Un mesaj despre titan, un element chimic. Structura atomului de titan

Către cumpărător
1941 Punct de fierbere 3560 Ud.  căldură de fuziune 18,8 kJ/mol Ud.  căldură de vaporizare 422,6 kJ/mol Capacitate de căldură molară 25,1 J/(K mol) Volumul molar 10,6 cm³/mol Rețea cristalină dintr-o substanță simplă
Structura de zăbrele hexagonal compact (α-Ti) Parametrii rețelei a=2,951 s=4,697 (α-Ti)/Atitudine 1,587 c 380 o Debye temperatura Alte caracteristici Conductivitate termică 7440-32-6

(300 K) 21,9 W/(m K)

Iată ce: toate domurile bisericii moderne care strălucesc de aur nu au de fapt nimic de-a face cu aurul. De fapt, toate burghiile din metal sunt acoperite cu nitrură de titan, care a fost de înaltă puritate a făcut posibilă studiul proprietăților fizice și chimice și s-au dovedit a fi fantastice. S-a dovedit că titanul, fiind aproape jumătate din greutatea fierului, este mai puternic decât multe oțeluri, deși titanul este de o dată și jumătate mai greu decât aluminiul, este de șase ori mai puternic decât acesta și își păstrează rezistența până la 500°C - datorită conductivității sale electrice ridicate și a nemagneticității, titanul are o rezistență ridicată la coroziune la proprietățile sale, titanul a devenit un material pentru tehnologia spațială. În Rusia, în Verkhnyaya Salda, există corporația VSMPO-AVISMA, care produce titan pentru industria aerospațială globală , diverse echipamente chimice și o mulțime de alte gunoaie scumpe Cu toate acestea, fiecare dintre voi poate cumpăra o lopată sau o rangă din titan pur! Și asta nu este o glumă!

Și așa reacționează pulberea fină de titan cu oxigenul atmosferic. Datorită unei astfel de arderi colorate, titanul și-a găsit aplicație în pirotehnică. Pa!și chimistul german M. G. Klaproth. W. Gregor, studiind compoziția nisipului feruginos magnetic (Creed, Cornwall, Anglia), a izolat un nou „pământ” (oxid) dintr-un metal necunoscut, pe care l-a numit menaken. În 1795, chimistul german Klaproth a descoperit un nou element în mineralul rutil și l-a numit titan. Doi ani mai târziu, Klaproth a stabilit că pământul rutil și menaken sunt oxizi ai aceluiași element, ceea ce a dat naștere denumirii „titan” propusă de Klaproth. Zece ani mai târziu, titanul a fost descoperit pentru a treia oară. Omul de știință francez L. Vauquelin a descoperit titanul în anatază și a demonstrat că rutilul și anataza sunt oxizi de titan identici.

Prima mostră de titan metalic a fost obținută în 1825 de J. Ya. Datorită activității chimice ridicate a titanului și dificultății de purificare a acestuia, o probă pură de Ti a fost obținută de olandezii A. van Arkel și I. de Boer în 1925 prin descompunerea termică a vaporilor de iodură de titan TiI 4 .

Originea numelui

Metalul și-a primit numele în onoarea titanilor, personaje din mitologia greacă antică, copiii lui Gaia. Numele elementului a fost dat de Martin Klaproth, în conformitate cu opiniile sale asupra nomenclaturii chimice, spre deosebire de școala franceză de chimie, unde au încercat să numească un element după proprietățile sale chimice. Întrucât cercetătorul german însuși a remarcat imposibilitatea de a determina proprietățile unui nou element numai din oxidul său, i-a ales un nume din mitologie, prin analogie cu uraniul pe care îl descoperise anterior.

Fiind în natură

Titanul se află pe locul 10 în ceea ce privește prevalența în natură. Conținutul în scoarța terestră este de 0,57% din masă, în apa de mare - 0,001 mg/l. În roci ultramafice 300 g/t, în roci bazice - 9 kg/t, în roci acide 2,3 kg/t, în argile și șisturi 4,5 kg/t. În scoarța terestră, titanul este aproape întotdeauna tetravalent și este prezent doar în compușii de oxigen. Nu se găsește în formă liberă. În condiții de intemperii și precipitații, titanul are afinitate geochimică cu Al2O3. Este concentrat în bauxite ale crustei de intemperii și în sedimentele argiloase marine. Titanul este transportat sub formă de fragmente mecanice de minerale și sub formă de coloizi. Până la 30% TiO2 în greutate se acumulează în unele argile. Mineralele de titan sunt rezistente la intemperii și formează concentrații mari în placeri. Sunt cunoscute peste 100 de minerale care conțin titan. Cele mai importante dintre ele sunt: ​​rutil TiO 2 , ilmenit FeTiO 3 , titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskit CaTiO 3, titanit CaTiSiO 5. Există minereuri primare de titan - ilmenit-titanomagnetit și minereuri de placer - rutil-ilmenit-zircon.

Depozite

Zăcămintele de titan sunt situate în Africa de Sud, Rusia, Ucraina, China, Japonia, Australia, India, Ceylon, Brazilia, Coreea de Sud, Kazahstan. În țările CSI, primele locuri în rezervele explorate de minereuri de titan sunt ocupate de Federația Rusă (58,5%) și Ucraina (40,2%). Cel mai mare depozitîn Rusia - Yaregskoye.

Rezerve și producție

Din 2002, 90% din titanul extras a fost folosit pentru a produce dioxid de titan TiO2. Producția mondială de dioxid de titan a fost de 4,5 milioane de tone pe an. Rezervele confirmate de dioxid de titan (excluzând Rusia) sunt de aproximativ 800 de milioane de tone În 2006, conform US Geological Survey, în ceea ce privește dioxidul de titan și excluzând Rusia, rezervele de minereuri de ilmenit se ridică la 603-673 de milioane de tone și minereuri de rutil. - 49. 7-52,7 milioane de tone. Astfel, la ritmul actual de extracție, rezervele dovedite de titan din lume (cu excepția Rusiei) vor dura mai mult de 150 de ani.

Rusia are a doua cea mai mare rezervă de titan din lume, după China. Baza de resurse minerale de titan din Rusia constă din 20 de zăcăminte (dintre care 11 sunt primare și 9 aluviale), distribuite destul de uniform în toată țara. Cel mai mare dintre depozitele explorate (Yaregskoye) este situat la 25 km de orașul Ukhta (Republica Komi). Rezervele zăcământului sunt estimate la 2 miliarde de tone de minereu, cu un conținut mediu de dioxid de titan de aproximativ 10%.

Cel mai mare producător de titan din lume - firma ruseasca„VSMPO-AVISMA”.

Chitanță

De regulă, materialul de pornire pentru producția de titan și compușii săi este dioxidul de titan cu o cantitate relativ mică de impurități. În special, poate fi un concentrat de rutil obținut din îmbogățirea minereurilor de titan. Cu toate acestea, rezervele de rutil din lume sunt foarte limitate, iar așa-numita rutil sintetică sau zgura de titan, obținută din prelucrarea concentratelor de ilmenit, este mai des folosită. Pentru a obține zgura de titan, concentratul de ilmenit este redus într-un cuptor cu arc electric, în timp ce fierul este separat în faza metalică (fontă), iar oxizii și impuritățile de titan nereduși formează faza de zgură. Zgura bogată este prelucrată prin metoda clorurii sau acidului sulfuric.

