El titanio abunda en la corteza terrestre y China ocupa el primer lugar a nivel mundial en términos de recursos de titanio, con reservas probadas que representan aproximadamente el 38,8% del total mundial. Estos recursos se distribuyen en más de 100 áreas mineras en más de 20 provincias y regiones, concentrados principalmente en las regiones suroeste, centro-sur y norte de China. En particular, los depósitos de magnetita de vanadio y titanio en la región de Panxi son mundialmente conocidos por sus importantes reservas y representan el 92% de los recursos de titanio de China, lo que proporciona una base sólida para la industria del titanio del país. Sin embargo, el proceso de producción actual de titanio se caracteriza por ciclos de proceso largos, un alto consumo de energía y una contaminación grave, lo que genera precios elevados y limita su uso generalizado. En consecuencia, desarrollar nuevos métodos de producción de titanio de bajo costo es de suma importancia para acelerar la transición de China de un importante país con recursos de titanio a una potencia de producción de titanio.
Proceso metalúrgico tradicional del titanio
El proceso tradicional de fundición de titanio, conocido como "proceso Kroll", implica la reducción de tetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio metálico o magnesio para obtener titanio metálico. Como el titanio se produce por debajo de su punto de fusión, existe en forma de esponja, de ahí el nombre "titanio esponja". El proceso Kroll consta de tres etapas principales: la preparación de materiales ricos en titanio, la producción de TiCl4 y la reducción y destilación para producir titanio esponjoso.
Nuevos procesos metalúrgicos del titanio
Para reducir el costo de producción del titanio metálico, los investigadores han explorado numerosos métodos de extracción nuevos, incluida la electrólisis TiCl4, el proceso ITP (Armstrong), el proceso FFC, el proceso OS, el proceso de prerreducción (PRP), el proceso QT, el proceso MER y el proceso USTB. .
Electrólisis de TiCl4 para la producción de titanio
Los óxidos y cloruros de titanio pueden servir como materias primas para la producción industrial de titanio. Sin embargo, sólo el cloruro de titanio se ha utilizado como precursor para la producción de metal titanio debido a su capacidad para eliminar eficazmente las impurezas de oxígeno y carbono. La investigación actual se centra en la preparación y purificación de TiCl4, y se exploran métodos como la reducción térmica de sodio, la reducción de oxígeno, la reducción de hidrógeno y la electrólisis directa.
Proceso Armstrong/ITP (Polvo Internacional de Titanio)
Fundada en 1997, ITP, con sede en Chicago, EE. UU., utiliza sodio gaseoso para reducir el TiCl4, lo que permite la producción continua de polvo de titanio. Este método implica inyectar vapor de TiCl4 en una corriente de gas sodio, generando polvo de titanio y NaCl, que posteriormente se separan mediante destilación, filtración y lavado. El proceso cuenta con una alta pureza del producto y respeto al medio ambiente, pero aún persisten desafíos para reducir los costos de producción y mejorar la calidad del producto.
Proceso FFC (Proceso de Cambridge)
Propuesto en 2000 por el profesor DJ Fray y sus colaboradores de la Universidad de Cambridge, el proceso FFC implica electrolizar un óxido de titanio sólido como cátodo, grafito como ánodo y un cloruro de metal alcalinotérreo fundido como electrolito. Este método es respetuoso con el medio ambiente y tiene un ciclo de producción corto, pero enfrenta desafíos como el alto contenido de oxígeno en el producto y la discontinuidad del proceso.
Proceso del sistema operativo
Desarrollado por One y Suzuki en Japón, este proceso utiliza calcio obtenido electrolíticamente para reducir el TiO2 a titanio metálico. El proceso se lleva a cabo en una masa fundida de Ca/CaO/CaCl2, con polvo de óxido de titanio colocado en una cesta catódica. El método promete importantes reducciones de costes, pero produce titanio metálico con un contenido de oxígeno relativamente alto.
Proceso PRP
Propuesto por académicos japoneses, este método mezcla TiO2 con agentes fundentes como CaO o CaCl2, da forma a la mezcla, la sinteriza y la expone a vapor de calcio a altas temperaturas para producir polvo de titanio. El polvo resultante puede alcanzar una pureza del 99% con un contenido de oxígeno reducido.
Proceso QiT
Desarrollado por Quebec Iron and Titanium Inc., este proceso implica electrolizar escoria de titanio en un ambiente de sales fundidas para producir titanio metálico. El proceso se puede realizar en uno o dos pasos, dependiendo del contenido de titanio y los niveles de impurezas en la escoria.
Proceso MER
Desarrollado por MER Corporation, este proceso utiliza TiO2 o rutilo como ánodo y una mezcla de cloruro como electrolito. El ánodo emite una mezcla de gases CO y CO2 durante la electrólisis, mientras que los iones de titanio se reducen a titanio metálico en el cátodo.
Proceso USTB
En 2005, el profesor Zhu Hongmin y su equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing propusieron un método novedoso para la extracción de titanio esponjoso mediante electrólisis de sales fundidas: la electrólisis de un ánodo de TiO·mTC, una solución sólida soluble de TiO2 y TiC, para producir titanio puro.
Este método implica mezclar carbono y dióxido de titanio o carburo de titanio y polvos de dióxido de titanio en proporciones estequiométricas, presionarlos para darles una forma y luego, bajo ciertas condiciones, formar un ánodo de TiO·mTC con conductividad metálica. Utilizando una sal fundida de haluros de metales alcalinos o alcalinotérreos como electrolito, la electrólisis se realiza a una temperatura específica. Durante este proceso, el titanio se disuelve en la sal fundida en forma de iones de baja valencia y se deposita en el cátodo, mientras que el carbono y el oxígeno contenidos en el ánodo forman óxidos de carbono (CO, CO2) u oxígeno (O2) gaseosos que se liberan. . Este método puede producir polvo de metal de titanio de alta pureza con un contenido de oxígeno inferior a 300×10-6, cumpliendo con el estándar nacional de primer grado y logrando una eficiencia de corriente catódica de hasta el 89%.
Las ventajas notables de este método incluyen la capacidad de realizar continuamente el proceso de electrólisis sin generar limo anódico, la simplicidad del proceso, el bajo costo y el respeto al medio ambiente.
La extracción de titanio metálico es un área de investigación importante en metalurgia, y el proceso de electrólisis de sales fundidas se considera la alternativa más prometedora al proceso de Kroll para la metalurgia del titanio. Dadas las vastas reservas y la importancia crítica de los recursos de titanio, la utilización integral de titanomagnetita vanadiferosa es de gran importancia. Al examinar el estado actual de la investigación y el desarrollo de los procesos de extracción de titanio, los procesos que utilizan TiCl4 como precursor generalmente enfrentan dificultades en la reducción de costos, mientras que la preparación directa de titanio metálico a partir de TiO2 merece una investigación más profunda. Si se pueden superar los problemas técnicos, la aplicación a escala industrial puede resultar factible.
