من الخام إلى المنتج النهائي: صعوبات العملية والاختراقات في التيتانيوم

يُصنف التيتانيوم ضمن أفضل عشرة معادن من حيث احتياطيات القشرة الأرضية وهو ليس موردًا نادرًا. ومع ذلك، فإن تحويل خامات الإلمنيت والروتيل إلى مواد تعتمد على التيتانيوم ينطوي على تحديات تعدينية ومعالجة هائلة. بفضل البحث والتطوير المستمر والجهود الصناعية، تم تحقيق اختراقات تقنية متعددة عبر السلسلة الصناعية للتيتانيوم، والتي تغطي إثراء الخام، وصهر إسفنجة التيتانيوم، والصهر والتصنيع الدقيق، مما أدى تدريجياً إلى كسر الحواجز التقنية أماممواد التيتانيوم الراقية.

 

 

 

 

1. إثراء الخام وتخصيبه

المواد الخام: الإلمنيت، الروتيل
العملية: الفصل بالجاذبية، الفصل المغناطيسي، التعويم ← تركيز عالي التيتانيوم

 

2.الحد من الكلورة لإنتاج الإسفنج التيتانيوم

العملية: المعالجة بالكلور بدرجة حرارة عالية + تنقية التصحيح ← رابع كلوريد التيتانيوم؛ عملية كرول ← التقطير الفراغي لإزالة الشوائب والسحق والغربلة ← إسفنجة التيتانيوم

 

3. ذوبان الفراغ والصب لإنتاج سبائك التيتانيوم

العملية: تتم إضافة عناصر صناعة السبائك مثل الألومنيوم والفاناديوم والموليبدينوم إلى إسفنجة التيتانيوم، يليها الصهر الفراغي والصب ← سبائك التيتانيوم

 

4. معالجة الضغط والتصنيع الدقيق لمنتجات التيتانيوم

العملية: الحدادة، والدرفلة، والبثق، واللحام، والمعالجة الحرارية ← المنتجات النهائية بما في ذلك قضبان التيتانيوم والألواح والأنابيب والمطروقات

التطبيقات: الطيران، الهندسة البحرية، الأجهزة الطبية، معدات الكلور القلوي وغيرها من المجالات

 

 

1. التحديات في تخصيب الخام والكلور

يتميز الإلمنيت الطبيعي بمحتوى منخفض من ثاني أكسيد التيتانيوم وشوائب وفيرة. يتطلب إنتاج خبث التيتانيوم / الروتيل الاصطناعي إجراءات ترقية طويلة مع استهلاك مرتفع للطاقة. تولد الكلورة رابع كلوريد التيتانيوم شديد التآكل، مما يتسبب في تآكل شديد للمعدات. تتضمن عملية التصحيح والتنقية لرابع كلوريد التيتانيوم الخام عمليات سير عمل معقدة، مما يؤدي إلى خسارة كبيرة في المواد وضغط شديد للتخلص من المنتجات الثانوية.

 

2. عيوب في صهر التيتانيوم الإسفنجي

إن التخفيض الحراري للمغنيسيوم من شركة Kroll هو تقنية إنتاج دفعة واحدة. وتستمر دورة الفرن الواحد من عدة أيام إلى أكثر من عشرة أيام، وهي متقطعة على عكس إنتاج الصلب أو الألومنيوم، مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة وارتفاع استهلاك الطاقة. ويتطلب الأمر حماية عالية النقاء للغاز الخامل طوال العملية، كما أن معدات إعادة تدوير كلوريد المغنيسيوم والمغنيسيوم متطورة. يميل الهيكل المسامي لإسفنجة التيتانيوم إلى احتجاز الشوائب، مما يفرض متطلبات صارمة على الختم وجودة المواد الخام ومراقبة التشغيل. قد يؤدي سوء التشغيل البسيط إلى تدهور دفعة الفرن بأكملها، مما يخلق حواجز عالية أمام تصنيع إسفنجة التيتانيوم المستخدمة في مجال الطيران والفضاء.

 

3. صعوبات في الصهر والصب والتزوير

يجب أن يتم ذوبان إسفنجة التيتانيوم تحت فراغ أو جو خامل. تكون سبائك التيتانيوم كبيرة الحجم عرضة للفصل التركيبي وعيوب التضمين. تُظهر سبائك التيتانيوم مقاومة عالية للتشوه، ونوافذ ضيقة لدرجة حرارة المعالجة، وقابلية لالتقاط الشوائب والأكسدة عند درجات حرارة عالية، وضعف قابلية التشكيل عند درجات حرارة منخفضة. تظهر سبائك التيتانيوم لزوجة عالية أثناء القطع، مما يؤدي إلى تآكل الأدوات الثقيلة. يمكن أن يتجاوز فقدان المواد أثناء تصنيع مكونات السبائك المصبوبة 70%، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف الإجمالية. يؤدي اللحام عند ملامسته للهواء إلى إنتاج طبقات أكسيد هشة، وتنطبق معايير جودة اللحام الصارمة للغاية على معدات الفضاء الجوي ومعدات أعماق البحار.

