Möglichkeiten der elektrolytischen Titanherstellung unter Verwendung von TiO2 + C Mischungsanoden

Beschreibung

Das Kroll-Verfahren hat bei der Titan Produktion viele technisch-ökonomische Nachteile. Selbst sein Erfinder ging davon aus, dass der Prozess bereits wenige Jahre später ersetzt werden würde. Jedoch ist es bis heute nicht gelungen eine industriell verwendbare Alternative zu entwickeln. Diese Doktorarbeit wurde mit dem Ziel durchgeführt, ein neues elektrochemisches Herstellungsverfahren zu entwickeln. Die grundlegende Idee bestand in einer in-situ Chlorierung von TiO2 mit anschließender Abscheidung von Titan an der Kathode bei Temperaturen = 600 °C. Ausgehend von dieser Idee wurde das quasibinäre Phasendiagramm (KCl-LiCl)eut.-TiCl2 sowie die elektrische Leitfähigkeit verschiedener TiO2/C Pulvermischungen bestimmt. Die anschließende elektrochemische Analyse des vorgeschlagenen Verfahrens ergab jedoch, dass es nicht möglich ist, das gebildete TiCl4 in ausreichender Menge im Elektrolyten zu lösen. Dies ist aufgrund des hohen Dampfdruckes auch bei einer minimalen Prozesstemperatur nicht möglich. Daher sind verschiedene Elektrolytsysteme auf Basis von Alkalimetallen mit Brom- und Jod-Anionen getestet worden, um die Löslichkeit der gebildeten Titankomponente zu erhöhen. Elektrochemische Untersuchungen der Titanabscheidung aus diesen Elektrolyten sowie Studien der anodischen Reaktionen ergaben, dass das Jodsystem am erfolgversprechensten ist. Anschließende Elektrolyseversuche bei Temperaturen < 350 °C ergaben eine Umsetzung des gebildeten Jods mit dem TiO2 der Mischungsanode von max. 79 % unter den getesteten Versuchsbedingungen. Basierend auf den Ergebnissen sind zwei Verfahrenskonzepte abgeleitet, ihr Energiebedarf verglichen und die Herausforderungen einer industriellen Umsetzung beurteilt worden. Das Projekt wurde von der DFG im Rahmen der Helmholtz-Nachwuchsgruppe "Elektrolytische Produktions-Routen für Titanium Matrix Composites" finanziert. Partner war das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln.

Autor*in

Claudia Andrea Möller

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