Este titanul ușor? Vezi ce este „Titan” în alte dicționare

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 temperatura ambiantă, 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 îndeplini specificațiile aerospațiale și militare (SAE-AMS, MIL-T), standardele ISO și specificațiile specifice țării, precum și cerințele utilizatorilor finali pentru industria aerospațială, militară, medicală și industrială. aplicatii.

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 motoarele și cadrele aeronavelor.

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 titanul în echipamentele de proces expuse la medii agresive, cum ar fi 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 pe 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. Este cea mai bună 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 utilizat 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 fi modelat într-o varietate de moduri îl face util în multe aplicații. Rezistența ridicată la coroziune a aliajului îl face, de asemenea, neprețuit pentru echipamentele de producție. 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.

Este unul dintre cele mai importante materiale structurale deoarece combină rezistența, duritatea și ușurința. Cu toate acestea, alte proprietăți ale metalului sunt foarte specifice, ceea ce face ca procesul de obținere a substanței să fie dificil și costisitor. Și astăzi vom lua în considerare tehnologia globală de producție a titanului pe care o vom aminti pe scurt și.

Metalul există în două modificări.

• α-Ti– există până la o temperatură de 883 C, are o rețea hexagonală densă.
• β-Ti– are o rețea cubică centrată pe corp.

Tranziția are loc cu o schimbare foarte mică a densității, deoarece aceasta din urmă scade treptat la încălzire.

• În timpul funcționării produselor din titan, în majoritatea cazurilor acestea se ocupă de faza α. Dar atunci când topesc și fabrică aliaje, metalurgiștii lucrează cu modificarea β.
• A doua caracteristică a materialului este anizotropia. Coeficientul de elasticitate și susceptibilitatea magnetică a unei substanțe depind de direcție, iar diferența este destul de vizibilă.
• A treia caracteristică este dependența proprietăților metalului de puritatea sa. Titanul tehnic obișnuit nu este potrivit, de exemplu, pentru utilizare în știința rachetelor, deoarece din cauza impurităților își pierde rezistența la căldură. În acest domeniu al industriei se folosesc doar substanțe extrem de pure.

Acest videoclip vă va spune despre compoziția titanului:

Producția de titan

Utilizarea metalului a început abia în anii 50 ai secolului trecut. Extragerea și producerea acestuia este un proces complex, datorită căruia acest element relativ comun a fost clasificat ca fiind rar condiționat. Și apoi ne vom uita la tehnologia și echipamentele magazinelor de producție de titan.

Materii prime

Titanul ocupă locul 7 în ceea ce privește abundența în natură. Cel mai adesea aceștia sunt oxizi, titanați și titanosilicați. Cantitatea maximă de substanță este conținută în dioxizi - 94–99%.

• Rutil– modificarea cea mai stabilă, este un mineral de culoare albăstruie, galben-maronie, roșie.
• Anataz- un mineral destul de rar, la o temperatură de 800–900 C se transformă în rutil.
• Brookite– un cristal al sistemului ortorombic, la 650 C se transformă ireversibil în rutil cu scăderea volumului.

• Compușii metal-fier mai obișnuiți sunt ilmenit(până la 52,8% titan). Acestea sunt geikilite, pyrophanite, crichton - compoziția chimică a ilmenitei este foarte complexă și variază foarte mult.
• Rezultatul meteorizării ilmenitei este utilizat în scopuri industriale - leucoxen. Aici are loc o reacție chimică destul de complexă, în care o parte din fier este îndepărtată din rețeaua ilmenită. Ca urmare, volumul de titan din minereu crește – până la 60%.
• De asemenea, folosesc minereu acolo unde metalul nu este asociat cu fierul feros, ca în ilmenit, dar apare sub formă de titanat de fier feros - acesta arizonit, pseudobrookit.