Concentratul de minereu de titan este supus acidului sulfuric sau procesării pirometalurgice. Produsul tratamentului cu acid sulfuric este pulbere de dioxid de titan TiO2. Prin metoda pirometalurgică, minereul este sinterizat cu cocs și tratat cu clor, producând vapori de tetraclorură de titan TiCl 4:

T i O 2 + 2 C + 2 C l 2 → T i C l 4 + 2 C O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2C+2Cl_(2))\rightarrow TiCl_(4)+2CO)))

Vaporii de TiCl4 rezultați se reduc cu magneziu la 850 °C:

T i C l 4 + 2 M g → 2 M g C l 2 + T i (\displaystyle (\mathsf (TiCl_(4)+2Mg\rightarrow 2MgCl_(2)+Ti)))

În plus, așa-numitul proces FFC Cambridge, numit după dezvoltatorii săi Derek Fray, Tom Farthing și George Chen, și Universitatea din Cambridge, unde a fost creat, începe acum să câștige popularitate. Acest proces electrochimic permite reducerea directă și continuă a titanului din oxidul său într-un amestec topit de clorură de calciu și var nestins. Acest proces folosește o baie electrolitică umplută cu un amestec de clorură de calciu și var, cu un anod de sacrificiu (sau neutru) din grafit și un catod dintr-un oxid reductibil. Când curentul trece prin baie, temperatura ajunge rapid la ~1000-1100°C, iar topitura de oxid de calciu se descompune la anod în oxigen și calciu metalic:

2 C a O → 2 C a + O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CaO\rightarrow 2Ca+O_(2))))

Oxigenul rezultat oxidează anodul (în cazul utilizării grafitului), iar calciul migrează în topitură către catod, unde reduce titanul din oxid:

O 2 + C → C O 2 (\displaystyle (\mathsf (O_(2)+C\rightarrow CO_(2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2Ca\rightarrow Ti+2CaO)))

Oxidul de calciu rezultat se disociază din nou în oxigen și calciu metalic, iar procesul se repetă până când catodul este complet transformat într-un burete de titan sau oxidul de calciu este epuizat. În acest proces, clorura de calciu este utilizată ca electrolit pentru a conferi conductivitate electrică topiturii și mobilității ionilor activi de calciu și oxigen. Când se folosește un anod inert (de exemplu, oxid de staniu), în loc de dioxid de carbon, oxigenul molecular este eliberat la anod, care poluează mai puțin mediul, dar procesul în acest caz devine mai puțin stabil și, în plus, în unele condiții , descompunerea clorurii devine mai favorabilă din punct de vedere energetic, mai degrabă decât oxidul de calciu, rezultând eliberarea de clor molecular.

„Buretele” de titan rezultat este topit și curățat. Titanul este rafinat folosind metoda iodurii sau electroliza, separând Ti de TiCl4. Pentru a obține lingouri de titan, se utilizează prelucrarea cu arc, fascicul de electroni sau plasmă.

Proprietăți fizice

Titanul este un metal alb-argintiu ușor. Există în două modificări cristaline: α-Ti cu o rețea compactă hexagonală (a=2,951 Å; c=4,679 Å; z=2; grup spațial C6mmc), β-Ti cu împachetare centrată pe corp cubic (a=3,269 Å; z=2; grup spațial Im3m), temperatura tranziției α↔β este de 883 °C, ΔH a tranziției este de 3,8 kJ/mol. Punct de topire 1660±20 °C, punctul de fierbere 3260 °C, densitatea α-Ti și β-Ti, respectiv, egală cu 4,505 (20 °C) și 4,32 (900 °C) g/cm³, densitate atomică 5,71⋅10 22 at /cm³ [ ] . Plastic, sudabil în atmosferă inertă. Rezistivitate 0,42 µOhm m la 20 °C

Are o vâscozitate ridicată și este predispus la lipire în timpul prelucrării mecanice. instrument de tăiere, și, prin urmare, necesită aplicarea de acoperiri speciale pe unealtă și diferiți lubrifianți.

La temperaturi obișnuite, este acoperit cu o peliculă de pasivizare protectoare de oxid de TiO 2, făcându-l rezistent la coroziune în majoritatea mediilor (cu excepția celor alcaline).

Praful de titan tinde să explodeze. Punct de aprindere - 400 °C. Așchii de titan sunt periculos de incendiu.

Titanul, împreună cu oțelul, tungstenul și platina, este foarte stabil în vid, ceea ce, împreună cu ușurința sa, îl face foarte promițător atunci când se proiectează nave spațiale.

Proprietăți chimice

Titanul este rezistent la soluțiile diluate ale multor acizi și alcalii (cu excepția H 3 PO 4 și a H 2 SO 4 concentrat).

Reacționează ușor chiar și cu acizi slabi în prezența agenților de complexare, de exemplu, interacționează cu acidul fluorhidric datorită formării unui anion complex 2−. Titanul este cel mai susceptibil la coroziune în mediile organice, deoarece în prezența apei se formează o peliculă pasivă densă de oxizi și hidrură de titan pe suprafața unui produs de titan. Cea mai vizibilă creștere a rezistenței la coroziune a titanului este vizibilă atunci când conținutul de apă într-un mediu agresiv crește de la 0,5 la 8,0%, ceea ce este confirmat de studiile electrochimice ale potențialelor electrozilor titanului în soluții de acizi și alcalii în amestec apos-organic. mass-media.

Când este încălzit în aer la 1200 ° C, Ti se aprinde cu o flacără albă strălucitoare cu formarea de faze de oxid. compoziție variabilă TiOx. Hidroxidul de TiO(OH)2xH2O este precipitat din soluții de săruri de titan, iar calcinarea atentă a cărora produce oxid de TiO2. Hidroxidul de TiO(OH)2 xH2O şi dioxidul de TiO2 sunt amfoter.

Aplicație

În formă pură și sub formă de aliaje

  • Titanul sub formă de aliaje este cel mai important material structural în avioane, rachete și construcții navale.
  • Metalul este utilizat în: industria chimică(reactoare, conducte, pompe, fitinguri pentru conducte), industria militară (blindare, blindaje și pereții de incendiu în aviație, carene submarine), procese industriale (instalații de desalinizare, procese de celuloză și hârtie), industria auto, industria agricolă, industria alimentară, bijuterii body piercing, industria medicală (protetică, osteoproteză), instrumente dentare și endodontice, implanturi dentare, articole sportive, bijuterii, telefoane mobile, aliaje usoare etc.
  • Turnarea titanului se realizează în cuptoare cu vid în matrițe de grafit. Se folosește și turnarea cu ceară pierdută în vid. Din cauza dificultăților tehnologice, este folosit în turnarea artistică într-o măsură limitată. Prima sculptură monumentală turnată realizată din titan în practica mondială este monumentul lui Iuri Gagarin de pe piața care îi poartă numele din Moscova.
  • Titanul este un aditiv de aliaj în multe oțeluri aliate și în majoritatea aliajelor speciale [ care?] .
  • Nitinolul (nichel-titan) este un aliaj cu memorie de formă utilizat în medicină și tehnologie.
  • Aluminurile de titan sunt foarte rezistente la oxidare și rezistente la căldură, ceea ce, la rândul său, a determinat utilizarea lor în producția de aviație și de automobile ca materiale structurale.
  • Titanul este unul dintre cele mai comune materiale getter utilizate în pompele de vid înalt.

Sub formă de conexiuni

  • Dioxidul de titan alb (TiO 2 ) este utilizat în vopsele (ex. alb de titan) și în producția de hârtie și materiale plastice. Aditiv alimentar E171.
  • Compușii organo-titan (de exemplu, tetrabutoxititan) sunt utilizați ca catalizator și întăritor în industria chimică și a vopselei.
  • Compușii anorganici de titan sunt utilizați în industria electronică chimică și în industria fibrei de sticlă ca aditivi sau acoperiri.
  • Carbura de titan, diborura de titan, carbonitrura de titan sunt componente importante ale materialelor superdure pentru prelucrarea metalelor.
  • Nitrura de titan este folosită pentru a acoperi instrumentele, cupolele bisericii și în producția de bijuterii, deoarece are o culoare asemănătoare cu aurul.
  • Titanatul de bariu BaTiO3, titanatul de plumb PbTiO3 și o serie de alți titanați sunt feroelectrici.

