টাইটানিয়াম স্ক্র্যাপ ধাতু প্রস্তুতি পদ্ধতি

টাইটানিয়াম এবং এর সংকর ধাতুগুলিতে কম ঘনত্বের জারা প্রতিরোধের এবং উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের মতো চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে। বিশ্ব টাইটানিয়াম শিল্প ধাতুবিদ্যা, শক্তি, পরিবহন, রাসায়নিক শিল্প, বায়োমেডিসিন এবং অন্যান্য নাগরিক ক্ষেত্রগুলির বিকাশের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে একটি বৈচিত্র্যময় মডেল হিসাবে প্রধান বাজার হিসাবে মহাকাশ সহ একটি একক মডেল থেকে রূপান্তর অনুভব করছে। বর্তমানে, বিশ্বের মাত্র কয়েকটি দেশে যেমন মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, জাপান, রাশিয়া, চীন এবং অন্যান্য দেশে টাইটানিয়ামের শিল্পোন্নত উত্পাদন করা যেতে পারে, বিশ্বের মোট বার্ষিক টাইটানিয়ামের আউটপুট কয়েক হাজার হাজার টন মাত্র। কিন্তু টাইটানিয়ামের উল্লেখযোগ্য কৌশলগত মূল্য এবং জাতীয় অর্থনীতির অবস্থার কারণে, টাইটানিয়াম "তৃতীয় ধাতু" এর পরে লোহা, অ্যালুমিনিয়ামের উত্থান হয়ে উঠবে, 21 শতক হবে টাইটানিয়ামের শতাব্দী।

বর্তমান টাইটানিয়াম উৎপাদন পদ্ধতি ধাতব তাপীয় হ্রাস পদ্ধতি ব্যবহার করে বর্তমান টাইটানিয়াম উৎপাদন, যা ধাতু এম প্রস্তুত করার প্রতিক্রিয়ার ধাতু রিডাক্ট্যান্ট (R) এবং ধাতব অক্সাইড বা ক্লোরাইড (MX) ব্যবহারকে বোঝায়। ইতিমধ্যেই ম্যাগনেসিয়ামের জন্য টাইটানিয়াম ধাতব পদ্ধতির শিল্পায়িত উৎপাদন। তাপ হ্রাস পদ্ধতি (ক্রোল পদ্ধতি) এবং সোডিয়াম তাপ হ্রাস পদ্ধতি (হান্টার পদ্ধতি)। কারণ হান্টার পদ্ধতিটি ক্রোল পদ্ধতির চেয়ে বেশি ব্যয়বহুল, একমাত্র পদ্ধতি যা বর্তমানে শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় তা হল ক্রোল পদ্ধতি, যা 1948 সালে এর বিকাশের পর থেকে এর উচ্চ ব্যয় এবং কম হ্রাস দক্ষতার জন্য সমালোচিত হয়েছে। অর্ধ শতাব্দী পরে, প্রক্রিয়া মৌলিকভাবে পরিবর্তিত হয়নি, এখনও বিরতি উত্পাদন, ক্রমাগত উত্পাদন উপলব্ধি করতে ব্যর্থ হয়েছে.