Cele mai importante zăcăminte sunt ilmenitul, rutilul și titanomagnetitul. Ele sunt împărțite în 3 grupe:

• magmatică– sunt asociate cu zone de distribuție a rocilor ultrabazice și bazice, cu alte cuvinte, cu distribuția magmei. Cel mai adesea acestea sunt minereuri de ilmenit, titanomagnetit ilmenit-hematit;
• depozite exogene– placer și depozite reziduale, aluviale, aluvio-lacustre de ilmenit și rutil. Precum și placeri de coastă, minereuri de titan, anatază în cruste de intemperii. Placerii marini de coastă sunt de cea mai mare importanță;
• depozite metamorfozate– gresii cu leucoxene, minereuri de ilmenit-magnetit, continue si diseminate.

Depozitele exogene - depozite reziduale sau de placer, sunt dezvoltate prin metoda carierei deschise. Pentru aceasta sunt folosite dragele și excavatoarele.

Dezvoltarea zăcămintelor primare este asociată cu scufundarea minelor. Minereul rezultat este zdrobit și îmbogățit la fața locului. Se utilizează îmbogățirea gravitațională, flotația și separarea magnetică.

Zgura de titan poate fi folosită ca materie primă. Conține până la 85% dioxid de metal.

Tehnologia de recepție

Procesul de producere a metalului din minereuri de ilmenit constă în mai multe etape:

• topirea de reducere pentru a obține zgura de titan;
• clorarea zgurii;
• producerea metalelor prin restaurare;
• Rafinarea titanului - de regulă, este efectuată pentru a îmbunătăți proprietățile produsului.

Procesul este complex, în mai multe etape și costisitor. Drept urmare, un metal destul de accesibil se dovedește a fi foarte scump de produs.

Acest videoclip vă va spune despre producția de titan:

Primirea zgurii

Ilmenita este o asociere a oxidului de titan cu fierul feros. Prin urmare, scopul primei etape de producție este separarea dioxidului de oxizii de fier. Pentru a face acest lucru, oxizii de fier sunt redusi.

Procesul se desfășoară în cuptoare cu arc electric. Concentratul de ilmenit este încărcat în cuptor, apoi se introduce un agent reducător - cărbune, antracit, cocs și se încălzește la 1650 C. În acest caz, fierul este redus din oxid. Fonta se obține din fontă redusă și carburată, iar oxidul de titan se transformă în zgură. Acesta din urmă conține în cele din urmă 82-90% titan.

Fonta și zgura sunt turnate în forme separate. Fonta este folosită în producția metalurgică.

Clorarea zgurii

Scopul procesului este de a obține tetraclorură de metal pentru utilizare ulterioară. Se dovedește a fi imposibil de a clorina direct concentratul de ilmenit din cauza formării unei cantități mari de clorură ferică - compusul distruge foarte repede echipamentul. Prin urmare, este imposibil să se facă fără etapa de îndepărtare preliminară a oxidului de fier. Clorarea se realizează în cloratoarele de mine sau de sare. Procesul este ușor diferit.

• Clorator de mină– o structură cilindrică căptușită cu o înălțime de până la 10 m și un diametru de până la 2 m brichete de zgură zdrobită sunt plasate deasupra cloratorului, iar prin tuiere se alimentează gaz de la electrolizoarele de magneziu care conțin 65–70% clor. . Reacția dintre zgura de titan și clor are loc cu degajarea de căldură, care asigură temperatura necesară procesului. Gazul de tetraclorură de titan este îndepărtat de sus, iar zgura rămasă este îndepărtată continuu de jos.
• Clorator cu sare, o cameră căptușită cu argilă de foc și umplută pe jumătate cu electrolitul uzat al electrolizoarelor cu magneziu. Topitura conține cloruri metalice - sodiu, potasiu, magneziu și calciu. Zgura de titan zdrobită și cocsul sunt introduse în topitură de sus, iar clorul este injectat de jos. Deoarece reacția de clorinare este exotermă, regimul de temperatură este menținut prin procesul însuși.

Tetraclorura de titan este purificată de mai multe ori. Gazul poate conține dioxid de carbon, monoxid de carbon și alte impurități, astfel încât purificarea se realizează în mai multe etape.

Electrolitul uzat este înlocuit periodic.