Există multe aliaje de titan cu diverse metale. Elementele de aliere sunt împărțite în trei grupe, în funcție de efectul lor asupra temperaturii transformării polimorfe: stabilizatori beta, stabilizatori alfa și întăritori neutri. Primele scad temperatura de transformare, a doua o maresc, a treia nu o afecteaza, dar duc la intarirea solutiei a matricei. Exemple de stabilizatori alfa: aluminiu, oxigen, carbon, azot. Stabilizatori beta: molibden, vanadiu, fier, crom, nichel. Întăritori neutri: zirconiu, staniu, siliciu. Stabilizatorii beta, la rândul lor, sunt împărțiți în beta izomorfi și beta formatori de eutectoizi.

Cel mai comun aliaj de titan este aliajul Ti-6Al-4V (în clasificarea rusă - VT6).

Analiza pietelor de consum

Puritatea și gradul de titan brut (burete de titan) este de obicei determinată de duritatea acestuia, care depinde de conținutul de impurități. Cele mai comune mărci sunt TG100 și TG110 [ ] .

Acțiune fiziologică

După cum am menționat mai sus, titanul este folosit și în stomatologie. Trăsătură distinctivă Utilizarea titanului nu constă numai în rezistență, ci și în capacitatea metalului însuși de a fuziona cu osul, ceea ce face posibilă asigurarea naturii cvasi-monolitice a bazei dintelui.

Izotopi

Titanul natural constă dintr-un amestec de cinci izotopi stabili: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5,34%).

Sunt cunoscuți izotopi radioactivi artificiali 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) și alții.

Note

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Greutăți atomice ale elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC) (engleză) // Chimie și Applied pură. - 2013. - Vol. 85, nr. 5. - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. Echipa de redacție: Zefirov N. S. (editor șef). Enciclopedie chimică: în 5 volume - Moscova: Enciclopedia sovietică, 1995. - T. 4. - P. 590-592. - 639 p. - 20.000 de exemplare.
  3. - ISBN 5-85270-039-8. Titan
  4. - articol din Enciclopedia fizică
  5. J.P. Riley și Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  6. J.P. Riley și Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  7. Depozit de titan.
  8. - ISBN 5-85270-039-8. Ilmenit, rutil, titanomagnetit - 2006 (nedefinit)
  9. . Centrul de informare și analiză „Mineral”. Consultat la 19 noiembrie 2010. Arhivat 21 august 2011.
  10. Corporația VSMPO-AVISMA
  11. Titanul este metalul viitorului (rusă).
  12. Titan - articol din Enciclopedia chimică
  13. Influența apei asupra procesului de pasivizare a titanului - 26 februarie 2015 - Chimie și tehnologie chimică în viață Ilmenit, rutil, titanomagnetit - 2006 . www.chemfive.ru. Preluat la 21 octombrie 2015.
  14. Arta turnării în secolul XX
  15. Pe piața mondială a titanului, prețurile s-au stabilizat în ultimele două luni (recenzie)

Legături

  • Titanul în Biblioteca Populară a Elementelor Chimice
H El
Li Fi B C N O F Ne
N / A Mg Al Si P S

Titanul a fost numit inițial „gregorit” de către chimistul britanic William Gregor, care l-a descoperit în 1791. Titanul a fost apoi descoperit independent de chimistul german M. H. Klaproth în 1793. El l-a numit titan după titanii mitologiei grecești - „întruchiparea puterii naturale”. Abia în 1797, Klaproth a descoperit că titanul său era un element descoperit anterior de Gregor.

Caracteristici și proprietăți

Titanul este un element chimic cu simbolul Ti și numărul atomic 22. Este un metal lucios, cu o culoare argintie, densitate scăzută și rezistență ridicată. Este rezistent la coroziune în apa de mare și clor.

Apare elementulîntr-o serie de zăcăminte minerale, în principal rutil și ilmenit, care sunt larg răspândite în scoarța terestră și litosferă.

Titanul este folosit pentru a produce aliaje ușoare puternice. Două dintre cele mai utile proprietăți ale metalului sunt rezistența la coroziune și raportul duritate-densitate, cel mai mare dintre orice element metalic. În stare nealiată, acest metal este la fel de puternic ca unele oțeluri, dar mai puțin dens.

Proprietățile fizice ale metalului

Acesta este un metal durabil densitate redusa, destul de plastic (mai ales intr-un mediu fara oxigen), alb lucios si metaloid. Punctul său de topire relativ ridicat de peste 1650 °C (sau 3000 °F) îl face util ca metal refractar. Este paramagnetic și are o conductivitate electrică și termică destul de scăzută.

Pe scara Mohs, duritatea titanului este 6. Conform acestui indicator, este ușor inferior oțelului călit și wolfram.

Titanul pur comercial (99,2%) are o rezistență maximă la tracțiune de aproximativ 434 MPa, care este similară cu aliajele obișnuite de oțel de calitate scăzută, dar titanul este mult mai ușor.

Proprietățile chimice ale titanului

La fel ca aluminiul și magneziul, titanul și aliajele sale se oxidează imediat când sunt expuse la aer. Reacționează lent cu apa și aerul la temperaturi mediu, deoarece formează un strat de oxid pasiv, care protejează metalul în vrac de oxidarea ulterioară.

Pasivarea atmosferică conferă titanului o rezistență excelentă la coroziune aproape echivalentă cu platina. Titanul este capabil să reziste atacului de la acizii sulfuric și clorhidric diluați, soluțiile de clorură și majoritatea acizilor organici.

Titanul este unul dintre puținele elemente care arde în azot pur, reacționând la 800°C (1470°F) pentru a forma nitrură de titan. Datorită reactivității lor ridicate cu oxigenul, azotul și unele alte gaze, filamentele de titan sunt utilizate în pompele de sublimare a titanului ca absorbanți pentru aceste gaze. Aceste pompe sunt ieftine și produc în mod fiabil presiuni extrem de scăzute în sistemele de vid ultra-înalt.

Mineralele comune care conțin titan sunt anataza, brookitul, ilmenitul, perovskitul, rutilul și titanitul (sfenă). Dintre aceste minerale, numai rutilși ilmenitul sunt importante din punct de vedere economic, dar chiar și acestea sunt greu de găsit în concentrații mari.

Titanul se găsește în meteoriți și a fost găsit în Soare și stele de tip M cu temperaturi de suprafață de 3200°C (5790°F).

Metodele cunoscute în prezent pentru extragerea titanului din diferite minereuri necesită forță de muncă și sunt costisitoare.

Productie si productie

În prezent, au fost dezvoltate și utilizate aproximativ 50 de grade de titan și aliaje de titan. Astăzi, sunt recunoscute 31 de clase de metal și aliaje de titan, dintre care clasele 1-4 sunt pure comercial (nealiate). Ele diferă ca rezistență la tracțiune în funcție de conținutul de oxigen, clasa 1 fiind cea mai ductilă (rezistență la tracțiune cea mai scăzută cu 0,18% oxigen) și clasa 4 cea mai puțin ductilă (rezistență la tracțiune cea mai mare cu 0,40% oxigen).

Clasele rămase sunt aliaje, fiecare dintre ele având proprietăți specifice:

  • plastic;
  • rezistenţă;
  • duritate;
  • rezistenta electrica;
  • rezistența specifică la coroziune și combinațiile acestora.

Pe lângă aceste specificații, aliajele de titan sunt, de asemenea, fabricate pentru a satisface industria aerospațială și echipament militar(SAE-AMS, MIL-T), standardele ISO și specificațiile specifice țării, precum și cerințele utilizatorilor finali pentru aplicații aerospațiale, militare, medicale și industriale.

