Titan und Titanlegierungen haben aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften einen wichtigen Anwendungswert in der Luft- und Raumfahrt, der Biomedizin und anderen Bereichen. Die Herstellung von Titan und Titanlegierungen durch herkömmliche thermische Metallreduktion weist jedoch die Probleme eines hohen Energieverbrauchs und hoher Kosten auf. Derzeit befindet sich die Herstellungstechnologie von Titan und Titanlegierungen im Stadium des Wandels von der energiereichen Chlorierungsmetallurgie zur kohlenstoffarmen elektrochemischen Metallurgie. Es gibt zwei technische Hauptrichtungen für die Herstellung von Titan und Titanlegierungen – thermische Metallreduktion (Hunter, Kroll, DRTS usw.) und Elektrochemie mit geschmolzenem Salz (FFC, OS, Elektroabscheidung mit geschmolzenem Salz usw.).
Umfassende vergleichende Analyse der thermischen Reduktionsmethode und der elektrochemischen Methode mit geschmolzenem Salz
Die qualitativ hochwertige Entwicklung und Standardisierung der Titanindustrie ist zu einer unumgänglichen Voraussetzung für die Transformation und Modernisierung der Branche geworden. Der Vergleich der Vor- und Nachteile der derzeit gängigen Titanextraktionstechnologie ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die Kroll- und Hunter-Methoden sind zwei klassische Techniken für die industrielle Produktion von Titanschwamm. Unter diesen wurde die Hunter-Methode aufgrund ihrer geringen Produktionseffizienz und ihres hohen Energieverbrauchs nach und nach durch die Kroll-Methode und die aufkommende Elektrolysemethode ersetzt, hat aber immer noch Forschungswert für hochreines Titan oder spezielle Anwendungsszenarien. Aufgrund der Komplexität des Prozesses, des hohen Energieverbrauchs und der intermittierenden Produktion bleiben die Produktionskosten der Kroll-Methode hoch, was ihre großtechnische Anwendung stark einschränkt. In den letzten Jahren hat die Elektrochemie geschmolzener Salze (wie FFC, USTB und andere Prozesse) aufgrund ihrer Vorteile wie Umweltfreundlichkeit, geringem CO2-Ausstoß und kontinuierlichem Produktionspotenzial große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Obwohl sich diese Prozesse noch in der Übergangsphase von Labor- zu Pilottests befinden, wird erwartet, dass sie eine industrielle Anwendung erreichen, indem sie sich auf die Überwindung wichtiger technischer Engpässe wie der Verbesserung der aktuellen Effizienz, der Kontrolle der Produktreinheit und der Stabilität der Geräteverstärkung konzentrieren.
Die weit verbreitete Anwendung von Titan und Titanlegierungen in verschiedenen Bereichen wie Luft- und Raumfahrt und Medizin treibt die Weiterentwicklung seiner Produktionsprozesse voran. Trotz der aktuellen Durchbrüche bei Titanextraktionsverfahren wurde keine Technologie gefunden, die die Kroll-Methode in der Industrie ersetzen könnte. Von der frühesten Hunter-Methode bis zur FFC-Methode und der OS-Methode sind der Energieverbrauch und die Umweltverschmutzung zwar bis zu einem gewissen Grad reduziert worden, es bestehen jedoch immer noch Probleme wie eine geringe Stromeffizienz und die Unfähigkeit, kontinuierlich zu produzieren.
Die Elektrochemie geschmolzener Salze gilt in der Industrie aufgrund ihres Potenzials für eine umweltfreundliche, kontinuierliche Produktion als praktikable Alternative zur Kroll-Methode. Unter anderem hat die USTB-Methode große Durchbrüche bei der Titangewinnung erzielt und eine halbkontinuierliche Produktion bei gleichzeitiger Produktion von hochreinem Titan ermöglicht. Darüber hinaus können mit der Elektroabscheidungsmethode mit geschmolzenem Salz Titanlegierungen direkt hergestellt werden, wodurch das Problem des hohen Energieverbrauchs beim herkömmlichen Legierungsprozess vermieden wird.