Producția de metal

Metalul este redus din tetraclorura cu magneziu sau sodiu. Reducerea are loc cu eliberarea de căldură, ceea ce permite ca reacția să fie efectuată fără încălzire suplimentară.

Pentru restaurare se folosesc cuptoare cu rezistență electrică. Mai întâi, un balon etanș din aliaje de crom de 2-3 m înălțime este plasat în cameră. După ce recipientul este încălzit la +750 C, se introduce magneziu în el. Și apoi este furnizată tetraclorura de titan. Alimentația este reglabilă.

1 ciclu de recuperare durează 30–50 de ore, astfel încât temperatura să nu crească peste 800–900 C, retorta este suflată cu aer. Ca urmare, se obțin de la 1 la 4 tone de masă spongioasă - metalul se depune sub formă de firimituri, care sunt sinterizate într-o masă poroasă. Clorura de magneziu lichidă se scurge periodic.

Masa poroasă absoarbe destul de multă clorură de magneziu. Prin urmare, după reducere, se efectuează distilare în vid. Pentru a face acest lucru, retorta este încălzită la 1000 C, se creează un vid în ea și se menține timp de 30-50 de ore. În acest timp, impuritățile se evaporă.

Reducerea cu sodiu se desfășoară aproape în același mod. Diferența este doar în ultima etapă. Pentru a îndepărta impuritățile de clorură de sodiu, burete de titan este zdrobit și sarea este îndepărtată din acesta cu apă obișnuită.

Rafinare

Titanul tehnic obținut în modul descris mai sus este destul de potrivit pentru producția de echipamente și containere pentru industria chimică. Cu toate acestea, pentru zonele în care sunt necesare rezistență ridicată la căldură și uniformitate a proprietăților, metalul nu este potrivit. În acest caz, ei apelează la rafinare.

Rafinarea se efectuează într-un termostat, unde temperatura este menținută la 100–200 C. O retortă cu un burete de titan este plasată în cameră, apoi, folosind un dispozitiv special, o capsulă cu iod este spartă într-o cameră închisă. Iodul reacționează cu metalul pentru a forma iodură de titan.

Firele de titan sunt întinse în retortă, prin care trece un curent electric. Firul se încălzește până la 1300–1400 C, iodura rezultată se descompune pe fir, formând cristale din cel mai pur titan. Iodul este eliberat și reacționează. Cu o nouă porțiune de burete de titan, procesul continuă până când metalul este epuizat. Producția este oprită când, din cauza creșterii titanului, diametrul firului devine 25-30 mm. Într-un astfel de aparat puteți obține 10 kg de metal cu o pondere de 99,9–99,99%.

Dacă este necesar să obțineți metal maleabil în lingouri, procedați diferit. Pentru a face acest lucru, buretele de titan este topit într-un cuptor cu arc cu vid, deoarece metalul absoarbe în mod activ gazele la temperaturi ridicate. Electrodul consumabil este obținut din deșeuri de titan și din burete. Metalul lichid se solidifică într-un aparat într-un cristalizator răcit cu apă.

Topirea se repetă de obicei de două ori pentru a îmbunătăți calitatea lingourilor.

Datorită caracteristicilor substanței - reacții cu oxigenul, azotul și absorbția gazelor, producerea tuturor aliajelor de titan este posibilă și numai în cuptoarele cu vid cu arc electric.

Citiți mai jos despre Rusia și alte țări producătoare de titan.

Producători populari

Piața producției de titan este destul de închisă. De regulă, țările care produc cantități mari de metal sunt ele însele consumatori ale acestuia.

În Rusia, cea mai mare și poate singura companie implicată în producția de titan este VSMPO-Avisma. Este considerat cel mai mare producător de metal, dar acest lucru nu este în întregime adevărat. Compania produce o cincime din titan, dar consumul global arată diferit: aproximativ 5% este cheltuit pe produse și prepararea aliajelor, iar 95% este cheltuit pentru producerea dioxidului.