Un produs plat pur din punct de vedere comercial (foaie, placă) se poate forma cu ușurință, dar prelucrarea trebuie să țină cont de faptul că metalul are o „memorie” și o tendință de revenire. Acest lucru este valabil mai ales pentru unele aliaje de înaltă rezistență.

Titanul este adesea folosit pentru a face aliaje:

  • cu aluminiu;
  • cu vanadiu;
  • cu cupru (pentru călire);
  • cu fier;
  • cu mangan;
  • cu molibden si alte metale.

Aplicații

Aliajele de titan sub formă de tablă, placă, tijă, sârmă și turnare găsesc aplicații în piețele industriale, aerospațiale, recreative și în curs de dezvoltare. Pulbere de titan este folosită în pirotehnică ca sursă de particule luminoase.

Deoarece aliajele de titan au un raport mare rezistență la tracțiune-densitate, rezistență ridicată la coroziune, rezistență la oboseală, rezistență mare la fisurare și capacitatea de a rezista la temperaturi moderat ridicate, acestea sunt utilizate în avioane, blindaje, nave navale, nave spațiale și rachete.

Pentru aceste aplicații, titanul este aliat cu aluminiu, zirconiu, nichel, vanadiu și alte elemente pentru a produce o varietate de componente, inclusiv elemente structurale critice, firewalls, tren de aterizare, țevi de eșapament (elicoptere) și sisteme hidraulice. De fapt, aproximativ două treimi din metalul de titan produs este folosit în motoare de avioaneși rame.

Deoarece aliajele de titan sunt rezistente la coroziunea apei de mare, ele sunt folosite pentru arbori de elice, tachelaj schimbător de căldură, etc. Aceste aliaje sunt utilizate în carcase și componente ale dispozitivelor de supraveghere și monitorizare a oceanelor pentru știință și armată.

Aliajele specifice sunt utilizate în puțurile de petrol și gaze și hidrometalurgia de nichel pentru rezistența lor ridicată. Industria celulozei și hârtiei folosește titan echipamente tehnologice expus la medii corozive precum hipocloritul de sodiu sau gazul de clor umed (în albire). Alte aplicații includ sudarea cu ultrasunete, lipirea prin val.

În plus, aceste aliaje sunt utilizate în aplicații auto, în special în cursele de automobile și motociclete, unde greutatea redusă, rezistența ridicată și rigiditatea sunt esențiale.

Titanul este folosit în multe articole sportive: rachete de tenis, crose de golf, arbori de lacrosse; căști de cricket, hochei, lacrosse și fotbal, precum și cadre și componente pentru biciclete.

Datorită durabilității sale, titanul a devenit mai popular pentru bijuteriile de designer (în special inelele din titan). Inerția sa îl face o alegere bună pentru persoanele cu alergii sau pentru cei care vor purta bijuterii în medii precum piscine. Titanul este, de asemenea, aliat cu aur pentru a produce un aliaj care poate fi vândut ca aur de 24 de karate, deoarece 1% Ti aliat nu este suficient pentru a necesita o calitate mai mică. Aliajul rezultat are aproximativ duritatea aurului de 14 karate și este mai puternic decât aurul pur de 24 de karate.

Precauții

Titanul este netoxic chiar și în doze mari. Fie sub formă de pulbere sau metal, prezintă un pericol grav de incendiu și, dacă este încălzit în aer, un pericol de explozie.

Proprietăți și aplicații ale aliajelor de titan

Mai jos este o prezentare generală a aliajelor de titan cele mai des întâlnite, împărțite în clase, proprietățile, avantajele și aplicațiile industriale ale acestora.

clasa a VII-a

Gradul 7 este echivalent mecanic și fizic cu gradul 2 de titan pur, cu excepția adăugării elementului intermediar paladiu, făcându-l un aliaj. Are o sudabilitate și elasticitate excelente, cea mai rezistentă la coroziune dintre toate aliajele de acest tip.

Clasa 7 este utilizată în procesele chimice și în fabricarea componentelor echipamentelor.

clasa a XI-a

Clasa 11 este foarte asemănătoare cu clasa 1, cu excepția adaosului de paladiu pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune, făcându-l un aliaj.

Alte proprietăți utile includ ductilitate optimă, rezistență, tenacitate și sudabilitate excelentă. Acest aliaj poate fi utilizat în special în aplicații în care coroziunea reprezintă o problemă:

  • tratament chimic;
  • producerea de clorați;
  • desalinizare;
  • aplicații marine.

Ti 6Al-4V, clasa 5

Aliajul Ti 6Al-4V sau titanul de gradul 5 este cel mai des folosit. Reprezintă 50% din consumul total de titan la nivel mondial.

Ușurința de utilizare constă în numeroasele sale avantaje. Ti 6Al-4V poate fi tratat termic pentru a-și crește rezistența. Acest aliaj are rezistență ridicată și greutate redusă.

Acesta este cel mai bun aliaj de utilizat în mai multe industrii, cum ar fi industriile aerospațiale, medicale, maritime și de prelucrare chimică. Poate fi folosit pentru a crea:

  • turbine pentru avioane;
  • componente ale motorului;
  • elemente structurale aeronavei;
  • elemente de fixare aerospațiale;
  • piese automate performante;
  • echipament sportiv.

Ti 6AL-4V ELI, clasa 23

Clasa 23 - titan chirurgical. Aliajul Ti 6AL-4V ELI, sau gradul 23, este o versiune cu puritate mai mare a Ti 6Al-4V. Poate fi realizat din role, fire, fire sau fire plate. Acest cea mai buna alegere pentru orice situație în care este necesară o combinație de rezistență ridicată, greutate redusă, rezistență bună la coroziune și duritate ridicată. Are o rezistență excelentă la deteriorare.

Poate fi folosit în aplicații biomedicale precum componentele implantabile datorită biocompatibilității, rezistenței bune la oboseală. De asemenea, poate fi folosit în proceduri chirurgicale pentru a realiza următoarele structuri:

  • știfturi și șuruburi ortopedice;
  • cleme de ligatură;
  • capse chirurgicale;
  • izvoare;
  • aparate ortodontice;
  • vase criogenice;
  • dispozitive de fixare osoasă.

clasa a XII-a

Titanul de gradul 12 are o sudabilitate excelentă de înaltă calitate. Este un aliaj de înaltă rezistență care oferă o rezistență bună la temperaturi ridicate. Titanul de gradul 12 are caracteristici similare cu oțelurile inoxidabile din seria 300.

Capacitatea sa de a se forma în diverse moduriîl face util în multe aplicații. Rezistența ridicată la coroziune a aliajului îl face, de asemenea, neprețuit pentru echipamentele de fabricație. Clasa 12 poate fi utilizată în următoarele industrii:

  • schimbatoare de caldura;
  • aplicații hidrometalurgice;
  • producția chimică la temperaturi ridicate;
  • componente maritime și aeriene.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2.5Sn este un aliaj care poate oferi o bună sudabilitate cu rezistență. De asemenea, are stabilitate la temperaturi ridicate și rezistență ridicată.

Ti 5Al-2.5Sn este utilizat în principal în sectorul aviației și, de asemenea, în aplicații criogenice.

Mulți sunt interesați de titanul ușor misterios și nu pe deplin studiat - un metal ale cărui proprietăți sunt oarecum ambigue. Metalul este atât cel mai puternic, cât și cel mai fragil.

Cel mai puternic și mai fragil metal

A fost descoperit de doi oameni de știință cu o diferență de 6 ani - englezul W. Gregor și germanul M. Klaproth. Numele titan este asociat, pe de o parte, cu titanii mitici, supranaturali si neinfricati, iar pe de alta parte, cu Titania, regina zanelor.
Acesta este unul dintre cele mai comune materiale din natură, dar procesul de obținere a metalului pur este deosebit de complex.

