Titanium melimpah di kerak bumi, dan Tiongkok menempati peringkat pertama secara global dalam hal sumber daya titanium, dengan cadangan terbukti mencapai sekitar 38,8% dari total cadangan dunia. Sumber daya ini tersebar di lebih dari 100 wilayah pertambangan di lebih dari 20 provinsi dan wilayah, terutama terkonsentrasi di wilayah barat daya, tengah-selatan, dan utara Tiongkok. Secara khusus, cadangan magnetit vanadium-titanium di wilayah Panxi terkenal di dunia karena cadangannya yang besar, mencakup 92% sumber daya titanium Tiongkok, sehingga memberikan landasan yang kokoh bagi industri titanium di negara tersebut. Namun, proses produksi titanium saat ini ditandai dengan siklus proses yang panjang, konsumsi energi yang tinggi, dan polusi yang parah, sehingga menyebabkan harga tinggi dan membatasi penggunaannya secara luas. Oleh karena itu, pengembangan metode produksi titanium baru yang berbiaya rendah merupakan hal yang sangat penting untuk mempercepat transisi Tiongkok dari negara penghasil titanium utama menjadi negara penghasil titanium terbesar.
Proses Metalurgi Titanium Tradisional
Proses peleburan titanium tradisional, yang dikenal sebagai "proses Kroll", melibatkan reduksi titanium tetraklorida (TiCl4) dengan logam natrium atau magnesium untuk menghasilkan logam titanium. Karena titanium diproduksi di bawah titik lelehnya, ia berbentuk seperti spons, oleh karena itu dinamakan "titanium spons". Proses Kroll terdiri dari tiga tahap utama: persiapan bahan kaya titanium, produksi TiCl4, dan reduksi dan distilasi untuk menghasilkan spons titanium.
Proses Metalurgi Titanium Baru
Untuk mengurangi biaya produksi logam titanium, para peneliti telah mengeksplorasi berbagai metode ekstraksi baru, termasuk elektrolisis TiCl4, proses ITP (Armstrong), proses FFC, proses OS, Proses Pra-Reduksi (PRP), proses QT, proses MER, dan proses USTB. .
Elektrolisis TiCl4 untuk Produksi Titanium
Titanium oksida dan titanium klorida dapat berfungsi sebagai bahan baku untuk produksi industri titanium. Namun, hanya titanium klorida yang telah digunakan sebagai prekursor produksi logam titanium karena kemampuannya menghilangkan pengotor oksigen dan karbon secara efektif. Penelitian saat ini berfokus pada persiapan dan pemurnian TiCl4, dengan metode seperti reduksi termal natrium, reduksi oksigen, reduksi hidrogen, dan elektrolisis langsung sedang dieksplorasi.
Proses Armstrong/ITP (Bubuk Titanium Internasional).
Didirikan pada tahun 1997, ITP, yang berbasis di Chicago, AS, menggunakan gas natrium untuk mereduksi TiCl4, sehingga memungkinkan produksi bubuk titanium secara berkelanjutan. Metode ini melibatkan penyuntikan uap TiCl4 ke dalam aliran gas natrium, menghasilkan bubuk titanium dan NaCl, yang kemudian dipisahkan melalui distilasi, filtrasi, dan pencucian. Proses ini membanggakan kemurnian produk yang tinggi dan ramah lingkungan, namun tantangannya tetap ada dalam mengurangi biaya produksi dan meningkatkan kualitas produk.
Proses FFC (Proses Cambridge)
Diusulkan pada tahun 2000 oleh Profesor DJ Fray dan kolaboratornya di Universitas Cambridge, proses FFC melibatkan elektrolisis titanium oksida padat sebagai katoda, grafit sebagai anoda, dan lelehan logam alkali tanah klorida sebagai elektrolit. Metode ini ramah lingkungan, dengan siklus produksi yang pendek, namun menghadapi tantangan seperti kandungan oksigen yang tinggi dalam produk dan diskontinuitas proses.