টাইটানিয়াম ধাতু উৎপাদন পদ্ধতি বিশ্ব টাইটানিয়াম শিল্পে নতুন প্রবণতা উন্নয়নের দশকের পর, যদিও ক্রোল পদ্ধতি এবং হান্টার পদ্ধতি উন্নতির একটি সিরিজের জন্য, কিন্তু তারা বিরতিমূলক অপারেশন, ছোট উন্নতি উল্লেখযোগ্যভাবে টাইটানিয়ামের দাম কমাতে পারে না। অতএব, উচ্চ উৎপাদন খরচের সমস্যা মৌলিকভাবে সমাধান করার জন্য একটি নতুন, কম খরচের ক্রমাগত প্রক্রিয়া তৈরি করা উচিত। এই লক্ষ্যে, গবেষকরা প্রচুর পরীক্ষা-নিরীক্ষা ও গবেষণা চালিয়েছেন। বর্তমান গবেষণা নিম্নলিখিত পদ্ধতি উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে: ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল হ্রাস পদ্ধতি যাতে খরচ কমাতে, টাইটানিয়াম ধাতু সরাসরি ডিঅক্সিডেশন গবেষণা মানুষ. বিদেশে কিছু লোক ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পদ্ধতি ব্যবহার করে টাইটানিয়ামে কঠিন দ্রবীভূত অক্সিজেনের ঘনত্ব সনাক্তকরণের সীমা (500 পিপিএম) নীচে কমাতে। তারা বিশ্বাস করে যে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ডিঅক্সিডেশন প্রক্রিয়ায়, ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড গলিত লবণের তড়িৎ বিশ্লেষণে ডিঅক্সিডাইজার ক্যালসিয়াম তৈরি হয় এবং O2- অ্যানোডে CO2 বা CO আকারে অবক্ষয় হয়। উচ্চ বিশুদ্ধকরণের এই নতুন পদ্ধতিটি শুধুমাত্র টাইটানিয়ামের ডিঅক্সিজেনেশনের জন্য নয়, ইট্রিয়াম এবং নিওডিয়ামিয়ামের মতো বিরল আর্থ ধাতুগুলির জন্যও ব্যবহৃত হয় এবং অক্সিজেনের পরিমাণ 10 পিপিএম পর্যন্ত কমাতে পারে।

পরীক্ষামূলক প্রক্রিয়ার শিল্পায়নের বৈদ্যুতিন রাসায়নিক পদ্ধতি হল: প্রথমত, ঢালাই বা চাপ ছাঁচনির্মাণ সহ টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড পাউডার, ক্যাথোডের জন্য সিন্টার করা, অ্যানোড হিসাবে গ্রাফাইট, গলিত লবণ হিসাবে CaCl2, তড়িৎ বিশ্লেষণের জন্য গ্রাফাইট বা টাইটানিয়াম ক্রুসিবলে। প্রয়োগ করা ভোল্টেজ হল 2.8V থেকে 3.2V, যা CaCl2 (3.2V থেকে 3.3V) এর পচন ভোল্টেজের চেয়ে কম। ইলেক্ট্রোলাইসিসের একটি নির্দিষ্ট সময়ের পরে, ক্যাথোড সাদা থেকে ধূসরে পরিবর্তিত হয় এবং SEM এর অধীনে 0.25 μm TiO2 থেকে 12 μm টাইটানিয়াম স্পঞ্জের রূপান্তর পরিলক্ষিত হয়৷ গলিত লবণ হিসেবে ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড ব্যবহার করার প্রধান কারণ হল এর কম দাম এবং O2- এর জন্য এর দ্রবণীয়তা, যার ফলে প্রসিপিটেটেড টাইটানিয়াম সহজে অক্সিডাইজ করা যায় না; উপরন্তু, CaCl2 পরিবেশের জন্য অ-বিষাক্ত এবং অ-দূষণকারী।

TiCl4 গলিত লবণ ইলেক্ট্রোলাইসিসের সাথে তুলনা করে, এই পদ্ধতিতে ব্যবহৃত কাঁচামালগুলি উদ্বায়ী ক্লোরাইডের পরিবর্তে অক্সাইড, তাই প্রস্তুতির প্রক্রিয়াটি সরলীকৃত করা যেতে পারে এবং পণ্যের গুণমান উচ্চ; টাইটানিয়াম ভ্যালেন্স আয়নগুলির মধ্যে কোনও রেডক্স প্রতিক্রিয়া হবে না; অ্যানোড বৃষ্টিপাতের গ্যাস হল বিশুদ্ধ অক্সিজেন (জড় অ্যানোড) বা CO এবং CO2 (গ্রাফাইট অ্যানোড) এর মিশ্রণ, যা সহজেই নিয়ন্ত্রণযোগ্য এবং অ-দূষণকারী।