22 element chimic al tabelului lui D. Mendeleev Titanul (Ti) aparține grupei 4 din perioada 4.

Culoarea titanului este alb-argintiu, cu o strălucire pronunțată. Strălucirea sa strălucește cu toate culorile curcubeului.

Acesta este unul dintre metale refractare. Se topește la o temperatură de +1660 °C (±20 °C). Titanul este paramagnetic: nu este magnetizat într-un câmp magnetic și nu este împins afară din acesta.
Metalul se caracterizează prin densitate scăzută și rezistență ridicată. Dar particularitatea acestui material este că chiar și impuritățile minime ale altor elemente chimice își schimbă radical proprietățile. În prezența unei proporții nesemnificative de alte metale, titanul își pierde rezistența la căldură, iar minimul de substanțe nemetalice din compoziția sa face aliajul fragil.
Această caracteristică determină prezența a 2 tipuri de material: pur și tehnic.

  1. Titanul pur este utilizat acolo unde este necesară o substanță foarte ușoară, care poate rezista la sarcini grele și la temperaturi ultra-înalte.
  2. Materialul tehnic este utilizat acolo unde sunt evaluați parametri precum ușurința, rezistența și rezistența la coroziune.

Substanța are proprietatea de anizotropie. Aceasta înseamnă că metalul își poate schimba caracteristici fizice, pe baza eforturilor depuse. Ar trebui să acordați atenție acestei caracteristici atunci când planificați utilizarea materialului.

Titanul își pierde rezistența la cea mai mică prezență a impurităților altor metale

Studiile proprietăților titanului în condiții normale confirmă inerția acestuia. Substanța nu reacționează la elementele din atmosfera înconjurătoare.
Modificarea parametrilor începe atunci când temperatura crește la +400°C și mai mult. Titanul reacționează cu oxigenul, se poate aprinde în azot și absoarbe gazele.
Aceste proprietăți fac dificil de obținut substanță purăși aliajele sale. Producția de titan se bazează pe utilizarea unor echipamente scumpe de vid.

Titanul și competiția cu alte metale

Acest metal este în mod constant comparat cu aliajele de aluminiu și fier. Multe proprietăți chimice ale titanului sunt semnificativ mai bune decât cele ale concurenților:

  1. În ceea ce privește rezistența mecanică, titanul este de 2 ori mai mare decât fierul, iar aluminiul de 6 ori. Forța sa crește odată cu scăderea temperaturii, ceea ce nu se observă în rândul concurenților.
    Caracteristicile anticorozive ale titanului le depășesc semnificativ pe cele ale altor metale.
  2. La temperatura ambiantă, metalul este complet inert. Dar când temperatura crește peste +200°C, substanța începe să absoarbă hidrogenul, schimbându-și caracteristicile.
  3. La temperaturi mai ridicate, titanul reacţionează cu alte elemente chimice. Are o rezistență specifică ridicată, care este de 2 ori mai mare decât proprietățile celor mai bune aliaje de fier.
  4. Proprietățile anticorozive ale titanului le depășesc semnificativ pe cele ale aluminiului și oțelului inoxidabil.
  5. Substanța nu conduce bine electricitatea. Titanul are o rezistivitate electrică de 5 ori mai mare decât cea a fierului, de 20 de ori mai mare decât cea a aluminiului și de 10 ori mai mare decât cea a magneziului.
  6. Titanul se caracterizează printr-o conductivitate termică scăzută, aceasta se datorează coeficientului său scăzut de dilatare termică. Este de 3 ori mai mică decât cea a fierului și de 12 ori mai mică decât cea a aluminiului.

Cum se obține titanul?

Materialul ocupă locul 10 în distribuție în natură. Există aproximativ 70 de minerale care conțin titan sub formă de acid titan sau dioxid de titan. Cele mai comune dintre ele și care conțin un procent ridicat de derivați metalici sunt:

  • ilmenit;
  • rutil;
  • anatază;
  • perovskit;
  • brookite.

Principalele zăcăminte de minereuri de titan sunt situate în SUA, Marea Britanie, Japonia, zăcăminte mari au fost descoperite în Rusia, Ucraina, Canada, Franța, Spania și Belgia.

Exploatarea titanului este un proces costisitor și care necesită forță de muncă

Extragerea metalului din ele este foarte costisitoare. Oamenii de știință au dezvoltat 4 metode de producere a titanului, fiecare dintre acestea fiind funcțională și utilizată eficient în industrie:

  1. Metoda magneziu-termică. Materiile prime extrase care conțin impurități de titan sunt prelucrate și se obține dioxid de titan. Această substanță este supusă clorării în mine sau cloratoare de sare la nivel ridicat conditii de temperatura. Procesul este foarte lent și se desfășoară în prezența unui catalizator de carbon. În acest caz, dioxidul solid este transformat într-o substanță gazoasă - tetraclorura de titan. Materialul rezultat este redus cu magneziu sau sodiu. Aliajul format în timpul reacției este încălzit într-o unitate de vid la temperaturi ultra-înalte. Ca rezultat al reacției, magneziul și compușii săi cu clorul se evaporă. La sfârșitul procesului, se obține un material asemănător unui burete. Este topit și se obține titan de înaltă calitate.
  2. Metoda hidrurii de calciu. Minereul este supus unei reacții chimice pentru a produce hidrură de titan. Următoarea etapă este separarea substanței în componentele sale. Titanul și hidrogenul sunt eliberate în timpul încălzirii în unități de vid. La sfârșitul procesului se obține oxid de calciu care se spală cu acizi slabi. Primele două metode se referă la producție industrială. Ele vă permit să primiți cât mai repede posibil titan pur la un cost relativ scăzut.
  3. Metoda electrolizei. Compușii de titan sunt expuși la un curent ridicat. În funcție de materie primă, compușii sunt împărțiți în componente: clor, oxigen și titan.
  4. Metoda iodului sau rafinare. Dioxidul de titan obținut din minerale este stropit cu vapori de iod. Ca rezultat al reacției, se formează iodură de titan, care este încălzită la o temperatură ridicată - +1300 ... + 1400 ° C și este expusă curentului electric. În acest caz, următoarele componente sunt izolate de materialul sursă: iod și titan. Metalul obtinut prin aceasta metoda nu are impuritati sau aditivi.

Aplicații

Utilizarea titanului depinde de gradul de purificare a acestuia de impurități. Prezența chiar și a unei cantități mici de alte elemente chimice în compoziția unui aliaj de titan schimbă radical caracteristicile fizice și mecanice ale acestuia.

Titanul cu o anumită cantitate de impurități se numește titan tehnic. Are rezistență ridicată la coroziune, este un material ușor și foarte durabil. Utilizarea sa depinde de acești indicatori și de alți indicatori.

  • În industria chimică Schimbătoarele de căldură, țevile de diferite diametre, fitingurile, carcasele și piesele pentru pompe pentru diverse scopuri sunt fabricate din titan și aliajele acestuia. Substanța este indispensabilă în locurile în care sunt necesare rezistență ridicată și rezistență la acizi.
  • Prin transport titanul este utilizat pentru fabricarea de piese și ansambluri pentru biciclete, mașini, vagoane de cale feratăși compoziții. Utilizarea materialului reduce greutatea materialului rulant și a mașinilor și conferă ușurință și rezistență pieselor de biciclete.
  • Titanul este de mare importanță în Departamentul Marinei. Din el sunt realizate piese și elemente de carenă pentru submarine, elice pentru bărci și elicoptere.
  • În industria construcțiilor Se folosește un aliaj zinc-titan. Este folosit ca material de finisare pentru fatade si acoperisuri. Acest aliaj foarte durabil are o proprietate importantă: poate fi folosit pentru a realiza piese arhitecturale cu cea mai fantastică configurație. Poate lua orice formă.
  • Titanul a fost utilizat pe scară largă în ultimul deceniu în industria petrolului. Aliajele sale sunt folosite la fabricarea echipamentelor pentru foraj ultra-profund. Materialul este utilizat pentru fabricarea echipamentelor pentru producția de petrol și gaze offshore.