Deci, producția de titan în lume în funcție de țară:

• Principala țară producătoare este China. Țara are rezerve maxime de minereuri de titan. Dintre cele 18 fabrici cunoscute de burete de titan, 9 sunt situate în China.
• Japonia ocupă locul al doilea. Interesant este că doar 2-3% din metal este cheltuit în sectorul aerospațial din țară, în timp ce restul este folosit în industria chimică.
• Locul trei în lume în producția de titan este ocupat de Rusia și de numeroasele sale fabrici. Apoi vine Kazahstanul.
• SUA, următoarea țară producătoare de pe listă, consumă titan în mod tradițional: 60–75% din titan este folosit de industria aerospațială.

Producția de titan este un proces complex din punct de vedere tehnologic, costisitor și consumator de timp. Cu toate acestea, cererea pentru acest material este atât de mare încât se prevede o creștere semnificativă a topirii metalelor.

Acest videoclip vă va spune cum este tăiat titanul la una dintre unitățile de producție din Rusia:

Monumentul în onoarea exploratorilor spațiului a fost ridicat la Moscova în 1964. Aproape șapte ani (1958-1964) au fost petrecuți pentru proiectarea și construcția acestui obelisc. Autorii au trebuit să rezolve nu numai probleme de arhitectură și artistice, ci și probleme tehnice. Prima dintre acestea a fost alegerea materialelor, inclusiv a fațatului. După multe experimente, ne-am așezat pe foi de titan lustruite până la strălucire.

Într-adevăr, în multe caracteristici, și mai ales în rezistența la coroziune, titanul este superior marii majorități a metalelor și aliajelor. Uneori (mai ales în literatura populară) titanul este numit metalul etern. Dar să vorbim mai întâi despre istoria acestui element.

Oxidat sau neoxidat?

Până în 1795, elementul nr. 22 a fost numit „menakin”. Așa a fost numit în 1791 de chimistul și mineralogul englez William Gregor, care a descoperit un nou element în mineralul menacanit (nu căutați acest nume în cărțile de referință mineralogice moderne - menacanitul a fost și el redenumit, acum se numește ilmenit ).

La patru ani de la descoperirea lui Gregor, chimistul german Martin Klaproth a descoperit un nou element chimic într-un alt mineral - rutil - și l-a numit titan în onoarea reginei elfilor Titania (mitologia germană).

Potrivit unei alte versiuni, numele elementului provine de la Titani, puternicii fii ai zeiței pământului Gaia (mitologia greacă).

În 1797, s-a dovedit că Gregor și Klaproth au descoperit același element și, deși Gregor o făcuse mai devreme, numele dat de Klaproth a fost stabilit pentru noul element.

Dar nici Gregor, nici Klaproth nu au reușit să obțină elementalul titan. Pulberea cristalină albă pe care au izolat-o a fost dioxid de titan TiO2. Multă vreme, niciunul dintre chimiști nu a reușit să reducă acest oxid și să izoleze metalul pur din el.

În 1823, omul de știință englez W. Wollaston a raportat că cristalele pe care le-a descoperit în zgura metalurgică a uzinei Merthyr Tydfil nu erau altceva decât titan pur. Și 33 de ani mai târziu, celebrul chimist german F. Wöhler a demonstrat că aceste cristale erau din nou un compus de titan, de data aceasta o carbonitrură asemănătoare metalului.

Timp de mulți ani s-a crezut că metalul titanul a fost obținut pentru prima dată de Berzelius în 1825.în reducerea fluorotitanatului de potasiu cu sodiu metalic. Cu toate acestea, astăzi, comparând proprietățile titanului și produsul obținut de Berzelius, se poate argumenta că președintele Academiei Suedeze de Științe s-a înșelat, deoarece titabnumul pur se dizolvă rapid în acid fluorhidric (spre deosebire de mulți alți acizi), iar Berzelius' titanul metalic a rezistat cu succes acțiunii sale.

