Il titanio possiede proprietà eccellenti quali bassa densità, elevata resistenza specifica, bassa conduttività termica, caratteristiche non-magnetiche, resistenza superiore alle alte e alle basse-temperature, forte resistenza alla corrosione, buona biocompatibilità e basse proprietà di smorzamento. Inoltre, presenta tre funzioni speciali: memoria di forma (lega Ti-50% Ni), superconduttività (lega Nb- Ti) e stoccaggio dell'idrogeno (lega Ti-50% Fe (atomica)). Inizialmente applicato in campi high-tech come quello aerospaziale, il titanio è ora ampiamente utilizzato in settori quali la lavorazione chimica, il petrolio, la produzione di energia, la desalinizzazione, l’edilizia, la biomedicina, l’elettronica 3C, i trasporti e gli strumenti domestici quotidiani. È acclamato come il "metallo moderno" e il "metallo strategico".
A differenza degli Stati Uniti e della Russia, dove i maggiori consumatori dell'industria del titanio erano il settore aerospaziale e della difesa, in Cina il maggiore consumatore di materiali a base di titanio- era l'industria chimica. Il consumo di materiale di titanio in Cina ha raggiunto le 151.000 tonnellate nel 2024, con una crescita dell'1,6% su base annua-su-anno, come riportato dal Titanium-Zirconium-Hafnium Branch della China Nonferrous Metals Industry Association nel *2024 Progress of China's Titanium Industry*, l'organizzazione più grande e influente nel settore dei metalli non ferrosi. L’industria chimica occupa il 48,5% delle aree variabili dei principali fornitori di materiali di titanio in Cina.
Secondo la Titanium-Zirconium-Hafnium Association (2013-2024)* (Rapporto sullo sviluppo dell'industria cinese del titanio 2013-2024), si stima che le applicazioni del titanio nell'industria chimica siano diminuite rispetto al 52,73% nel 2013. Questa cifra si è evoluta nel corso di dieci anni fino a tre con il 49,91% nel 2023 e il 48,48% nel 2024. I principali usi del materiale di titanio nelle industrie chimiche e petrolchimiche sono: celle elettrolitiche (elettrodi, reattori, concentratori, separatori, torri di assorbimento, tubazioni di collegamento, raccordi (flange, bulloni, dadi), guarnizioni, pompe, valvole).
La maggior parte dei materiali lavorati in titanio negli Stati Uniti e in Russia sono utilizzati nel settore aerospaziale, rappresentando circa l'80%. Al contrario, Giappone e Cina utilizzano circa l’80% del loro titanio in applicazioni chimiche, industriali civili generali e beni di consumo. L'eccezionale resistenza alla corrosione, all'usura e all'abrasione del titanio lo rendono particolarmente adatto agli ambienti di produzione chimica. La prima applicazione internazionale del titanio nell'industria chimica ebbe luogo in Giappone tra gli anni '50 e '60, quando fu impiegato per la prima volta come materiale resistente alla corrosione-nell'industria petrolchimica. Gli esempi includono l'impianto pilota di acido acetico di Kuraray a Toyama, la torre di sintesi dell'urea della Mitsui Eastern Pressure Chemical Company a Hokkaido e l'impianto pilota di fibra di cashmere a Yoneoka. Nel 1958, il titanio fu utilizzato nei reattori ad alta-pressione presso l'impianto di acido ftalico della Mitsubishi Kasei Corporation a Kōriki. L'applicazione del titanio negli scambiatori di calore si espanse rapidamente. Nel 1969, il Giappone impiegò per la prima volta tubi in titanio nel condensatore dell'Unità 1 presso la centrale termica di Aomori della Tohoku Electric Power Company. Nel 1950, l'ICI britannico e lo studioso olandese H. Beer svilupparono indipendentemente metodi per depositare platino o altri metalli del gruppo del platino su substrati di titanio. A partire dal 1960, in alcuni impianti di clorato iniziarono ad essere utilizzati anodi di titanio rivestiti da 70Pt/30Ir-. Nel 1965, H. Beer inventò il metodo di decomposizione termica per preparare elettrodi Ru()-Ti() su substrati di titanio, sostituendo gli elettrodi Pt/Ti meno efficaci dal punto di vista catalitico e gli elettrodi di grafite. Nel 1968, l'azienda italiana DeNora è stata pioniera nell'applicazione industriale della ricerca sui rivestimenti in rutenio-titanio di H. Beer nell'industria dei cloro-alcali. In Cina, la ricerca e l'utilizzo dei materiali in titanio iniziarono nel 1960, mentre la loro applicazione nell'industria chimica iniziò nel 1972. Nel 1972, lo stabilimento chimico di Shanghai Tianyuan fu pioniere nell'uso dei materiali in titanio nel sistema di produzione dei cloro{37}}alcali, segnando l'inizio formale dell'applicazione del titanio su larga scala-nell'industria chimica cinese.