 

4. تحديات التحكم في أداء السبائك المتطورة

تفرض تطبيقات الفضاء الجوي وهندسة أعماق البحار والتطبيقات الطبية وغيرها متطلبات أداء متباينة على سبائك التيتانيوم. يمكن للاختلافات الطفيفة في تركيب السبائك، وإجراءات الذوبان والتبريد، ومعلمات المعالجة الحرارية أن تغير خصائص المواد، مما يخلق حواجز تقنية عالية أمام سبائك التيتانيوم المتطورة.

 

 

1. صهر إسفنجة التيتانيوم

لقد حققت أفران التقطير والاختزال واسعة النطاق المصنوعة محليًا توطينًا محليًا. تعمل الأفران ذات الحمولة الكبيرة على تحسين إنتاج إسفنجة التيتانيوم وجودتها مع تقليل استهلاك الطاقة، وزيادة نسبة المنتجات المستخدمة في مجال الطيران والفضاء وتقليل الاعتماد على الإمدادات المتطورة المستوردة. يؤدي الدوران الأمثل للمغنيسيوم والكلور إلى خفض التكاليف والتلوث بالنسبة لطريق كرول التقليدي. يمكن لتقنيات التحليل الكهربائي الجديدة للملح المنصهر، مثل FFC وUSTB، إنتاج التيتانيوم مباشرة وتخطي خطوة الكلورة، ومع ذلك تظل في مرحلة المختبر دون نشرها على نطاق صناعي.

 

2. ذوبان السبائك

لقد تم تصنيع ذوبان الموقد البارد بشعاع الإلكترون. فهو يحل عيوب التضمين في السبائك، ويسمح بإعادة تدوير خردة التيتانيوم، ويصنع سبائك تيتانيوم كبيرة الحجم عالية النقاء، مما يكسر الاحتكارات الأجنبية. يخفف الذوبان متعدد المراحل من الفصل التركيبي. تدعم سبائك سبائك التيتانيوم المحلية كبيرة الحجم تصنيع المعدات الوطنية الرئيسية مثل الطائرات كبيرة الحجم والغواصات المأهولة في أعماق البحار للقيام بعمليات على عمق 10 000 متر.

 

3. معالجة الضغط

تم تشغيل المعدات المصنعة محليًا بما في ذلك مكابس الحدادة السريعة التي تزن عشرة آلاف طن ومصانع الدرفلة المستمرة الساخنة المصنوعة من شريط التيتانيوم. إنها تتيح الإنتاج الضخم لمواد التيتانيوم ذات العرض الكبير والأبعاد الكبيرة ورقيقة الجدران. تخدم المنتجات مثل اللفائف المدرفلة على الساخن Gr5 مقاس 2.5 مم وشرائط التيتانيوم فائقة الرقة مقاس 0.1 مم صناعات خلايا الوقود و3C والصناعات الكيماوية. المواد المركبة من الصلب والتيتانيوم والشكل القريب من الشبكة تقلل من فقدان المواد. تتيح تقنيات اللحام المتقدمة تصنيع مكونات واسعة النطاق مثل الأسطوانات المقاومة للضغط البحري والمواد الأساسية لأنودات الكلور والقلويات DSA.

 

4. تطوير السبائك والتصنيع الإضافي

تلبي سبائك التيتانيوم المطورة بشكل مستقل ظروف التشغيل القاسية لمعدات أعماق البحار ومحركات الطائرات. لقد تم تحقيق الإنتاج الضخم لمسحوق الطباعة ثلاثية الأبعاد من التيتانيوم للمكونات الحاملة للفضاء الجوي. تعمل المعالجة اللاحقة على تحسين مقاومة الكلال للأجزاء المصنعة بشكل إضافي، كما أن تشكيل الشكل القريب من الشبكة يقلل من استهلاك المواد أثناء الإنتاج.

 

تعتبر Ruihang مصنعًا مباشرًا لمنتجات التيتانيوم، وتوفر المواد الخام عالية الجودة لمكوناتك الدقيقة. لمزيد من التفاصيل، لا تتردد في الاتصال بنا عبر البريد الإلكتروني:Sam.Rui@bjrh-titanium.com