مبدل حرارتی سیم پیچ تیتانیوم - فناوری پردازش تیتانیوم

علاقه قطعات با کیفیت بالا ساخته شده از پودر با خلوص بالا تولید شده توسط تجهیزات بین المللی تیتانیوم پودر تیتانیوم، کویل تیتانیوم،مبدل حرارتی کویل تیتانیومی، راکتور تیتانیوم، شرکت تبخیر کننده تیتانیوم فقط برای روش های فعلی ماشینکاری یا شکل دهی پودر درصد کمی از هزینه را به خود اختصاص می دهد. پودر را می توان به عنوان ماده انتخابی برای چندین تکنیک شکل دهی نزدیک به شبکه مانند رسوب لیزری و قالب گیری جت فلزی استفاده کرد.

تکنولوژی پردازش تیتانیوم

تیتانیوم دارای خواص منحصر به فردی است: چگالی کم، استحکام ویژه بالا، مقاومت در برابر حرارت بالا، مقاومت در برابر خوردگی فوق العاده. به عنوان یک فلز ساختاری، تیتانیوم در پوسته زمین رتبه چهارم را دارد و بعد از آهن، آلومینیوم و منیزیم در رتبه دوم قرار دارد و بیشتر از مجموع نیکل، مس، کروم، سرب، قلع و روی است. با این حال، سیستم های فعلی تولید تیتانیوم بسیار پیچیده و پرهزینه هستند. تیتانیوم نجیب است زیرا فرآیند تصفیه فعلی از سنگ معدن به فلز یک فرآیند دفع دسته ای با دمای بالا و چند مرحله ای است. ما با توصیف فناوری فعلی تیتانیوم شروع می کنیم و سپس چهار مورد از امیدوارکننده ترین راه ها برای کاهش هزینه های تیتانیوم را مورد بحث قرار می دهیم. این روش ها شامل روش های کرول، هانتر، کمبریج و آرمسترانگ می باشد.

1. روش استخراج تیتانیوم فعلی

در حال حاضر تولید فلز تیتانیوم از روتیل TiO2 شروع می شود. روتیل و کک نفتی در یک راکتور بستر سیال در دمای 1000 درجه (1830 درجه فارنهایت) برای تولید TiCl4 کلر می شوند.

TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO2

تولید تیتانیوم همچنین می‌تواند از منابع کم‌هزینه دیگری مانند ایلمنیت یا سرباره شروع شود، اما حاوی آهن و ناخالصی‌های دیگر است. TiCl4 مایع خالص می شود و حدود 90٪ از TiCl4 به TiO2 برای صنعت رنگدانه اکسید می شود.

نقطه شروعی برای تمام فرآیندهای تجاری TiCl4. دو دلیل اصلی برای شروع با TiCl4 عبارتند از ① خلوص بالای TiCl4 و ② جداسازی تیتانیوم و اکسیژن.

2. روش کرول

در مقایسه با روش توسعه یافته توسط DuPont در سال 1948، روش کرول که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد، تغییر چندانی نکرده است، که عمدتا شامل روش های زیر است. یک اواپراتور استیل ضد زنگ تمیز خشک تخلیه و با آرگون پر شد. سپس منیزیم مورد استفاده برای کاهش TiCl4 به بخارپز وارد می شود. بخارپز را تا 800 درجه -900 درجه (1470 درجه فارنهایت-1650 درجه فارنهایت) گرم کنید و سپس به آرامی TiCl4 را وارد بخارپز کنید. فرمول واکنش کاهش منیزیم TiCl4 به شرح زیر است:

TiCl4+2MgTi+2MgCl2

با ادامه کاهش، MgCl2 به صورت دوره ای خارج می شود. پس از چند روز، بسته به اندازه رتور، واکنش متوقف می شود و فشار رتور بالا می رود. در این مرحله، حدود 30 درصد از منیزیم بدون واکنش باقی ماند. فلز تیتانیوم که یک ماده متخلخل اسفنج مانند را تشکیل می دهد.

اکنون فلز تیتانیوم (اسفنج تیتانیوم)، منیزیم واکنش نداده و مقداری MgCl2 در اواپراتور وجود دارد. این ناخالصی ها را می توان با شستشو یا تقطیر خلاء حذف کرد. تقطیر خلاء با افزایش دمای مخزن و حذف منیزیم و MgCl2 واکنش نداده تحت خلاء، تیتانیوم اسفنجی را به جا می گذارد. سپس راکتور باز می شود و تیتانیوم خارج می شود. اسفنج تیتانیوم را به قطعات 0.6 سانتی متر{4}}.25 برش دهید، فلزات آلیاژی و احتمالاً مقداری باقی مانده تیتانیوم را اضافه کنید و سپس آنها را به صورت شمش ذوب کنید. به منظور اطمینان از یکنواختی و حذف آخال های سرباره، شمش یک یا دو بار دیگر ذوب می شود.

