티타늄 코일 열교환기 - 티타늄 가공 기술

국제 티타늄 분말 티타늄 장비, 티타늄 코일,티타늄 코일 열교환기, 티타늄 반응기, 티타늄 증발기 회사는 현재의 가공 또는 분말 성형 방법만을 고려하여 비용의 작은 부분을 차지합니다. 분말은 레이저 증착 및 금속 제트 성형과 같은 여러 가지 근접 성형 기술을 위해 선택한 재료로 사용할 수 있습니다.

티타늄 가공 기술

티타늄은 저밀도, 높은 비강도, 고온 강도, 초내식성 등 독특한 특성을 가지고 있습니다. 구조용 금속인 티타늄은 지각에서 4번째로 철, 알루미늄, 마그네슘에 이어 두 번째이며 니켈, 구리, 크롬, 납, 주석, 아연의 합보다 많습니다. 그러나 현재의 티타늄 생산 시스템은 매우 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 현재 광석에서 금속까지의 정제 공정은 다단계 고온 배치 처리 공정이기 때문에 티타늄은 고귀한 가치를 지니고 있습니다. 먼저 현재의 티타늄 기술을 설명하고 티타늄 비용을 절감할 수 있는 가장 유망한 네 가지 방법에 대해 논의합니다. 이러한 방법에는 Kroll, Hunter, Cambridge 및 Armstrong 방법이 포함됩니다.

1. 현재의 티타늄 추출방법

현재 티타늄 금속 생산은 금홍석 TiO2에서 시작됩니다. 금홍석과 석유 코크스는 유동층 반응기에서 1000도(1830F)의 온도로 염소화되어 TiCl4를 생성합니다.

TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO2

티타늄 생산은 티탄철광이나 슬래그와 같은 다른 저가 소스에서도 시작할 수 있지만 철과 기타 불순물이 더 많이 포함되어 있습니다. 액체 TiCl4를 정제하고, TiCl4의 약 90%가 안료 산업에 사용되는 TiO2로 산화됩니다.

TiCl4의 모든 상업적 공정의 출발점입니다. TiCl4로 시작하는 두 가지 주요 이유는 ① TiCl4의 높은 순도와 ② 티타늄과 산소의 분리입니다.

2. 크롤 방법

현재 사용되고 있는 크롤(Kroll) 방식은 1948년 듀폰(DuPont)이 개발한 방식과 비교하여 크게 변하지 않았으며 주로 다음과 같은 방식을 포함한다. 건조하고 깨끗한 스테인레스 스틸 증발기를 비우고 아르곤으로 채웠습니다. 그런 다음 TiCl4를 환원하는 데 사용되는 마그네슘이 증기선에 도입됩니다. 찜기를 800도-900도(1470도 F-1650F)로 가열한 다음 TiCl4를 찜기에 천천히 공급합니다. 마그네슘 환원 TiCl4 반응식은 다음과 같습니다.

TiCl4+2MgTi+2MgCl2

환원이 진행되면서 MgCl2가 주기적으로 흘러나온다. 며칠 후 레토르트의 크기에 따라 반응이 멈추고 레토르트 압력이 상승합니다. 이 시점에서 마그네슘의 약 30%가 미반응 상태로 남아 있었습니다. 스펀지 같은 다공성 물질을 형성하는 티타늄 금속.

이제 증발기에는 티타늄 금속(티타늄 스폰지), 미반응 마그네슘 및 일부 MgCl2가 있습니다. 이러한 불순물은 침출이나 진공 증류를 통해 제거할 수 있습니다. 진공 증류는 레토르트의 온도를 높이고 진공 하에서 미반응 마그네슘과 MgCl2를 제거하여 스펀지 티타늄을 남깁니다. 그런 다음 반응기를 열고 티타늄이 제거됩니다. 티타늄 스펀지를 0.6cm0.25개 조각으로 자르고 합금 금속과 티타늄 잔여물을 추가한 다음 제련하여 주괴로 만듭니다. 균일성을 보장하고 슬래그 함유물을 제거하기 위해 잉곳을 1~2회 더 재용해합니다.