এই পদ্ধতিটি কেবল ক্যাথোডের কাছাকাছি হ্রাস প্রতিক্রিয়াকে প্রচার করে না, তবে হ্রাসের মাধ্যমে প্রাপ্ত টাইটানিয়ামকেও ডিঅক্সিডাইজ করে। এই পদ্ধতিটি অক্সাইডের সরাসরি ইলেক্ট্রোলাইটিক হ্রাস এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ডিঅক্সিজেনেশনকে একত্রিত করে, যা টাইটানিয়াম প্রস্তুত করার একটি নতুন পদ্ধতি এবং টাইটানিয়াম নিষ্কাশন প্রক্রিয়ার সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য পদ্ধতি হয়ে উঠেছে। 2000 সালে ব্রিটিশ জার্নাল নেচারে প্রকাশিত গবেষণাপত্রের তথ্য অনুসারে, অনুমান করা হয় যে এই পদ্ধতির ব্যবহার টাইটানিয়াম স্পঞ্জের উৎপাদন খরচ প্রায় 13,000 মার্কিন ডলার প্রতি টন হ্রাস করে। , এবং বর্তমান বিশ্বব্যাপী মোট উৎপাদন 50,000 থেকে 60,000 টন প্রতি বছর 770 মিলিয়ন ইউএস ডলার সাশ্রয় করবে যদি এই ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পদ্ধতির উৎপাদনে পরিবর্তন করা হয়।

আর্মস্ট্রং পদ্ধতি আমস্ট্রং এট আল। হান্টার পদ্ধতির উন্নতি করতে, এটি একটি অবিচ্ছিন্ন উত্পাদন প্রক্রিয়া করে। প্রক্রিয়াটি নিম্নরূপ: TiCl4 গ্যাসকে প্রথমে অতিরিক্ত গলিত সোডিয়ামের মধ্যে ইনজেকশন দেওয়া হয়, যা পণ্যটিকে কমাতে এবং এটিকে পৃথকীকরণ প্রক্রিয়ায় নিয়ে যাওয়ার জন্য শীতলকারী হিসাবে কাজ করে। পণ্য টাইটানিয়াম পাউডার পেতে সোডিয়াম এবং লবণ সরান। পণ্যটিতে অক্সিজেনের পরিমাণ কম 0.2%, যা সেকেন্ডারি টাইটানিয়ামের মান পর্যন্ত পৌঁছেছে। প্রক্রিয়াটির সামান্য উন্নতি VTi, AlTi সংকর ধাতু তৈরি করতে পারে। হান্টার পদ্ধতির সাথে তুলনা করে, এই পদ্ধতিতে ক্রমাগত উত্পাদন, স্বল্প বিনিয়োগ, পণ্যের বিস্তৃত প্রয়োগের সুবিধা রয়েছে এবং সোডিয়াম এবং ক্লোরিনে পচনশীল উপজাতগুলি পুনর্ব্যবহৃত করা যেতে পারে।

TiCl4 ইলেক্ট্রোলাইটিক হ্রাস পদ্ধতি ইলেক্ট্রোলাইটিক প্রক্রিয়ার দৃষ্টিকোণ থেকে, TiCl4 ইলেক্ট্রোলাইটিক পদ্ধতির ব্যবহার ক্রোল এবং হান্টার উভয় পদ্ধতির চেয়ে উচ্চতর। অতএব, ক্রলের তাপীয় হ্রাস পদ্ধতির বিকাশের শুরু থেকে, টাইটানিয়াম গলানোর প্রক্রিয়াটিকে একটি ইলেক্ট্রোলাইটিক পদ্ধতিতে রূপান্তর করার ধারণা রয়েছে।

