้นอภิปรายถึงสี่วิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการลดต้นทุนไทเทเนียม วิธีการเหล่านี้รวมถึงวิธี Kroll, Hunter, Cambridge และ Armstrong

1. วิธีการสกัดไทเทเนียมในปัจจุบัน

ปัจจุบันการผลิตโลหะไทเทเนียมเริ่มต้นจากรูไทล์ TiO2 รูไทล์และปิโตรเลียมโค้กจะถูกคลอรีนในเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดที่อุณหภูมิ 1,000 องศา (1,830 องศา F) เพื่อผลิต TiCl4

TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO2

การผลิตไทเทเนียมยังสามารถเริ่มต้นจากแหล่งที่มีต้นทุนต่ำอื่นๆ เช่น อิลเมไนต์หรือตะกรัน แต่มีธาตุเหล็กและสิ่งเจือปนอื่นๆ มากกว่า TiCl4 เหลวได้รับการทำให้บริสุทธิ์ และประมาณ 90% ของ TiCl4 ถูกออกซิไดซ์เป็น TiO2 สำหรับอุตสาหกรรมเม็ดสี

จุดเริ่มต้นสำหรับกระบวนการเชิงพาณิชย์ทั้งหมดของ TiCl4 เหตุผลหลักสองประการในการเริ่มต้นด้วย TiCl4 คือ 1 มีความบริสุทธิ์สูงของ TiCl4 และ 2 แยกไทเทเนียมและออกซิเจน

2. วิธีโครลล์

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีที่บริษัทดูปองท์พัฒนาขึ้นในปี พ.ศ. 2491 แล้ว วิธี Kroll ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนัก โดยหลักๆ แล้วมีวิธีการดังนี้ เครื่องระเหยสเตนเลสสตีลซักแห้งถูกอพยพออกและเติมอาร์กอน จากนั้นนำแมกนีเซียมที่ใช้ลด TiCl4 เข้าไปในเครื่องนึ่ง ตั้งหม้อนึ่งให้ร้อนถึง 800 องศา -900 องศา (1470 องศา F-1650 องศา F) จากนั้นค่อย ๆ ป้อน TiCl4 เข้าไปในหม้อนึ่ง สูตรปฏิกิริยาลดแมกนีเซียม TiCl4 มีดังต่อไปนี้:

TiCl4+2MgTi+2MgCl2

ในขณะที่การลดลงดำเนินไป MgCl2 จะไหลออกมาเป็นระยะๆ หลังจากผ่านไป 2-3 วัน ขึ้นอยู่กับขนาดของรีทอร์ต ปฏิกิริยาจะหยุดลงและความดันรีทอร์ตจะเพิ่มขึ้น เมื่อถึงจุดนี้ แมกนีเซียมประมาณ 30% ยังคงไม่ทำปฏิกิริยา โลหะไทเทเนียมที่สร้างสารที่มีรูพรุนคล้ายฟองน้ำ

ขณะนี้มีโลหะไทเทเนียม (ฟองน้ำไทเทเนียม) แมกนีเซียมที่ไม่ทำปฏิกิริยา และ MgCl2 บางส่วนอยู่ในเครื่องระเหย สิ่งเจือปนเหล่านี้สามารถกำจัดออกได้โดยการชะล้างหรือการกลั่นแบบสุญญากาศ การกลั่นด้วยสุญญากาศจะทำให้ฟองน้ำไททาเนียมเพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มอุณหภูมิของการรีทอร์ต และกำจัดแมกนีเซียมและ MgCl2 ที่ไม่ทำปฏิกิริยาภายใต้สุญญากาศ จากนั้นเครื่องปฏิกรณ์จะเปิดออกและถอดไทเทเนียมออก ตัดฟองน้ำไทเทเนียมเป็น 0.6 ซม.0.25 ชิ้น เติมโลหะผสมและอาจมีสารไทเทเนียมตกค้าง จากนั้นจึงหลอมให้เป็นแท่ง เพื่อให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอและกำจัดตะกรันที่รวมอยู่ แท่งโลหะจะถูกหลอมใหม่อีกครั้งหนึ่งหรือสองครั้ง

3. กระแสไฟฟ้า

ในปีพ.ศ. 2496 โครลล์ทำนายว่าจะต้องใช้อิเล็กโทรไลซิสเพื่อผลิตไทเทเนียมในอีก 15 ปีข้างหน้า แต่เหตุใดจึงไม่มีการสร้างโรงงานไทเทเนียมอิเล็กโทรไลต์เชิงพาณิชย์หลังจากใช้เวลานานกว่า 50 ปี?

