Proprietăți și caracteristici ale titanului

Titanul este un metal refractar puternic și ușor. Aliajele de titan sunt esențiale pentru industria aerospațială, dar, datorită numeroaselor proprietăți unice, sunt folosite și în aplicații medicale, chimice și militare, precum și în articole sportive.

Proprietăți Titan

• Simbol Atomic: Ti
• Număr atomic: 22
• Element Categorie: Metal de tranziție
• Densitate: 4,506 / cm3
• Punct de topire: 3034 ° F (1668 ° C)
• Punct de fierbere: 5949 ° F (3287 ° C)
• Duritatea lui Moh: 6

caracteristici

Aliajele cu titan sunt cunoscute pentru rezistența lor ridicată, ușoare și rezistente la coroziune.

În ciuda faptului că este la fel de puternic ca și oțel, titanul are o greutate de aproximativ 40% mai ușoară, ceea ce, împreună cu rezistența sa la cavitație și eroziune, îl face un metal structural esențial pentru inginerii aerospațiali.

Titanul este, de asemenea, formidabil în rezistența sa la coroziune atât prin apă și medii chimice. Ea face acest lucru prin formarea unui strat subțire de dioxid de titan (TiO2) pe suprafața sa, care este extrem de dificil pentru aceste materiale să penetreze.

Având un modul redus de elasticitate înseamnă că titanul nu este de asemenea foarte flexibil, dar revine la forma sa inițială după îndoire, ducând la importanța sa de a forma aliaje de memorie.

Titanul este nemagnetic și biocompatibil (netoxic, non-alergen), care a dus la utilizarea sa din ce în ce mai intensă în domeniul medical.

Istorie

Utilizarea metalelor de titan, sub orice formă, sa dezvoltat numai după cel de-al doilea război mondial. De fapt, titanul nu a fost izolat ca metal până când chimistul american Matthew Hunter a produs-o prin reducerea tetraclorurii de titan (TiCl4) cu sodiu în 1910; O metodă cunoscută acum ca procesul Hunter.

Producția comercială, totuși, nu a venit decât după ce William Justin Kroll a arătat că titanul ar putea fi de asemenea redus de la clorură folosind magneziu în anii 1930. Procesul Kroll rămâne cea mai importantă metodă de producție comercială până în prezent.

După ce sa dezvoltat o metodă de producție eficientă din punct de vedere al costurilor, prima utilizare principală a titanului era în aeronavele militare. Atât avioanele și submarinele militare sovietice și americane concepute în anii 1950 și 1960 au început să folosească aliaje de titan. Până la începutul anilor 1960, aliajele de titan au început să fie utilizate și de producătorii de aeronave comerciale.

Domeniul medical, în special implanturile și protezele dentare, s-au trezit la utilitatea titanului după ce studiile doctorului suedez Per-Ingvar Branemark, datând din anii 1950, au arătat că titanul nu declanșează un răspuns imun negativ la om, permițând metalului să se integreze în corpul nostru într-un proces numit osseointegration.

producere

Deși titanul este cel de-al patrulea element de metal cel mai comun în scoarța pământului (în spatele aluminiului, fierului și magneziului), producția de metal de titan este extrem de sensibilă la contaminare, în special prin oxigen, ceea ce explică dezvoltarea sa relativ recentă și costul ridicat.

Principalele minereuri utilizate în producția primară de titan sunt ilmenitul, care reprezintă aproximativ 90% din producție, iar rutilul, care reprezintă restul de 10%.

Aproximativ 6,3 milioane de tone de concentrat mineral de titan a fost produsă în 2010, deși doar o mică parte (aproximativ 5%) de concentrat de titan produs în fiecare an se termină în final cu metal de titan. În schimb, majoritatea sunt utilizate în producția de dioxid de titan (TiO2), un pigment de albire utilizat în vopsele, alimente, medicamente și produse cosmetice.

În prima etapă a procesului Kroll, minereul de titan este zdrobit și încălzit cu cărbune cocsificabil într-o atmosferă de clor pentru a produce tetraclorură de titan (TiCl4). Clorura este apoi captată și trimisă printr-un condensator, care produce un lichid de clorură de titan care este mai mult cu 99% pur.

Tetraclorura de titan este apoi trimisă direct în recipiente care conțin magneziu topit. Pentru a evita contaminarea cu oxigen, aceasta se face inert prin adăugarea de gaz de argon.

În timpul procesului de distilare, care poate dura câteva zile, vasul este încălzit la 1000 ° C (1832 ° F). Magneziul reacționează cu clorura de titan, îndepărtând clorura și producând titan elementar și clorură de magneziu.

Titanul fibros care este produs ca rezultat este denumit burete de titan. Pentru a produce aliaje de titan și lingouri de titan de înaltă puritate, buretele de titan poate fi topit cu diferite elemente de aliere folosind un fascicul de electroni, arc de plasmă sau topire cu arc de vid.

Aplicații

Aliajele metalice de titan sunt utilizate în principal în industria aerospațială, militară, medicală, chimică și sportivă

În ultimele decenii, producătorii de aeronave s-au transformat în titan ca o componentă structurală esențială. De la primele sale utilizări la începutul anilor 1960, conținutul mediu de titan în aeronavele comerciale a continuat să crească.

surse

TIMET Video: Procesul Kroll. Disponibil pe site-ul Asociației Internaționale de Titaniu: http://www.titanium.orgStudiul geologic american: Titanium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/Vulcan, Tom. 2010. Titan: Metalul zeilor . Hardassetinvestor.com.