Taljenje titana

Surovina za proizvodnjo kovinskega titana je predvsem rutil, ki vsebuje več kot 96 % TiO2. Pomanjkanje držav z rutilno rudo, kot je Sovjetska zveza, uporaba ilmenita iz "visoke titanove žlindre", ki vsebuje približno 90% TiO2. V zadnjih letih se države zaradi cene naravnega rutila in vse manjših zalog nagibajo k uporabi ilmenita iz materialov, bogatih s titanom, to je žlindre z visoko vsebnostjo titana in umetnega rutila.

Titan so odkrili leta 1791, vendar so prvič izdelali čisti titan leta 1910, sredi več kot sto let. Razlog je: titan je zelo aktiven pri visokih temperaturah, zlahka se poveže s kisikom, dušikom, ogljikom in drugimi elementi, za pridobivanje čistega titana so potrebni zelo težki pogoji.

Industrija običajno uporablja razgradnjo žveplove kisline ilmenitnega titanovega dioksida, titanovega dioksida iz kovinskega titana. Pri obdelavi zmletega ilmenita (koncentrata) s koncentrirano žveplovo kislino pride do naslednje kemične reakcije:

FeTiO3 + 3H2SO4 == Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3}H2O

FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O

FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O

Da bi odstranili nečistočo Fe2(SO4)3, dodamo železove opilke in Fe3+ reduciramo v Fe2+, nato raztopino ohladimo pod 273K, kar omogoči FeSO4-7H2O (zeleni galun), da kristalizira kot stranski produkt.

Hidroliza Ti(SO4)2 in TiOSO4 je oborila belo metatitanatno oborino, reakcija je bila:

Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+}H2SO4

TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

Titanov dioksid se proizvaja s kovanjem metatitanske kisline:

H2TiO3 == TiO2+}H2O

Industrijska proizvodnja kovinskega titana z uporabo metode termične redukcije kovine za redukcijo titanovega tetraklorida. Mešanica TiO2 (ali naravnega rutila) in prahu iz oglja, segreta na 1000 ~ 1100 K, kloriranje in ustvarjanje TiCl4, kondenzacija hlapov.

TiO2+2C+2Cl2=TiCl{4+2}CO-

Redukcija TiCl4 s staljenim magnezijem v argonu pri 1070 K daje porozno titanovo gobo:

TiCl4+2Mg=2MgCl2+}Ti

Ta titanova goba je zdrobljena, stopljena v vakuumski obločni peči in končno izdelana v različne titanove materiale.

Možna je tudi reakcija: Ti+2I2=TiI4

Dobljeni TiI4 se razgradi pri visoki temperaturi (okoli 1250 stopinj):

TiI4=Ti+2I2

Posledica tega so palice iz čistega titana.

Lastnosti in uporaba titana in titanovih zlitin

Čisti titan je srebrno bela kovina, ki ima številne odlične lastnosti. Gostota titana je 4,54 g/cm3, 43 % lažji od jekla in nekoliko težji od prestižne lahke kovine magnezija. Mehanska trdnost je podobna jeklu, dvakrat večja od aluminija, petkrat večja od magnezija. Titan je odporen na visoke temperature, tališče 1942K, skoraj 1000K višje od zlata, skoraj 500K višje od jekla.

Titan spada med bolj aktivne kemične lastnosti kovine. Pri segrevanju z O2, N2, H2, S in halogeni ter drugimi nekovinskimi vlogami. Toda pri sobni temperaturi je na površini titana enostavno ustvariti zelo tanko plast gostega oksidnega zaščitnega filma, ki se lahko upre vlogi močnih kislin in celo vodke, kar kaže močno odpornost proti koroziji. Zato splošna kovina v raztopini kisline, alkalije, soli postane polna lukenj in titan je varen in zdrav.

Tekoči titan lahko raztopi skoraj vse kovine, zato lahko tvori zlitine z različnimi kovinami. Jeklu dodajajo titan za proizvodnjo titanovega jekla, ki je trdo in prožno. Titan in kovine Al, Sb, Be, Cr, Fe itd. za ustvarjanje spojin za zapolnjevanje vrzeli ali intermetalnih spojin.

Titanove zlitine, izdelane iz letal kot druge kovine, izdelane iz enake teže letala več kot 100 potnikov. Narejena je iz podmornic, tako korozijske odpornosti morske vode, kot tudi odpornost na globok pritisk, njegova globina potopa se je povečala za 80 % kot podmornice iz nerjavečega jekla. Hkrati je titan nemagneten, rudniki ga ne bodo našli in ima zelo dobro vlogo proti čuvaju.

