從事鈦金屬生產(chǎn)制造的人知道，1940年盧森堡科學(xué)家“WJ克勞爾”發(fā)明鎂熱還原法制取海綿鈦后，近80余年來，克勞爾生產(chǎn)流程：鈦礦--電爐熔煉生產(chǎn)高鈦渣--氯化生產(chǎn)四氯化鈦--鎂還原+蒸餾生產(chǎn)海綿鈦的工藝路線被廣泛應(yīng)用?？藙跔柗ㄉa(chǎn)海綿鈦的鎂還原蒸餾法是一個(gè)高能耗、高二氧化碳排放的過程。多年來人們一直在研究探索一種更好的新工藝，以降低能耗、降低碳排放、低成本的海綿鈦生產(chǎn)新工藝?？茖W(xué)家在鈦冶煉領(lǐng)域進(jìn)行了許多新的工藝方法嘗試，但都沒能有效的解決鈦原料生產(chǎn)中的高能耗、高污染、高成本等實(shí)際問題，目前還沒有一種新的鈦金屬冶煉新技術(shù)得到有效的推廣應(yīng)用。

電解沉積樹枝狀鈦晶

近期，據(jù)報(bào)道，美國Universal Achemetal Titanium(UAT)與東邦鈦公司（Toho Titanium）合作，通過新的工藝技術(shù)方法，避免了在鈦礦提煉反應(yīng)時(shí)的碳元素加入，來解決工藝制取過程中溫室氣體二氧化碳的排出，探索出一種新的鈦冶煉提取方法，即將帶來鈦原料制取技術(shù)的新突破，有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

克勞爾法（Kroll）鈦金屬提取法，是將粉末狀鈦礦（Ti02）置于熔煉爐中，注入氯氣和還原劑煤焦，加熱到1000℃左右實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，來制取液態(tài)四氯化鈦，反應(yīng)產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w。這種工藝方法生產(chǎn)一噸金屬鈦會(huì)產(chǎn)生大約10噸二氧碳?xì)怏w，在鎂還原蒸餾工序，將消耗掉大量的電能，生產(chǎn)一噸海綿鈦大約需要消耗2～3萬度電，并且蒸餾還原過程中鈦金屬中的雜質(zhì)去除難度也非同一般，這就造成了海綿鈦生產(chǎn)的高污染、高能耗、高成本等諸多弊端。

UAT公司研究的鈦冶煉提取新工藝技術(shù)方法，是在粉末狀鈦礦（Ti02）中添加氟化鈣和鋁，混合物在冶煉爐中發(fā)生劇烈的鋁熱還原反應(yīng)，燃燒反應(yīng)后的氧化鋁和氟化鈣易于分離，再采用電解法將金屬鈦溶入電解液中，之后在電極表面形成固態(tài)的樹枝狀鈦金屬沉積物，經(jīng)水洗或真空分離得到金屬鈦。此方法制取的鈦金屬雜質(zhì)含量低，比克勞爾法的去除雜質(zhì)效果好。這個(gè)工藝技術(shù)流程中沒有碳元素的參與，解決了生產(chǎn)過程中二氧化碳的大量排放，工藝方法更加環(huán)保，此工藝流程的耗電量也比克勞爾法降低70%左右。生產(chǎn)中電解沉積制取的鈦金屬，可直接用于制取鈦粉或用作生產(chǎn)纖維燒結(jié)多孔薄板等。新的工藝技術(shù)有效地解決了鈦金屬原料制取中的高能耗、高污染，并能獲得純度更高、成本更低的鈦金屬原材料。

在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，2021年日本東邦鈦公司為這項(xiàng)新的提取技術(shù)建設(shè)了中試車間，包括不同型號的大小電解沉積槽等，并在試生產(chǎn)試驗(yàn)中優(yōu)化改進(jìn)了電解提純工藝，成功批量化生產(chǎn)出比克勞爾法純度更高、氧含量更低的鈦金屬，這為新技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用邁出成功的第一步。