O titânio é abundante na crosta terrestre e a China ocupa o primeiro lugar a nível mundial em termos de recursos de titânio, com reservas comprovadas que representam aproximadamente 38,8% do total mundial. Estes recursos estão distribuídos por mais de 100 áreas mineiras em mais de 20 províncias e regiões, concentradas principalmente nas regiões sudoeste, centro-sul e norte da China. Em particular, os depósitos de magnetite vanádio-titânio na região de Panxi são mundialmente conhecidos pelas suas reservas substanciais, representando 92% dos recursos de titânio da China, proporcionando uma base sólida para a indústria de titânio do país. No entanto, o atual processo de produção de titânio é caracterizado por longos ciclos de processo, elevado consumo de energia e poluição severa, levando a preços elevados e limitando a sua utilização generalizada. Consequentemente, o desenvolvimento de novos métodos de produção de titânio de baixo custo é de suma importância para acelerar a transição da China de um grande país com recursos de titânio para uma potência de produção de titânio.
Processo Metalúrgico Tradicional de Titânio
O processo tradicional de fundição de titânio, conhecido como "processo Kroll", envolve a redução do tetracloreto de titânio (TiCl4) com sódio metálico ou magnésio para obter titânio metálico. Como o titânio é produzido abaixo do seu ponto de fusão, ele existe na forma de uma esponja, daí o nome "titânio esponja". O processo Kroll consiste em três etapas principais: a preparação de materiais ricos em titânio, a produção de TiCl4 e a redução e destilação para produzir titânio esponjoso.
Novos Processos Metalúrgicos de Titânio
Para reduzir o custo de produção do titânio metálico, os pesquisadores exploraram vários novos métodos de extração, incluindo eletrólise de TiCl4, processo ITP (Armstrong), processo FFC, processo OS, processo de pré-redução (PRP), processo QT, processo MER e processo USTB. .
Eletrólise TiCl4 para produção de titânio
Óxidos de titânio e cloretos de titânio podem servir como matéria-prima para a produção industrial de titânio. No entanto, apenas o cloreto de titânio tem sido utilizado como precursor para a produção de titânio metálico devido à sua capacidade de remover eficazmente impurezas de oxigénio e carbono. A pesquisa atual concentra-se na preparação e purificação de TiCl4, sendo explorados métodos como redução térmica de sódio, redução de oxigênio, redução de hidrogênio e eletrólise direta.
Processo Armstrong/ITP (Pó Internacional de Titânio)
Fundada em 1997, a ITP, com sede em Chicago, EUA, utiliza sódio gasoso para reduzir o TiCl4, possibilitando a produção contínua de pó de titânio. Este método envolve a injeção de vapor de TiCl4 em uma corrente de gás sódio, gerando pó de titânio e NaCl, que são posteriormente separados por destilação, filtração e lavagem. O processo apresenta alta pureza do produto e respeito ao meio ambiente, mas permanecem desafios na redução dos custos de produção e na melhoria da qualidade do produto.
Processo FFC (Processo Cambridge)
Proposto em 2000 pelo professor DJ Fray e seus colaboradores da Universidade de Cambridge, o processo FFC envolve a eletrólise de um óxido de titânio sólido como cátodo, grafite como ânodo e um cloreto de metal alcalino-terroso fundido como eletrólito. Esse método é ecologicamente correto, com ciclo de produção curto, mas enfrenta desafios como alto teor de oxigênio no produto e descontinuidade do processo.
Processo do SO
Desenvolvido pela One e Suzuki no Japão, este processo utiliza cálcio obtido eletroliticamente para reduzir o TiO2 a titânio metálico. O processo ocorre em uma fusão de Ca/CaO/CaCl2, com pó de óxido de titânio colocado em uma cesta catódica. O método promete reduções de custos significativas, mas produz titânio metálico com um teor de oxigênio relativamente alto.
Processo PRP
Proposto por estudiosos japoneses, este método mistura TiO2 com agentes fundentes como CaO ou CaCl2, molda a mistura, sinteriza-a e expõe-na ao vapor de cálcio em altas temperaturas para produzir pó de titânio. O pó resultante pode atingir uma pureza de 99% com teor reduzido de oxigênio.
Processo QiT
Desenvolvido pela Quebec Iron and Titanium Inc., este processo envolve a eletrólise da escória de titânio em um ambiente de sal fundido para produzir titânio metálico. O processo pode ser realizado em uma ou duas etapas, dependendo do teor de titânio e dos níveis de impurezas da escória.
Processo MER
Desenvolvido pela MER Corporation, este processo utiliza TiO2 ou rutilo como ânodo e uma mistura de cloreto como eletrólito. O ânodo emite uma mistura de gases CO e CO2 durante a eletrólise, enquanto os íons de titânio são reduzidos a titânio metálico no cátodo.
Processo USTB
Em 2005, o professor Zhu Hongmin e sua equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pequim propuseram um novo método para a extração de titânio esponjoso por meio de eletrólise de sal fundido - a eletrólise de um ânodo de TiO·mTC, uma solução sólida solúvel de TiO2 e TiC, para produzir titânio puro.
Este método envolve a mistura de pós de carbono e dióxido de titânio ou carboneto de titânio e dióxido de titânio em proporções estequiométricas, pressionando-os em uma forma e, em seguida, sob certas condições, formando um ânodo de TiO·mTC com condutividade metálica. Usando um sal fundido de metal alcalino ou haletos de metal alcalino-terroso como eletrólito, a eletrólise é realizada a uma temperatura específica. Durante este processo, o titânio se dissolve no sal fundido na forma de íons de baixa valência e se deposita no cátodo, enquanto o carbono e o oxigênio contidos no ânodo formam óxidos de carbono gasosos (CO, CO2) ou oxigênio (O2) que são liberados. . Este método pode produzir pó metálico de titânio de alta pureza com teor de oxigênio inferior a 300×10-6, atendendo ao padrão nacional de primeiro grau e alcançando uma eficiência de corrente catódica de até 89%.
As vantagens notáveis deste método incluem a capacidade de realizar continuamente o processo de eletrólise sem gerar limo anódico, simplicidade do processo, baixo custo e respeito ao meio ambiente.
A extração de titânio metálico é uma área de pesquisa significativa na metalurgia, e o processo de eletrólise de sal fundido é considerado a alternativa mais promissora ao processo Kroll para metalurgia de titânio. Dadas as vastas reservas e a importância crítica dos recursos de titânio, a utilização abrangente da titanomagnetita vanadífera é de grande importância. Examinando o estado atual de pesquisa e desenvolvimento dos processos de extração de titânio, os processos que utilizam TiCl4 como precursor geralmente enfrentam dificuldades na redução de custos, enquanto a preparação direta de titânio metálico a partir de TiO2 merece pesquisas mais aprofundadas. Se os problemas técnicos puderem ser superados, a aplicação em escala industrial poderá tornar-se viável.