3. 전기분해

1953년에 Kroll은 15년 안에 전기분해를 통해 티타늄을 생산할 것이라고 예측했습니다. 그런데 왜 50년이 넘도록 상업용 전해 티타늄 공장이 건설되지 않았을까요?

전기분해는 알루미늄 생산에 대한 관심을 크게 감소시킨 Hall-Heroult 공정의 도입과 동일한 영향을 미칠 것으로 예상되었습니다. Hall-Heroult 이전에는 알루미늄을 나트륨으로 환원하여 이자가 금보다 비쌌습니다. 그러나 티타늄과 알루미늄의 차이가 크기 때문에 전기 분해로 티타늄을 생산하는 것이 더 어렵습니다.

한편, 티타늄의 융점은 알루미늄보다 1000도(1800도 F) 더 높습니다. 따라서 지금까지 전기분해로 생산된 모든 고체 티타늄 장비, 티타늄 코일, 티타늄 열교환기, 티타늄 반응기, 티타늄 증발기는 수지상 조직을 갖고 있으며 지연으로 인한 전해질 손실을 겪고 있다. 전해조에서 알루미늄은 정상 상태 원자가가 1개뿐인 반면 티타늄은 2개를 갖습니다. 이러한 다중 원자가 상태는 전자 효율성의 손실을 초래합니다. 그러나 가장 큰 문제는 전기분해 방식이 크롤 방식보다 저렴하지 않을 수 있다는 점이다. 둘 다 TiCl4에서 시작하기 때문이다. 일부 경제 분석에서는 전기분해 방법이 Kroll 방법보다 비용을 절약할 수 있음을 나타냅니다. 그러나 일부 회사의 파일럿 규모 생산에서는 이를 입증하지 못했습니다.

전기분해는 전기추출 연구의 주요 분야가 되었습니다. 그러나 산업적으로 생산된 적은 없습니다. 현실은 모두가 수십만 달러를 들여 실험적인 공장을 짓고 이 프로젝트를 포기했다는 것입니다.

4.FFC 캠브리지 방법

다른 하나는 케임브리지 대학교 데릭 프레이(Derek Fray)가 발표한 좀 더 급진적인 전해환원법으로 사람들에게 흥미를 불러일으켰다. 이 방법에서는 TiO2를 과립으로 압축한 다음 흑연 전극을 양극으로 사용하여 950도(1740F)의 염화칼슘(CaCl2) 욕조에서 음극으로 사용합니다. 전류가 가해지면 CaCl2 욕조에서 산소가 이온화되어 용해됩니다. 1가 산소가 용액에 존재하므로 2가 티타늄 이온 문제가 제거됩니다. 이 방법으로 생산된 티타늄에는 킬로그램 단위로 60ppm의 산소만 포함되어 있습니다.

이 방법은 루타일에서 시작하므로 이론적으로 티타늄 생산에 대한 관심이 크게 줄어들어야 합니다. 그러나 금홍석은 순수한 TiO2가 아니므로 정제를 위한 염소화에 대한 대안을 찾아야 합니다. 또한, 그 이유 중 하나는 염소화법이 티타늄을 산소와 분리시키기 때문이다. 저산소 티타늄을 생산하려는 이전의 많은 노력은 실패했습니다.

이 과정이 원활하게 진행되기 위해서는 TiO2 전기분해의 성공이 필요할 뿐만 아니라, 저렴한 순수 TiO2 공급원을 찾아야 합니다. 소규모 생산에서 톤 규모 산업화까지는 아직 갈 길이 멀다. 이 방법은 티타늄 원가를 대폭 절감할 수 있는 잠재력을 갖고 있기 때문에 연구해볼 가치가 있다.