Il settore chimico rimane il primo e il più grande consumatore industriale di titanio nell'industria civile cinese, fungendo da mercato principale tradizionale per le applicazioni a valle del titanio. L'utilizzo del titanio in questo settore rappresenta circa il 50% del totale. Nell'industria chimica, il titanio viene utilizzato principalmente nel settore dei "due alcali", dove l'industria dei cloro-alcali è il maggior consumatore e rappresenta il 50% dell'utilizzo totale del titanio. Seguono il carbonato di sodio al 20%, la plastica al 17%, i prodotti chimici organici al 10% e i prodotti chimici inorganici al 3%. Le applicazioni del titanio nelle industrie chimiche e petrolchimiche includono celle elettrolitiche (elettrodi), reattori, concentratori, separatori, scambiatori di calore, refrigeratori, torri di assorbimento, tubazioni di collegamento, accessori (flange, bulloni, dadi), guarnizioni, pompe, valvole, ecc. Gli scenari applicativi chiave nelle apparecchiature chimiche coinvolgono principalmente reattori, scambiatori di calore e torri. Attualmente, gli scambiatori di calore in titanio costituiscono la maggior parte delle apparecchiature chimiche in titanio prodotte a livello nazionale, rappresentando il 56,66%, seguiti da anodi e recipienti in titanio rispettivamente con il 20,41% e il 16,28%, mentre il restante circa 6,65% comprende altre apparecchiature in titanio.
Dal punto di vista della struttura del prodotto, gli scambiatori di calore con tubi in titanio deterranno una quota di mercato del 62,7% nel 2024 e verranno applicati principalmente in impianti chimici su larga scala e progetti di desalinizzazione dell'acqua di mare; Gli scambiatori di calore a piastre sono seguiti con una quota di mercato del 28,4% e vengono applicati principalmente in apparecchiature di piccole e medie-dimensioni, nonché in settori ad alta pulizia come quello alimentare e medico; La penetrazione nel mercato degli scambiatori di calore a piastre spirali in titanio è bassa ma è in rapida crescita e si prevede che aumenterà del 13,6% nel 2024, indicando che ha un grande potenziale in alcune applicazioni.
Attualmente l'uso della tecnologia delle apparecchiature in titanio si è sviluppato oltre la sua applicazione iniziale nell'industria del carbonato di sodio e della soda caustica per coprire il clorato, il cloruro di ammonio, l'urea, la sintesi organica, i coloranti, i sali inorganici, i pesticidi, le fibre sintetiche, i fertilizzanti, la chimica fine e altre industrie.
I tipi di attrezzature si sono evoluti da piccoli e singoli a grandi e diversificati. Applicazioni specifiche del titanio nell'industria chimica L'applicazione dei materiali di titanio nell'industria chimica è principalmente in settori quali cloro alcali, carbonato di sodio, produzione di sale sotto vuoto, prodotti petrolchimici, prodotti della chimica fine e sali inorganici. Nello specifico, viene utilizzato in celle elettrolitiche, reattori, torri di distillazione, concentratori, separatori, tubazioni di scambiatori di calore, elettrodi, tubi di collegamento, raccordi (flange, bulloni, dadi), guarnizioni, pompe e valvole. Con un'eccellente resistenza alla corrosione e proprietà meccaniche, sostituisce l'acciaio inossidabile come materiale resistente alla corrosione-nel mercato di fascia alta-.
L'industria dei cloro alcalini è un ramo dell'industria chimica, che elettrolizza la soluzione di acqua salata per produrre cloro gassoso e soda caustica. È successo più di 100 anni fa. L'industria di trasformazione chimica più alta e più grande che consuma titanio è l'industria dei cloro alcali che rappresenta il 50% del consumo totale di titanio. Il processo cloralcali è estremamente corrosivo e i mezzi e i prodotti del processo, tra cui salamoia satura, cloro gassoso umido, idrossido di sodio, acido cloridrico e acido solforico, sono tutti altamente corrosivi.
Pertanto, il vantaggio di resistenza alla corrosione dei materiali in titanio lo rende una scelta di materiale ideale per ambienti chimici estremi. Le apparecchiature in titanio utilizzate nella produzione di cloro alcali comprendono principalmente celle elettrolitiche a anodo metallico, celle elettrolitiche a membrana ionica, raffreddatori tubolari di cloro umido, preriscaldatori di salamoia raffinata, torri di declorazione, torri di raffreddamento e lavaggio dei cloro alcalini, pompe e valvole per declorazione sotto vuoto, ecc. I materiali in titanio possono resistere efficacemente agli acidi forti, agli alcali forti, alle alte temperature e alla corrosione degli ioni cloruro, migliorando significativamente la durata operativa delle apparecchiature e la sicurezza della produzione, riducendo i costi di manutenzione e i rischi di fermo macchina.
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