Titan ima "probiotični" spol. V človeškem telesu se lahko upre koroziji izločkov in ni strupen ter je prilagodljiv kateri koli metodi sterilizacije. Zato se pogosto uporablja v proizvodnji medicinske opreme, proizvodnji umetnih kolčnih sklepov, kolenskih sklepov, ramenskih sklepov, sklepov, prisilnih sklepov, lobanje, aktivnih srčnih zaklopk, sponk za fiksacijo kosti. Ko se je nov obroč iz mišičnih vlaken ovil v te "titanove kosti", so te titanove kosti začele vzdrževati normalne aktivnosti človeškega telesa.

Titan je široko porazdeljen v človeškem telesu in normalna vsebnost v človeškem telesu ni večja od 15 mg na 70 kg telesne teže, njegova vloga pa še vedno ni jasna. Lahko pa titan stimulira fagocite, tako da je vloga imunosti potrjena.

Titanove spojine in uporaba

Pomembne titanove spojine vključujejo: titanov dioksid (TiO2), titanov tetraklorid (TiCl4) in barijev metatitanat (BaTiO3).

Čisti titanov dioksid je bel prah, odličen bel pigment, trgovsko ime "titanov dioksid". Ima tako prekrivnost svinčenega bela (PbCO3) kot trajno delovanje cinkovega bela (ZnO). Zato ljudje pogosto dodajajo titanov dioksid v barvo, izdelano iz visoko kakovostne bele barve; v papirni industriji kot polnilo, dodano papirni lopatici; tekstilni industriji kot matirno sredstvo za umetna vlakna.

V tekstilni industriji kot matirno sredstvo za umetna vlakna; v industriji stekla, keramike, emajla kot dodatek za izboljšanje njegove učinkovitosti; uporablja se kot katalizator v številnih kemičnih reakcijah. V kemični industriji se danes vse bolj razvija, titanov dioksid in titanove spojine kot fini kemični izdelki imajo visoko dodano vrednost, možnost je zelo privlačna.

Titanov tetraklorid je brezbarvna tekočina; tališče 250K, vrelišče 409K, s sistemom vznemirljivega vonja. V vodi ali vlažnem zraku se zlahka hidrolizira in oddaja veliko belega dima.

TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl

Zato se TiCl4 uporablja v vojski kot umetno dimno sredstvo, kot da bi ga uporabljali v pomorskem bojevanju. V kmetijstvu ljudje uporabljajo TiCl4 za oblikovanje goste megle, da zmanjšajo izgubo toplote iz tal ponoči ter zaščitijo zelenjavo in pridelke pred škodo zaradi mraza in zmrzali.

Barijev metatitanat je narejen s taljenjem TiO2 in BaCO3 skupaj:

TiO2+BaCO3 == BaTiO3 deset CO2-

Umetno proizvedeni BaTiO3 ima visoko dielektrično konstanto, izdelan iz kondenzatorjev ima večjo kapaciteto, kar je še pomembneje, BaTiO3 ima pomembne "piezoelektrične lastnosti", kristalni tlak bo proizvedel tok, moč in bo spremenil obliko. Ljudje ga dajo v ultrazvočni val, je pod pritiskom, da proizvede tok, z merjenjem jakosti toka je mogoče izmeriti jakost ultrazvoka. Uporabljajo ga skoraj vsi ultrazvočni instrumenti. Z razvojem in uporabo titanata se vse pogosteje uporablja v proizvodnji nelinearnih komponent, dielektričnih ojačevalnikov, komponent elektronskega računalniškega pomnilnika, mikrokondenzatorjev, materialov za galvanizacijo, vesoljskih materialov, močnih magnetov, polprevodniških materialov, optičnih instrumentov , reagenti in tako naprej.

Odlične lastnosti titana, titanovih zlitin in titanovih spojin so povzročile nujno potrebo po njih. Vendar so visoki stroški proizvodnje omejili njihovo uporabo. Verjamemo, da bo v bližnji prihodnosti z nenehnim izboljševanjem in izboljšanjem tehnologije taljenja titana uporaba titana, titanovih zlitin in titanovih spojin bolj razvita.

Izdelki iz titana:

Titan in titanove zlitine so izjemno pomembni lahki strukturni materiali z zelo pomembno uporabno vrednostjo in širokimi možnostmi uporabe v letalstvu, vesoljstvu, inženiringu vozil, biomedicinskem inženiringu in drugih področjih.

Vrste: kanonizacija titana, industrijsko čisti titan, -titan, -titan, + -titan