Titanul are o gamă foarte largă de aplicații

Titanul pur are propriile sale domenii de aplicare. Este necesar acolo unde este necesară rezistența la temperaturi ridicate, menținând în același timp rezistența metalului.

Este folosit în :

  • fabricarea de aeronave și industria spațială pentru fabricarea de piese de piele, carcase, elemente de fixare, tren de aterizare;
  • medicamente pentru protezare și fabricarea valvelor cardiace și a altor dispozitive;
  • tehnologie de lucru în zona criogenică (aici se folosește proprietatea titanului - pe măsură ce temperatura scade, rezistența metalului crește și nu se pierde ductilitatea acestuia).

Utilizarea procentuală a titanului pentru producție diverse materiale arata cam asa:

  • 60% este folosit pentru producția de vopsea;
  • plasticul consumă 20%;
  • 13% sunt folosite în producția de hârtie;
  • ingineria mecanică consumă 7% din titanul produs și aliajele sale.

Materiile prime și procesul de producere a titanului sunt costisitoare, costurile producției sale sunt compensate și plătite de durata de viață a produselor realizate din această substanță, capacitatea sa de a nu-și schimba. aspect pe toata perioada de functionare.

Cel mai semnificativ pentru economie nationala au existat și rămân aliaje și metale care îmbină ușurința și rezistența. Titanul aparține în mod specific acestei categorii de materiale și, în plus, are o rezistență excelentă la coroziune.

Titanul este un metal de tranziție din grupa 4, perioada 4. Greutatea sa moleculară este de numai 22, ceea ce indică ușurința materialului. În același timp, substanța se caracterizează printr-o rezistență excepțională: dintre toate materialele structurale, titanul are cea mai mare rezistență specifică.

Culoarea este alb argintiu.

Videoclipul de mai jos vă va spune ce este titanul:

Concept și caracteristici Titanul este destul de comun - ocupă locul 10 în ceea ce privește conținutul din scoarța terestră. Cu toate acestea, evidențiați cu adevărat metal pur

a reușit abia în 1875. Înainte de aceasta, substanța era fie obținută cu impurități, fie compușii săi erau numiți titan metal. Această confuzie a dus la utilizarea compușilor metalici mult mai devreme decât metalul în sine.

Acest lucru se datorează particularității materialului: cele mai nesemnificative impurități afectează în mod semnificativ proprietățile substanței, uneori privând-o complet de calitățile sale inerente.

Astfel, cea mai mică proporție de alte metale privează titanul de rezistența la căldură, care este una dintre calitățile sale valoroase. Un mic adaos de nemetal transformă un material durabil în fragil și nepotrivit pentru utilizare.

  • Această caracteristică a împărțit imediat metalul rezultat în 2 grupuri: tehnic și pur. Primul
  • utilizat în cazurile în care rezistența, ușurința și rezistența la coroziune sunt cele mai necesare, deoarece titanul nu pierde niciodată această din urmă calitate. Material de înaltă puritate

A doua caracteristică specială a materiei este anizotropia. Unele dintre proprietățile sale fizice se modifică în funcție de aplicarea forțelor, care trebuie luate în considerare în timpul aplicării.

În condiții normale, metalul este inert și nu se corodează nici în apa mării, nici în aerul mării sau orașului. Mai mult, este cea mai inertă substanță biologic cunoscută, motiv pentru care protezele și implanturile din titan sunt utilizate pe scară largă în medicină.

În același timp, pe măsură ce temperatura crește, începe să reacționeze cu oxigenul, azotul și chiar hidrogenul, iar sub formă lichidă absoarbe gazele. Această caracteristică neplăcută face extrem de dificilă obținerea metalului în sine și fabricarea aliajelor pe baza acestuia.

Acesta din urmă este posibil numai atunci când se utilizează echipamente de vid. Procesul complex de producție a transformat un element destul de comun într-unul foarte scump.

Relația cu alte metale

Titanul ocupă o poziție intermediară între alte două materiale structurale binecunoscute - aluminiu și fier, sau mai degrabă, aliaje de fier. În multe privințe, metalul este superior „concurenților” săi:

  • Rezistența mecanică a titanului este de 2 ori mai mare decât cea a fierului și de 6 ori mai mare decât cea a aluminiului. În același timp, rezistența crește odată cu scăderea temperaturii;
  • rezistența la coroziune este mult mai mare decât cea a fierului și chiar a aluminiului;
  • La temperaturi normale, titanul este inert. Cu toate acestea, atunci când crește la 250 C, începe să absoarbă hidrogenul, ceea ce afectează proprietățile. Din punct de vedere al activității chimice, este inferior magneziului, dar, din păcate, superior fierului și aluminiului;
  • metalul conduce electricitatea mult mai slab: rezistivitatea lui electrică este de 5 ori mai mare decât cea a fierului, de 20 de ori mai mare decât cea a aluminiului și de 10 ori mai mare decât cea a magneziului;
  • conductivitatea termică este, de asemenea, mult mai mică: de 3 ori mai mică decât fierul și de 12 ori mai puțin decât aluminiul. Cu toate acestea, această proprietate determină un coeficient de dilatare termică foarte scăzut.

Argumente pro şi contra

De fapt, titanul are multe dezavantaje. Dar combinația dintre rezistență și ușurință este atât de solicitată încât nici metoda complexă de fabricație, nici nevoia de puritate excepțională nu-i oprește pe consumatorii de metal.

Avantajele indubitabile ale substanței includ:

  • densitate scăzută, ceea ce înseamnă greutate foarte mică;
  • rezistență mecanică excepțională atât a metalului titan în sine, cât și a aliajelor sale. Pe măsură ce temperaturile cresc, aliajele de titan depășesc toate aliajele de aluminiu și magneziu;
  • raportul dintre rezistență și densitate - rezistență specifică - ajunge la 30–35, care este de aproape 2 ori mai mare decât cel al celor mai bune oțeluri structurale;
  • Când este expus la aer, titanul este acoperit cu un strat subțire de oxid, care oferă o rezistență excelentă la coroziune.

Metalul are, de asemenea, o mulțime de dezavantaje:

  • Rezistența la coroziune și inerția se aplică numai produselor cu o suprafață inactivă. Praful sau așchii de titan, de exemplu, se auto-aprinde și ard la o temperatură de 400 C;
  • O metodă foarte complexă de obținere a titanului metalic asigură un cost foarte ridicat. Materialul este mult mai scump decât fierul, sau;
  • capacitatea de a absorbi gazele atmosferice atunci când temperatura crește necesită utilizarea echipamentelor de vid la topirea și producerea aliajelor, ceea ce crește semnificativ și costul;
  • titanul are proprietăți antifricțiune slabe - nu funcționează la frecare;
  • metalul și aliajele sale sunt predispuse la coroziune cu hidrogen, care este dificil de prevenit;
  • Titanul este greu de prelucrat. Sudarea este, de asemenea, dificilă din cauza tranziției de fază în timpul încălzirii.

Foaie de titan (foto)

Proprietăți și caracteristici

Depinde foarte mult de curățenie. Datele de referință descriu, desigur, metalul pur, dar caracteristicile titanului tehnic pot diferi semnificativ.