De fapt, Ti a fost obținut pentru prima dată abia în 1875 de omul de știință rus D.K. Rezultatele acestei lucrări au fost publicate în broșura sa „Research on Titanium”. Dar munca puțin cunoscutului om de știință rus a trecut neobservată. Alți 12 ani mai târziu, un produs destul de pur - aproximativ 95% titan - a fost obținut de compatrioții lui Berzelius, celebrii chimiști L. Nilsson și O. Peterson, care au redus tetraclorura de titan cu sodiu metalic într-o bombă ermetică de oțel.

În 1895, chimistul francez A. Moissan, reducând dioxidul de titan cu carbon într-un cuptor cu arc și supunând materialul rezultat la dublă rafinare, a obținut titan care conținea doar 2% impurități, în principal carbon. În cele din urmă, în 1910, chimistul american M. Hunter, după ce a îmbunătățit metoda lui Nilsson și Peterson, a reușit să obțină câteva grame de titan cu o puritate de aproximativ 99%. De aceea, în majoritatea cărților, prioritatea pentru obținerea titanului metalic este atribuită lui Hunter, și nu lui Kirillov, Nilsson sau Moissan.

Cu toate acestea, nici Hunter, nici contemporanii săi nu au prezis un viitor mare pentru titan. Doar câteva zecimi de procente de impurități erau conținute în metal, dar aceste impurități făceau titanul fragil, fragil și nepotrivit pentru prelucrare. Prin urmare, unii compuși de titan au găsit aplicație mai devreme decât metalul în sine. Tetraclorura de Ti, de exemplu, a fost utilizată pe scară largă în Primul Război Mondial pentru a crea ecrane de fum.

Nr. 22 în medicină

În 1908, în SUA și Norvegia, producția de alb a început nu din compuși de plumb și zinc, așa cum se făcea înainte, ci din dioxid de titan. Cu un astfel de alb, puteți picta suprafețe de câteva ori mai mari decât cu aceeași cantitate de alb de plumb sau zinc. În plus, albul de titan are o reflectivitate mai mare, nu este otrăvitor și nu se întunecă sub influența hidrogenului sulfurat. Literatura medicală descrie un caz în care o persoană „a luat” 460 g de dioxid de titan la un moment dat! (Mă întreb cu ce a confundat-o?) „Iubitorul” de dioxid de titan nu a experimentat nicio senzație dureroasă. TiO 2 este inclus în unele medicamente, în special în unguente împotriva bolilor de piele.

Cu toate acestea, nu medicamentul, ci industria vopselelor și lacurilor este cea care consumă cele mai mari cantități de TiO2. Producția mondială a acestui compus a depășit cu mult jumătate de milion de tone pe an. Emailurile pe bază de dioxid de titan sunt utilizate pe scară largă ca acoperiri de protecție și decorative pentru metal și lemn în construcții navale, construcții și inginerie mecanică. Durata de viață a structurilor și pieselor este crescută semnificativ. Albul de titan este folosit pentru a colora țesăturile, pielea și alte materiale.

Ti in industrie

Dioxidul de titan face parte din masele de porțelan, sticlele refractare și materialele ceramice cu constantă dielectrică ridicată. Ca umplutură care mărește rezistența și rezistența la căldură, este introdus în compușii de cauciuc. Cu toate acestea, toate avantajele compușilor de titan par nesemnificative pe fondul proprietăților unice ale metalului de titan pur.

Titan elementar

În 1925, oamenii de știință olandezi van Arkel și de Boer au obținut titan de înaltă puritate - 99,9% folosind metoda iodurii (mai multe despre aceasta mai jos). Spre deosebire de titanul obținut de Hunter, acesta avea ductilitate: putea fi forjat la rece, rulat în foi, bandă, sârmă și chiar cea mai subțire folie. Dar asta nici măcar nu este principalul lucru. Studiile asupra proprietăților fizico-chimice ale titanului metalic au condus la rezultate aproape fantastice. S-a dovedit, de exemplu, că titanul, fiind aproape de două ori mai ușor decât fierul (densitatea titanului 4,5 g/cm3), este superioară ca rezistență multor oțeluri. Comparația cu aluminiul s-a dovedit, de asemenea, a fi în favoarea titanului: titanul este de doar o dată și jumătate mai greu decât aluminiul, dar este de șase ori mai puternic și, ceea ce este deosebit de important, își păstrează rezistența la temperaturi de până la 500°C ( și cu adăugarea de elemente de aliere - până la 650°C), în timp ce rezistența aliajelor de aluminiu și magneziu scade brusc deja la 300°C.

