Erzeugung synthetischer TiO2-Niedrigtemperatur-Modifikationen als Einsatzstoff für die prozessstufenminimierte Titanmetallherstellung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Beitrag des Teilprojektes sollte die Bereitstellung von synthetischem TiO2 als Vorstoff für die Feststoffaluminothermie unter Einsatz von natürlichen Erzkonzentraten zur Substitution der Pigmentherstellung sein. In der ersten Phase des Projektes wurde die Reaktionskinetik der Auflösung von Ilmenit mit Dünnsäure nach mechanischer Aktivierung durch Schwingmahlung untersucht. Ein entscheidender Fortschritt gelang mit der Entdeckung, dass bei der Schwingmahlung von Mischungen aus Titanerz und Aluminiumpulver brikettähnliche Agglomerate mit hohen Lagerungsdichten entstehen, die bei der Laugung mit einer Säure zur Bildung von atomarem Wasserstoff führen. Durch die stark reduzierende Wirkung von atomarem Wasserstoff lösen sich Ti4+-Ionen unter partieller Bildung von Ti3+-Ionen bei Normalbedingungen und Temperaturen <50oC. Die aus diesem Prozess durch Hydrolyse gewinnbaren synthetischen TiO2-Konzentrate mit Gehalten >90% TiO2, können die bei der Feststoffaluminothermie üblicherweise eingesetzten Pigmente substituieren. Für die Aluminothermie bedeutet dies eine Prozessstufenminimierung von bisher 6 auf 4 Stufen. Sowohl der Einsatz von synthetisch hergestellten TiO2-Konzentraten, als auch mechanisch aktivierten Rutilkonzentraten bewirken bei der aluminothermischen Herstellung von TiAl-Legierungen eine entscheidende Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit und eine Verminderung des Boostereinsatzes bis zu 30%. Gegenüber dem Stand der Technik wurde damit ein Fortschritt erzielt, der für die Erzeugung von Ti-Legierungen im technischen Maßstab eine entscheidende Bedeutung hat und dem Ziel der Prozessstufenminimierung gerecht wird. Vorversuche haben darüber hinaus ergeben, dass die Boostermodifizierung mit Hilfe von mechanisch aktivierten Metallen, die Möglichkeit einer weitgehenden Substitution des umwelt- und produktschädlichen KClO4 bei der Feststoffaluminothermie erlaubt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Mechanical activation of ilmenite concentrate, and mechanochemical synthesis of ilmenite, In: Proceedings of the XV. Balkan Mineral Processing Congress, Sozopol, Bulgaria, June 12-16, 2013, Eds.: Nishkov, I. et al., Sofia, Bulgaria: University of Mining and Geology, ISBN 978-954-353-218-6, 2013, 1115-1118
Kostova, N.G., Achimovičová, M., Fabián, M., Eliyas, A., Shopska, M., Velinov, N., Baláž, P.
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Aluminothermic production of titanium alloys (Part 1): Synthesis of TiO2 as input material. In: Metall. Mater. Eng. Vol. 20, (2014), Issue 2, 141-154
Achimovičová, M., Hassan-Pour, S., Gock, E., Vogt, V., Baláž, P., Friedrich, B.
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Study of the mechanochemical reduction of ilmenite concentrate by addition of aluminum. In: Acta Physica Polonica A, Vol.126, No.4 (2014), 867-870
Achimovičová, M., Gock, E., Turianicová, E., Kostova, N.G., Velinov, N., Kaňuchová, M., Baláž, P.
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Aluminothermic production of titanium alloys (Part 2): Mechanically activated rutile ore concentrate as input material. In: Metall. Mater. Eng. Vol. 21, (2015), Issue 2, 101-114
Hassan-Pour, S., Vonderstein, C., Friedrich, B., Achimovičová, M., Gock, E., Vogt, V.
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TiO2 Obtained from mechanically activated ilmenite and its photocatalytic properties. In: Bulgarian Chemical Communication, Vol. 47, No.1 (2015), 317-322
Kostova, N.G, Achimovičová, M., Eliyas, A., Velinov, N., Blaskov, V., Stambolova, I., Gock, E.