  • Densitatea metalului scade la încălzire de la 4,41 la 4,25 g/cm3 Tranziția de fază modifică densitatea cu doar 0,15%.
  • Punctul de topire al metalului este de 1668 C. Punctul de fierbere este de 3227 C. Titanul este o substanță refractară.
  • În medie, rezistența la tracțiune este de 300–450 MPa, dar această cifră poate fi mărită la 2000 MPa recurgând la întărire și îmbătrânire, precum și prin introducerea de elemente suplimentare.
  • Pe scara HB, duritatea este 103 și nu aceasta este limita.
  • Capacitatea termică a titanului este scăzută - 0,523 kJ/(kg K).
  • Rezistivitate electrică specifică - 42,1·10 -6 ohm·cm.
  • Titanul este un paramagnet. Pe măsură ce temperatura scade, susceptibilitatea sa magnetică scade.
  • Metalul în general se caracterizează prin ductilitate și maleabilitate. Cu toate acestea, aceste proprietăți sunt puternic influențate de oxigenul și azotul din aliaj. Ambele elemente fac materialul fragil.

Substanța este rezistentă la mulți acizi, inclusiv acizii nitric, sulfuric de concentrație scăzută și aproape toți acizii organici, cu excepția acidului formic. Această calitate asigură că titanul este solicitat în industria chimică, petrochimică, hârtie și așa mai departe.

Structura și compoziția

Titanul, deși este un metal de tranziție și are o rezistivitate electrică scăzută, este totuși un metal și conduce curentul electric, ceea ce înseamnă o structură ordonată. Când este încălzită la o anumită temperatură, structura se schimbă:

  • până la 883 C, faza α cu o densitate de 4,55 g/m3 este stabilă. cm Se distinge printr-o rețea hexagonală densă. Oxigenul se dizolvă în această fază cu formarea de soluții interstițiale și stabilizează α-modificarea - mută limita de temperatură;
  • peste 883 C, faza β cu o rețea cubică centrată pe corp este stabilă. Densitatea sa este puțin mai mică - 4,22 g / metru cub. vezi. Această structură este stabilizată de hidrogen - atunci când este dizolvată în titan, se formează și soluții interstițiale și hidruri.

Această caracteristică îngreunează foarte mult munca metalurgistului. Când titanul este răcit, solubilitatea hidrogenului scade brusc, iar hidrura de hidrogen, faza y, precipită în aliaj.

Provoacă fisuri la rece în timpul sudării, așa că producătorii trebuie să depună un efort suplimentar după topirea metalului pentru a-l curăța de hidrogen.

Vă vom spune mai jos unde puteți găsi și cum să faceți titan.

Acest videoclip descrie titanul ca metal:

Productie si extractie

Titanul este foarte comun, deci nu există dificultăți cu minereurile care conțin metalul și în cantități destul de mari. Materiile prime de pornire sunt rutil, anataza și brookit - dioxizi de titan în diverse modificări, ilmenit, pirofanit - compuși cu fier și așa mai departe.

Dar este complex și necesită echipamente scumpe. Metodele de extracție sunt oarecum diferite, deoarece compoziția minereului este diferită. De exemplu, schema de obținere a metalului din minereurile de ilmenit arată astfel:

  • obținerea zgurii de titan - roca este încărcată într-un cuptor cu arc electric împreună cu un agent reducător - antracit, cărbuneși încălzit la 1650 C. În același timp, se separă fierul, care este folosit pentru a produce fontă și dioxid de titan în zgură;
  • Zgura este clorurată în mine sau cloratoare cu sare. Esența procesului este transformarea dioxidului solid în tetraclorură de titan gazoasă;
  • în cuptoarele cu rezistență în baloane speciale, metalul se reduce cu sodiu sau magneziu din clorură. Ca rezultat, se obține o masă simplă - un burete de titan. Acest titan tehnic este destul de potrivit pentru fabricarea de echipamente chimice, de exemplu;
  • dacă este necesar un metal mai pur, ei recurg la rafinare - în acest caz, metalul reacționează cu iodul pentru a obține iodură gazoasă, iar aceasta din urmă, sub influența temperaturii - 1300–1400 C, iar curentul electric, se descompune, eliberând titan pur. Curent electric este alimentat printr-un fir de titan întins într-o retortă, pe care se depune substanța pură.

Pentru a obține lingouri de titan, buretele de titan este topit într-un cuptor cu vid pentru a preveni dizolvarea hidrogenului și azotului.

Prețul titanului la 1 kg este foarte mare: în funcție de gradul de puritate, metalul costă de la 25 la 40 USD pe 1 kg. Pe de altă parte, corpul unui aparat din oțel inoxidabil rezistent la acid va costa 150 de ruble. și nu va dura mai mult de 6 luni. Titanul va costa aproximativ 600 de ruble, dar va fi folosit timp de 10 ani. Există multe unități de producție de titan în Rusia.

Aplicații

Influența gradului de purificare asupra proprietăților fizice și mecanice ne obligă să o luăm în considerare din acest punct de vedere. Astfel, tehnica, adică nu cel mai pur metal, are o rezistență excelentă la coroziune, ușurință și rezistență, ceea ce determină utilizarea sa:

  • industria chimică– schimbătoare de căldură, conducte, carcase, piese pompe, fitinguri și așa mai departe. Materialul este indispensabil în zonele în care sunt necesare rezistență și rezistență la acizi;
  • industria transporturilor– substanța este folosită pentru a face vehicule de la trenuri la biciclete. În primul caz, metalul oferă o masă mai mică de compuși, ceea ce face tracțiunea mai eficientă, în cel din urmă dă ușurință și rezistență, nu degeaba un cadru de bicicletă din titan este considerat cel mai bun;
  • afacerile navale– schimbătoarele de căldură, amortizoarele de eșapament pentru submarine, supapele, elicele etc. sunt realizate din titan;
  • V construcție Titanul este utilizat pe scară largă - un material excelent pentru finisarea fațadelor și a acoperișurilor. Alături de rezistență, aliajul oferă un alt avantaj important pentru arhitectură - capacitatea de a oferi produselor cea mai bizară configurație, capacitatea aliajului de a se modela este nelimitată.

Metalul pur este, de asemenea, foarte rezistent la temperaturi ridicate și își păstrează rezistența. Aplicația este evidentă:

  • fabricarea de rachete și avioane - din aceasta se face învelișul. Piese de motor, elemente de fixare, piese de șasiu și așa mai departe;
  • medicina – inerția biologică și ușurința fac din titan un material mult mai promițător pentru proteze, inclusiv valvele cardiace;
  • tehnologie criogenică – titanul este una dintre puținele substanțe care, odată cu scăderea temperaturii, nu fac decât să devină mai puternice și nu își pierd ductilitatea.

Titan - material de constructie cea mai mare rezistență cu o astfel de ușurință și ductilitate. Aceste calități unice îi oferă din ce în ce mai mult rol importantîn economia naţională.

Videoclipul de mai jos vă va spune de unde să obțineți titan pentru un cuțit:

Titan - metal zâne Cel puțin elementul este numit după regina acestor creaturi mitice. Titania, ca toate rudele ei, se remarca prin aerisire.

Nu numai aripile permit zânelor să zboare, ci și greutatea lor ușoară. Titanul este, de asemenea, ușor. Elementul are cea mai mică densitate dintre metale. Aici se termină asemănarea cu zânele și începe știința pură.

Proprietățile chimice și fizice ale titanului

Titan - element de culoare alb-argintiu, cu o strălucire pronunțată. În reflexiile metalului puteți vedea roz, albastru și roșu. Strălucirea cu toate culorile curcubeului este o trăsătură caracteristică a celui de-al 22-lea element.

Razele lui sunt mereu strălucitoare, pentru că titanul este rezistent la coroziune. Materialul este protejat de acesta printr-un film de oxid. Se formează la suprafață la temperaturi standard.

Drept urmare, coroziunea metalelor nu este periculoasă nici în aer, nici în apă, nici în cele mai multe medii agresive, de exemplu. Acesta este ceea ce chimiștii au numit amestecul de compuși concentrați și acizi.