กระแสไฟฟ้าคาดว่าจะมีผลกระทบเช่นเดียวกับการนำกระบวนการ Hall-Heroult มาใช้ ซึ่งลดความสนใจในการผลิตอะลูมิเนียมลงอย่างมาก ก่อน Hall-Heroult อลูมิเนียมถูกลดปริมาณโซเดียมลง และดอกเบี้ยก็แพงกว่าทองคำ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไทเทเนียมและอะลูมิเนียมมีความแตกต่างกันมาก การผลิตไทเทเนียมด้วยกระแสไฟฟ้าจึงทำได้ยากกว่า

ในอีกด้านหนึ่ง จุดหลอมเหลวของไทเทเนียมสูงกว่าอลูมิเนียม 1,000 องศา (1,800 องศา F) ดังนั้นจนถึงขณะนี้ อุปกรณ์ไทเทเนียมโซลิดสเตตทั้งหมด คอยล์ไทเทเนียม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนไทเทเนียม เครื่องปฏิกรณ์ไทเทเนียม และเครื่องระเหยไทเทเนียมที่ผลิตโดยอิเล็กโทรไลซิส มีเนื้อเยื่อเดนไดรต์ และประสบปัญหาการสูญเสียอิเล็กโทรไลต์เนื่องจากความล่าช้า ในอ่างอิเล็กโทรไลต์ อะลูมิเนียมมีเวเลนซ์สถานะคงตัวเพียงอันเดียว ในขณะที่ไทเทเนียมมี 2 อัน สถานะวาเลนซ์หลายสถานะนี้ทำให้ประสิทธิภาพทางอิเล็กทรอนิกส์ลดลง แต่ปัญหาหลักคือวิธีอิเล็กโทรไลซิสอาจไม่ถูกกว่าวิธี Kroll เพราะทั้งสองวิธีเริ่มต้นจาก TiCl4 การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์บางรายการระบุว่าวิธีอิเล็กโทรไลซิสควรประหยัดเงินมากกว่าวิธีโครลล์ แต่การผลิตในระดับนำร่องของบริษัทบางแห่งกลับล้มเหลวในการพิสูจน์

กระแสไฟฟ้าได้กลายเป็นสาขาสำคัญของการวิจัยการสกัดด้วยไฟฟ้า แต่ไม่เคยมีการผลิตเชิงอุตสาหกรรมเลย ความจริงก็คือทุกคนใช้เงินหลายแสนดอลลาร์เพื่อสร้างโรงงานทดลอง แล้วละทิ้งโครงการเหล่านี้

4.วิธี FFC เคมบริดจ์

อีกวิธีหนึ่งคือวิธีการลดอิเล็กโทรไลต์ที่รุนแรงกว่าซึ่งประกาศโดย Derek Fray จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ซึ่งสร้างความตื่นเต้นให้กับผู้คน ในวิธีนี้ TiO2 จะถูกกดให้เป็นเม็ดแล้วใช้เป็นแคโทดในอ่างแคลเซียมคลอไรด์ (CaCl2) 950 องศา (1740 องศา F) โดยมีอิเล็กโทรดกราไฟท์เป็นขั้วบวก เมื่อใช้กระแสไฟฟ้า ออกซิเจนจะถูกแตกตัวเป็นไอออนและละลายในอ่าง CaCl2 เนื่องจากออกซิเจนโมโนวาเลนต์อยู่ในสารละลาย ปัญหาของไอออนไทเทเนียมไดเวเลนต์จึงหมดไป ไทเทเนียมที่ผลิตโดยวิธีนี้มีออกซิเจนเพียง 60ppm ในระดับกิโลกรัม

วิธีการนี้เริ่มต้นด้วยรูไทล์ ดังนั้นตามทฤษฎีแล้ว ความน่าสนใจในการผลิตไทเทเนียมควรลดลงอย่างมาก อย่างไรก็ตาม รูไทล์ไม่ใช่ TiO2 บริสุทธิ์ และต้องหาทางเลือกอื่นแทนการใช้คลอรีนเพื่อทำให้บริสุทธิ์ นอกจากนี้ สาเหตุหนึ่งก็คือวิธีคลอรีนจะแยกไทเทเนียมออกจากออกซิเจน ความพยายามในการผลิตไทเทเนียมที่มีออกซิเจนต่ำก่อนหน้านี้หลายครั้งล้มเหลว

เพื่อให้กระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างราบรื่น ไม่เพียงแต่ต้องประสบความสำเร็จในการอิเล็กโทรลิซิส TiO2 เท่านั้น แต่ยังต้องพบแหล่ง TiO2 บริสุทธิ์ที่ราคาไม่แพงอีกด้วย หนทางยังอีกยาวไกลในการเปลี่ยนจากการผลิตขนาดเล็กไปสู่การเป็นอุตสาหกรรมขนาดตัน เนื่องจากวิธีนี้มีศักยภาพในการลดต้นทุนของไทเทเนียมได้อย่างมาก จึงควรศึกษา