3. الکترولیز

در سال 1953، کرول پیش بینی کرد که طی 15 سال از الکترولیز برای تولید تیتانیوم استفاده می شود. اما چرا پس از بیش از 50 سال هیچ کارخانه تجاری الکترولیتی تیتانیوم ساخته نشده است؟

انتظار می‌رود که الکترولیز همان تاثیری را داشته باشد که معرفی فرآیند هال-هروولت که علاقه تولید آلومینیوم را به شدت کاهش داد. قبل از هال-هروولت، آلومینیوم با سدیم کاهش می یافت و بهره گرانتر از طلا بود. با این حال، به دلیل تفاوت زیاد بین تیتانیوم و آلومینیوم، تولید تیتانیوم با الکترولیز دشوارتر است.

از یک طرف، نقطه ذوب تیتانیوم 1000 درجه (1800 درجه فارنهایت) بالاتر از آلومینیوم است. بنابراین، تا کنون، تمام تجهیزات تیتانیوم حالت جامد، کویل‌های تیتانیوم، مبدل‌های حرارتی تیتانیوم، راکتورهای تیتانیوم و تبخیرکننده‌های تیتانیوم تولید شده توسط الکترولیز دارای بافت دندریتی هستند و به دلیل تاخیر دچار اتلاف الکترولیت می‌شوند. در حمام الکترولیتی، آلومینیوم تنها یک ظرفیت حالت پایدار دارد، در حالی که تیتانیوم دارای دو ظرفیت است. این حالت چند ظرفیتی باعث از دست دادن کارایی الکترونیکی می شود. اما مشکل اصلی این است که روش الکترولیز ممکن است ارزانتر از روش کرول نباشد، زیرا هر دو از TiCl4 شروع می شوند. برخی از تحلیل های اقتصادی نشان می دهد که روش الکترولیز نسبت به روش کرول باید مقداری پول صرفه جویی کند. اما تولید در مقیاس آزمایشی توسط برخی شرکت ها نتوانست آن را ثابت کند.

الکترولیز به یک زمینه اصلی تحقیقات الکترواستخراج تبدیل شده است. اما هرگز به صورت صنعتی تولید نشده است. واقعیت این است که همه صدها هزار دلار برای ساخت کارخانه های آزمایشی هزینه کردند و سپس این پروژه ها را رها کردند.

4.FFC روش کمبریج

روش دیگر یک روش کاهش الکترولیتی رادیکال تر است که توسط درک فرای از دانشگاه کمبریج اعلام شده است که هیجان را برای مردم به ارمغان آورده است. در این روش، TiO2 به صورت گرانول فشرده می شود و سپس به عنوان کاتد در حمام کلرید کلسیم (CaCl2) 950 درجه (1740 درجه فارنهایت) با الکترود گرافیتی به عنوان آند استفاده می شود. هنگامی که جریان الکتریکی اعمال می شود، اکسیژن یونیزه می شود و در حمام CaCl2 حل می شود. از آنجایی که اکسیژن تک ظرفیتی در محلول است، مشکل یون های تیتانیوم دو ظرفیتی برطرف می شود. تیتانیوم تولید شده با این روش تنها حاوی 60ppm اکسیژن در مقیاس کیلوگرم است.

این روش با روتیل شروع می شود، بنابراین از نظر تئوری علاقه تولید تیتانیوم باید تا حد زیادی کاهش یابد. با این حال، روتیل TiO2 خالص نیست و باید جایگزینی برای کلرزنی برای خالص سازی یافت. علاوه بر این، یکی از دلایل آن این است که روش کلرزنی تیتانیوم را از اکسیژن جدا می کند. بسیاری از تلاش های قبلی برای تولید تیتانیوم کم اکسیژن شکست خورده است

برای اینکه این فرآیند به آرامی پیش برود، نه تنها موفقیت الکترولیز TiO2 مورد نیاز است، بلکه باید منبع ارزان قیمتی از TiO2 خالص نیز پیدا کرد. هنوز از تولید در مقیاس کوچک تا صنعتی شدن در مقیاس تن فاصله زیادی وجود دارد. از آنجایی که این روش پتانسیل کاهش شدید هزینه تیتانیوم را دارد، ارزش مطالعه دارد.