Elementul 22 se topește la 1.660 de grade Celsius. Se dovedește, titan – metal neferos grup refractar. Materialul începe să ardă înainte să se înmoaie.

O flacără albă apare la 1.200 de grade. Substanța fierbe la 3.260 Celsius. Topirea unui element îl face vâscos. Este necesar să folosiți reactivi speciali care împiedică lipirea.

Dacă masa lichidă a metalului este vâscoasă și lipicioasă, atunci în stare de pulbere titanul este exploziv. Pentru a declanșa „bomba”, este suficientă încălzirea la 400 de grade Celsius. În timp ce primește energie termică, elementul o transferă slab.

De asemenea, titanul nu este folosit ca conductor electric. Dar materialul este apreciat pentru rezistența sa. Combinat cu densitatea și greutatea sa scăzută, este util în multe industrii.

Din punct de vedere chimic, titanul este destul de activ. Într-un fel sau altul, metalul interacționează cu majoritatea elementelor. Excepții: - gaze inerte, , sodiu, potasiu, , calciu și.

O cantitate atât de mică de substanțe indiferente față de titan complică procesul de obținere a unui element pur. Nu este ușor de produs și aliaje metalice de titan. Cu toate acestea, industriașii au învățat să facă acest lucru. Beneficiile practice ale amestecurilor bazate pe a 22-a substanță sunt prea mari.

Aplicarea titanului

Asamblarea avioanelor și rachetelor este locul în care este util în primul rând. titan. Cumpărați metal necesare pentru a crește rezistența la căldură și rezistența la căldură a dulapurilor. Rezistență la căldură – rezistență la temperaturi ridicate.

De exemplu, ele sunt inevitabile atunci când accelerează o rachetă în atmosferă. Rezistență la căldură – conservarea în circumstanțe „de foc” a majorității proprietăți mecanice aliaj Adică cu titan caracteristici de performanta piesele nu se modifică în funcție de condițiile de mediu.

Rezistența la coroziune a metalului 22 este, de asemenea, utilă. Această proprietate este importantă nu numai în producția de mașini. Elementul este folosit pentru baloane și alte articole din sticlă pentru laboratoarele chimice și devine materie primă pentru bijuterii.

Materiile prime nu sunt ieftine. Dar, în toate industriile, costurile sunt recuperate prin durata de viață a produselor din titan și capacitatea acestora de a-și menține aspectul original.

Astfel, o serie de preparate de la o companie din Sankt Petersburg „Neva” „Titan de metal” PC" vă permite să folosiți linguri de metal când prăjiți. Ar distruge teflonul și l-ar zgâria. Acoperirea cu titan nu îi pasă de atacurile oțelului și aluminiului.

Acest lucru, apropo, se aplică și bijuteriilor. Un inel din aur sau este ușor de zgâriat. Modelele din titan rămân netede timp de zeci de ani. Prin urmare, al 22-lea element a început să fie considerat ca materie primă pentru verighete.

Tigaie "Titanium Metal" Ușoare, ca vasele cu teflon. Elementul 22 este doar puțin mai greu decât aluminiul. Acest lucru a inspirat nu numai reprezentanți industria ușoară, dar și specialiști în industria auto. Nu este un secret pentru nimeni că mașinile au o mulțime de piese din aluminiu.

Sunt necesare pentru a reduce greutatea transportului. Dar titanul este mai puternic. În ceea ce privește mașinile executive, industria auto a trecut deja aproape complet la utilizarea metalului al 22-lea.

Piesele din titan și aliajele sale reduc greutatea motorului ardere internă cu 30%. Corpul devine și mai ușor, deși prețul crește. Aluminiul este tot mai ieftin.

Firma „Neva Metal Titan”, recenzii care se lasă de obicei cu semnul plus, produce feluri de mâncare. Mărcile de automobile folosesc titan pentru mașini. da elementului forma de inele, cercei si bratari. Nu există suficiente companii medicale în această listă de listări.

Al 22-lea metal este o materie primă pentru protetică și instrumente chirurgicale. Produsul aproape nu are pori, deci poate fi sterilizat cu usurinta. În plus, titanul, fiind ușor, poate rezista la sarcini enorme. Ce altceva este nevoie, dacă, de exemplu, este plasată o parte străină în locul ligamentelor genunchiului?

Absența porilor din material este apreciată de restauratorii de succes. Curățenia bisturiilor unui chirurg este importantă. Dar curățenia suprafețelor de lucru ale bucătărilor este, de asemenea, importantă. Pentru a se asigura că alimentele sunt sigure, acestea sunt tăiate și aburite pe mese de titan.

Nu se zgârie și sunt ușor de curățat. Unitățile de nivel mediu, de regulă, folosesc ustensile de oțel, dar sunt de calitate inferioară. Prin urmare, în restaurantele cu stele Michelin, echipamentul este din titan.

Exploatarea titanului

Elementul se numără printre cele mai comune 20 de pe Pământ, aflându-se exact la mijlocul clasamentului. Pe baza masei scoarței planetei, conținutul de titan este de 0,57%. Există 0,001 miligrame de al 24-lea metal pe litru de apă de mare. Șisturile și argilele conțin 4,5 kilograme de element pe tonă.

În rocile acide, adică bogate în silice, titanul reprezintă 2,3 kilograme la mie. În principalele depozite formate din magmă, al 22-lea metal este de aproximativ 9 kilograme pe tonă. Cel mai puțin titan este ascuns în roci ultramafice cu un conținut de silice de 30 la sută - 300 de grame la 1.000 de kilograme de materii prime.

În ciuda prevalenței sale în natură, titanul pur nu se găsește în el. Materialul folosit pentru a obține 100% metal a fost iodul acestuia. Descompunerea termică a substanței a fost efectuată de Arkel și De Boer. Aceștia sunt chimiști olandezi. Experimentul a fost un succes în 1925. În anii 1950 a început producția de masă.

Contemporanii, de regulă, extrag titanul din dioxidul său. Acesta este un mineral numit rutil. Conține cea mai mică cantitate de impurități străine. Arată ca titanit și .

La prelucrarea minereurilor de ilmenit, rămâne zgură. Acesta este ceea ce servește drept material pentru obținerea celui de-al 22-lea element. Ieșirea este poroasă. Este necesar să se efectueze topirea secundară în cuptoare cu vid cu adăugarea de.

Dacă lucrați cu dioxid de titan, i se adaugă magneziu și clor. Amestecul este încălzit în cuptoare cu vid. Temperatura se ridică până când toate elementele în exces s-au evaporat. Rămâne în partea de jos a containerelor titan pur. Metoda se numește magneziu-termic.

A fost dezvoltată și metoda hidrurii de calciu. Se bazează pe electroliză. Curentul mare permite separarea hidrurii metalice în titan și hidrogen. Metoda iodului de extragere a elementului, dezvoltată în 1925, continuă să fie folosită. Cu toate acestea, în secolul 21 este cea mai intensivă în muncă și cea mai scumpă, așa că începe să fie uitată.

Pret titan

Pe metal titan pret stabilit pe kilogram. La începutul anului 2016, era de aproximativ 18 dolari SUA. Piața globală pentru al 22-lea element a ajuns la 7.000.000 de tone în ultimul an. Cei mai mari furnizori sunt Rusia și China.

Acest lucru se datorează rezervelor pe care le-au explorat și sunt potrivite pentru dezvoltare. În a doua jumătate a anului 2015, cererea de titan și foi a început să scadă.

Metalul se vinde și sub formă de sârmă, diverse părți, de exemplu, conducte. Sunt mult mai ieftine decât ratele de schimb. Dar, trebuie să țineți cont de ceea ce vine în lingouri titan pur, iar aliajele pe bază de acesta sunt utilizate în produse.

Ți-a plăcut articolul? Distribuie prietenilor:
S-ar putea să te intereseze și tu