Titanul are și o duritate semnificativă: este de 12 ori mai dur decât aluminiul, de 4 ori mai dur decât fierul și cuprul. O altă caracteristică importantă a unui metal este limita sa de curgere. Cu cât este mai mare, cu atât piesele din acest metal rezistă mai bine la sarcinile operaționale, cu atât își păstrează mai mult formele și dimensiunile. Limita de curgere a titanului este de aproape 18 ori mai mare decât cea a aluminiului.

Spre deosebire de majoritatea metalelor, titanul are o rezistență electrică semnificativă: dacă conductivitatea electrică a argintului este considerată 100, atunci conductivitatea electrică a cuprului este de 94, aluminiu - 60, fier și platină - 15 și titan - doar 3,8. Nu este deloc necesar să explicăm că această proprietate, la fel ca nonmagnetismul titanului, este de interes pentru electronica radio și ingineria electrică.

Rezistența la coroziune a titanului este remarcabilă. După 10 ani de expunere la apa de mare, pe placa acestui metal nu au apărut urme de coroziune. Rotoarele elicopterelor grele moderne sunt fabricate din aliaje de titan. Cârmele, eleronoanele și unele alte părți critice ale aeronavelor supersonice sunt, de asemenea, fabricate din aceste aliaje. În multe fabrici chimice de astăzi puteți găsi aparate și coloane întregi din titan.

Cum se obține titan

Prețul este un alt lucru care încetinește producția și consumul de titan. De fapt, costul ridicat nu este un defect inerent al titanului. Există o mulțime de ea în scoarța terestră - 0,63%. Prețul încă ridicat al titanului este o consecință a dificultății de extracție a acestuia din minereuri. Se explică prin afinitatea ridicată a titanului pentru multe elemente și prin puterea legăturilor chimice din compușii săi naturali. De aici și complexitatea tehnologiei. Așa arată metoda magneziu-termică pentru producția de titan, dezvoltată în 1940 de omul de știință american V. Kroll.

Dioxidul de titan este transformat în tetraclorură de titan folosind clor (în prezența carbonului):

HO2 + C + 2CI2 → HCI4 + CO2.

Procesul are loc în cuptoare electrice cu arbore la 800-1250°C. O altă opțiune este clorarea sărurilor de metale alcaline NaCl și KCl într-o topitură. Următoarea operație (la fel de importantă și laborioasă) - purificarea TiCl 4 de impurități - se realizează folosind diferite metode și substanțe. Tetraclorura de titan în condiții normale este un lichid cu un punct de fierbere de 136°C.

Este mai ușor să rupeți legătura dintre titan și clor decât cu oxigen. Acest lucru se poate face folosind magneziu prin reacție

TiCl4 + 2Mg → T + 2MgCl2.

Această reacție are loc în reactoare din oțel la 900°C. Rezultatul este un așa-numit burete de titan impregnat cu magneziu și clorură de magneziu. Ele sunt evaporate într-un aparat de vid sigilat la 950°C, iar buretele de titan este apoi sinterizat sau topit într-un metal compact.

Metoda termică cu sodiu pentru producerea titanului metalic nu este, în principiu, foarte diferită de metoda termică cu magneziu. Aceste două metode sunt cele mai utilizate în industrie. Pentru a obține titan mai pur, se mai folosește metoda iodurii propusă de van Arkel și de Boer. Buretele de titan metalotermic este transformat în iodură de TiI 4, care este apoi sublimată în vid. Pe drum, vaporii de iodură de titap întâlnesc sârmă de titan încălzită la 1400°C. În acest caz, iodura se descompune, iar pe fir crește un strat de titan pur. Această metodă de producție a titanului este cu productivitate scăzută și costisitoare, așa că este utilizată în industrie într-o măsură extrem de limitată.

