Low-emission synthesis of titanium alloys
Final Report Abstract
Im Rahmen des Transferprojektes konnten neue Erkenntnisse zum Upscaling des Prozesses, der Abhängigkeit erzielbarer Ti-Ausbringen vom Vorstoff, wesentlicher zu berücksichtigender Einflussfaktoren und möglicher weiterer Anwendungsfelder gewonnen werden. Auf Basis der Entwicklung eines Verfahrensfließbildes wurden Betrachtungen zur wirtschaftlichen Umsetzung angestellt. Zentrale Erkenntnis der Untersuchungen ist die prinzipielle Machbarkeit der Erzeugung synthetischer TiO2-Konzentrate als Vormaterial für die pyrometallurgische Ti Erzeugung im industrienahen Maßstab. Industriell umsetzbare Prozesse mit Indikationen für Verfahrensschaltungen und Betriebsbedingungen (z.B. Mantelkühlung bei Mühlen) konnten erarbeitet werden. Von besonderer Bedeutung dürften Erkenntnisse im Hinblick auf die Effizienz des Verfahrens in Abhängigkeit von der mineralogischen Beschaffenheit des zu verarbeitenden Erzes/Erzkonzentrats sein. Im Laufe der Untersuchungen stellte sich heraus, dass insbesondere die drei Faktoren Phasenkomposition der Fe-Ti-Oxide, Gehalt an Spurenelementen, insbesondere Mn, Kristallstruktur und Kornmorphologie erheblichen Einfluss auf das Umsetzungsverhalten haben. Insofern ist in jedem Einzelfall in einem ersten Schritt eine gezielte mineralogische Untersuchung der vorgesehenen umzusetzenden Erze vorzunehmen und ggfs. durch Aussagen über die Genese des Erzkörpers zu ergänzen. Daraus lassen sich die jeweiligen technisch-wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zur Umsetzbarkeit ableiten. Weiterhin konnte die Nutzung des alternativen Boostermaterials CaO2, welches gleichzeitig nach Reduktion als Schlackenadditiv dient, erfolgreich nachgewiesen werden. Damit stellt es eine innovative Neuerung in der Aluminothermie dar, welche ist bis dato nicht untersucht worden ist. Beim Einsatz von CaO2 laufen die Versuche kontrolliert langsamer und emissionsärmer ab. Im Hinblick auf Ausbeute und Reproduzierbarkeit werden die Versuche deutlich weniger durch Einflussfaktoren, wie zum Beispiel Wärmeverluste und Absetzverhaltens durch Ofengeometrie beeinflusst. Durch das bessere Trennungsverhalten von Schlacke und Metall sind weniger Schlackeneinschlüsse in Metall zu finden, wodurch die Sauerstoffanalytik repräsentativer wird. Dadurch kann neben dem kohlenstoffarmen auch noch ein stickstoffärmerer Prozess etabliert werden, der aufgrund der reduzierten Abgasentwicklung das Schmelzen in der Aluminothermie unter Schutzgas in Betracht gezogen werden kann. Dazu sind eine Reihe von weiteren Versuchen zur Auslegung von möglichen Reaktordesigns notwendig. Durch das sich selbst generierende Schlackendesign durch die Verwendung des Boosters CaO2 in Kombination mit der vorgeschalteten mechanischen Aktivierung der Einsatzstoffe ist eine chlorfreie Herstellung von Titanvorlegierung möglich. Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse ist auch eine Ausweitung des Verfahrensansatzes etwa auf Nb-Rutil- und Nb-Ilmenit-haltige Erze denkbar und wird derzeit in einem anwendungsnahen Folgeprojekt von den Forschungs- und Anwendungspartnern konzipiert.
Publications
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Procedures for Treating Ferrous Titanium Raw Materials, In: 5th International Conference on Biological Chemical and Environmental Sciences, IICBE & IA-E Int´L Conference Proceedings, 24.-25.03.2016, London, International Institute of Engineers, 66-70, ISBN 978-93-84468-48-4
Gock, E., Vogt, V., Achimovičová, M.
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Mechanically Activated Rutile and Ilmenite as the Starting Materials for Process of Titanium Alloys production, In: Titanium Dioxide, Ed. Magdalena Janus, Chapter 4, InTech Publisher, 2017, 83-99 (ISBN 978- 953-51-3413-8)
Achimovičová, M., Vonderstein, Ch., Friedrich, B.
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Study of ilmenite and anatase mechanochemical reduction and their subsequent leaching, In: XXIX International Mineral Processing Congress IMPC 2018, Moscow, Russia, September 17-21, 2018, CD-ROM, Hydro- and Bio-hydrometallurgy section, paper 809, 254-263
Achimovičová, M., Kaňuchová, M., Briančin, J.