Proses OS
Dikembangkan oleh One dan Suzuki di Jepang, proses ini menggunakan kalsium yang diperoleh secara elektrolitik untuk mereduksi TiO2 menjadi logam titanium. Prosesnya berlangsung dalam lelehan Ca/CaO/CaCl2, dengan bubuk titanium oksida ditempatkan dalam keranjang katoda. Metode ini menjanjikan pengurangan biaya yang signifikan namun menghasilkan logam titanium dengan kandungan oksigen yang relatif tinggi.
Proses PRP
Diusulkan oleh para sarjana Jepang, metode ini mencampurkan TiO2 dengan bahan fluks seperti CaO atau CaCl2, membentuk campuran, menyinternya, dan memaparkannya pada uap kalsium pada suhu tinggi untuk menghasilkan bubuk titanium. Bubuk yang dihasilkan dapat mencapai kemurnian 99% dengan kandungan oksigen berkurang.
Proses QiT
Dikembangkan oleh Quebec Iron dan Titanium Inc., proses ini melibatkan elektrolisis terak titanium dalam lingkungan garam cair untuk menghasilkan logam titanium. Prosesnya dapat dilakukan dalam satu atau dua langkah, tergantung pada kandungan titanium dan tingkat pengotor dalam terak.
Proses MER
Dikembangkan oleh MER Corporation, proses ini menggunakan TiO2 atau rutil sebagai anoda dan campuran klorida sebagai elektrolit. Anoda mengeluarkan campuran gas CO dan CO2 selama elektrolisis, sedangkan ion titanium direduksi menjadi logam titanium di katoda.
Proses USTB
Pada tahun 2005, Profesor Zhu Hongmin dan timnya di Universitas Sains dan Teknologi Beijing mengusulkan metode baru untuk ekstraksi spons titanium melalui elektrolisis garam cair—elektrolisis anoda TiO·mTC, larutan padat TiO2 dan TiC yang dapat larut, untuk menghasilkan titanium murni.
Metode ini melibatkan pencampuran bubuk karbon dan titanium dioksida atau titanium karbida dan titanium dioksida dalam proporsi stoikiometri, menekannya menjadi suatu bentuk, dan kemudian dalam kondisi tertentu, membentuk anoda TiO·mTC dengan konduktivitas logam. Menggunakan garam cair dari logam alkali atau halida logam alkali tanah sebagai elektrolit, elektrolisis dilakukan pada suhu tertentu. Selama proses ini, titanium larut ke dalam garam cair dalam bentuk ion bervalensi rendah dan mengendap di katoda, sedangkan karbon dan oksigen yang terkandung di anoda membentuk gas karbon oksida (CO, CO2) atau oksigen (O2) yang dilepaskan. . Metode ini dapat menghasilkan bubuk logam titanium dengan kemurnian tinggi dengan kandungan oksigen kurang dari 300×10-6, memenuhi standar nasional kelas satu, dan mencapai efisiensi arus katoda hingga 89%.
Keuntungan penting dari metode ini termasuk kemampuan untuk melakukan proses elektrolisis secara terus menerus tanpa menghasilkan slime anoda, kesederhanaan proses, biaya rendah, dan ramah lingkungan.
Ekstraksi logam titanium merupakan bidang penelitian penting dalam metalurgi, dan proses elektrolisis garam cair dianggap sebagai alternatif paling menjanjikan dibandingkan proses Kroll untuk metalurgi titanium. Mengingat cadangan yang sangat besar dan pentingnya sumber daya titanium, pemanfaatan titanomagnetit vanadiferous secara komprehensif sangatlah penting. Meninjau status penelitian dan pengembangan proses ekstraksi titanium saat ini, proses yang menggunakan TiCl4 sebagai prekursor umumnya menghadapi kesulitan dalam pengurangan biaya, sedangkan preparasi langsung logam titanium dari TiO2 memerlukan penelitian lebih mendalam. Jika masalah teknis dapat diatasi, penerapannya pada skala industri mungkin dapat dilakukan.