TiCl4 ইলেক্ট্রোলাইটিক রিডাকশন পদ্ধতিই একমাত্র যেটিকে একসময় ক্রোল প্রক্রিয়ার সম্ভাব্য প্রতিস্থাপন বলে মনে করা হয়েছিল, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, সাবেক সোভিয়েত ইউনিয়ন, জাপান, ফ্রান্স, ইতালি, চীন এবং আরও অনেকগুলি দীর্ঘমেয়াদী এবং ইন- এটা নিয়ে গভীর গবেষণা। TiCl4 ইলেক্ট্রোলাইটিক রিডাকশন পদ্ধতিটি প্রযুক্তিগতভাবে TiCl4 কে টাইটানিয়ামের একটি কম-ভ্যালেন্ট ক্লোরাইডে রূপান্তর করতে এবং এটিকে দ্রবীভূত করার জন্য প্রয়োজনীয় এবং একই সময়ে, ক্যাথোড এলাকাটিকে অ্যানোড এলাকা থেকে আলাদা করা এবং ইলেক্ট্রোলাইটিক ট্যাঙ্কটিকে সিল করা প্রয়োজন। .

ইতালীয় লোকেরা TiCl4 ইলেক্ট্রোলাইসিস নিয়ে কাজ করছে, তারা ক্লোরিনেশন ইলেক্ট্রোলাইসিসের তথ্য বিশ্লেষণ করে দেখেছে যে যখন তাপমাত্রা 900 ডিগ্রির উপরে থাকে, তখন ইলেক্ট্রোলাইটে কোন Ti2+ বা Ti3+ থাকে না, কিন্তু শুধুমাত্র Ti 4+ এবং Ti. এই ভিত্তিতে প্রতিষ্ঠিত ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়াটি নিম্নরূপ: TiCl4 গ্যাস একটি মাল্টি-লেয়ার ইলেক্ট্রোলাইটে ইনজেক্ট করা হয় এবং শোষিত হয়। এই মাল্টি-ফেজ স্তরটিতে পটাসিয়াম, ক্যালসিয়াম, টাইটানিয়াম, ক্লোরিন এবং ফ্লোরিনের পাশাপাশি পটাসিয়াম এবং ক্যালসিয়ামের আয়ন রয়েছে এবং গ্রাফাইট অ্যানোড থেকে টাইটানিয়াম ক্যাথোডকে আলাদা করে। সর্বনিম্ন স্তরে উত্পন্ন তরল টাইটানিয়াম স্নানের নীচে একটি তামার ক্রুসিবলে ডুবে যায় এবং জল শীতল করে ইঙ্গট তৈরি করে। যাইহোক, এই পদ্ধতি দ্বারা প্রাপ্ত টাইটানিয়ামের বিশুদ্ধতা বেশি নয় এবং কার্যকারিতা কম।

আউটলুক একটি আদর্শ উপাদান মনোযোগ হিসাবে 20 শতকের দ্বিতীয়ার্ধ থেকে উচ্চতর কর্মক্ষমতা এবং টাইটানিয়াম প্রচুর সম্পদ আছে, কিন্তু এখনও পর্যন্ত টাইটানিয়াম বিশ্বের বার্ষিক উৎপাদনের বাইরে বিরল ধাতু থেকে ছিল না শুধুমাত্র হাজার হাজার টন. কারণ ক্রোল পদ্ধতি হল স্পঞ্জি টাইটানিয়াম ধাতু পেতে ম্যাগনেসিয়াম মেটালের সাথে টাইটানিয়াম টেট্রাক্লোরাইড হ্রাস করা, দীর্ঘ প্রক্রিয়ার সাথে মিলিত হওয়া, একাধিক প্রক্রিয়ার পুনরাবৃত্তি এবং অন্যান্য কারণের ফলে টাইটানিয়াম স্পঞ্জের উচ্চ মূল্য, বিভিন্ন শিল্পে টাইটানিয়াম প্রয়োগকে প্রভাবিত করে, যাতে এটি এখনও অনেক অ্যাপ্লিকেশন এলাকায় ব্যবহারের জন্য জনপ্রিয় হয়নি। যাইহোক, আমরা বিশ্বাস করি যে বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির উন্নয়ন, টাইটানিয়াম ধাতু নতুন উত্পাদন প্রক্রিয়া উন্নয়ন, উত্পাদন খরচ হ্রাস, উত্পাদন স্কেল সম্প্রসারণ, 21 শতক সত্যিই টাইটানিয়ামের শতাব্দীতে পরিণত হবে।