În ciuda forței de muncă și a intensității energetice a producției de titan, acesta a devenit deja unul dintre cele mai importante subsectoare ale metalurgiei neferoase. Producția globală de titan se dezvoltă într-un ritm foarte rapid. Acest lucru poate fi judecat chiar și din informațiile fragmentare care ajung în tipărire.

Se știe că în 1948 au fost topite în lume doar 2 tone de titan, iar 9 ani mai târziu - deja 20 de mii de tone. Aceasta înseamnă că în 1957 au fost produse 20 de mii de tone de titan în toate țările, iar în 1980 doar SUA au consumat. . 24,4 mii de tone de titan... Până de curând, se pare, titanul era numit un metal rar - acum este cel mai important material structural. Acest lucru poate fi explicat printr-un singur lucru: o combinație rară de proprietăți utile ale elementului nr. 22. Și, firește, nevoile tehnologiei.

Rolul titanului ca material structural, baza aliajelor de înaltă rezistență pentru aviație, construcții navale și rachete, crește rapid. În aliaje este folosit cea mai mare parte a titanului topit în lume. Un aliaj larg cunoscut pentru industria aviației, constând din 90% titan, 6% aluminiu și 4% vanadiu. În 1976, în presa americană au apărut rapoarte despre un nou aliaj cu același scop: 85% titan, 10% vanadiu, 3% aluminiu și 2% fier. Ei susțin că acest aliaj nu este doar mai bun, ci și mai economic.

În general, aliajele de titan includ multe elemente, inclusiv platină și paladiu. Acestea din urmă (în cantitate de 0,1-0,2%) măresc rezistența chimică deja ridicată a aliajelor de titan.

Rezistența titanului este, de asemenea, crescută de „aditivi de aliere”, cum ar fi azotul și oxigenul. Dar, împreună cu rezistența, ele măresc duritatea și, cel mai important, fragilitatea titanului, astfel încât conținutul lor este strict reglementat: nu sunt permise mai mult de 0,15% oxigen și 0,05% azot în aliaj.

În ciuda faptului că titanul este scump, înlocuirea lui cu materiale mai ieftine se dovedește, în multe cazuri, a fi rentabilă. Iată un exemplu tipic. Corpul unui aparat chimic din oțel inoxidabil costă 150 de ruble, iar unul din aliaj de titan costă 600 de ruble. Dar, în același timp, un reactor din oțel durează doar 6 luni, iar unul din titan - 10 ani. Adăugați costurile de înlocuire a reactoarelor din oțel și timpul de oprire forțată a echipamentelor - și devine evident că utilizarea titanului scump poate fi mai profitabilă decât oțelul.

Metalurgia folosește cantități semnificative de titan. Există sute de clase de oțel și alte aliaje care conțin titan ca aditiv de aliere. Este introdus pentru a îmbunătăți structura metalelor, pentru a crește rezistența și rezistența la coroziune.

Unele reacții nucleare trebuie să aibă loc în vid aproape absolut. Folosind pompe de mercur, vidul poate fi adus la câteva miliarde de atmosferă. Dar acest lucru nu este suficient, iar pompele cu mercur sunt incapabile de mai mult. Pomparea suplimentară a aerului este efectuată de pompe speciale din titan. În plus, pentru a obține un vid și mai mare, titanul fin dispersat este pulverizat pe suprafața interioară a camerei în care au loc reacțiile.

Titanul este adesea numit metalul viitorului. Faptele pe care știința și tehnologia le au deja la dispoziție ne convinge că acest lucru nu este în întregime adevărat - titanul a devenit deja metalul prezentului.

Perovskit și sfenă. Ilmenit - metatitanat de fier FeTiO 3 - contine 52,65% TiO 2. Numele acestui mineral se datorează faptului că a fost găsit în Urali din Munții Ilmen. Cei mai mari plasători de nisipuri ilmenite se găsesc în India. Un alt mineral important, rutilul este dioxidul de titan. Titanomagnetitele, un amestec natural de ilmenit cu minerale de fier, sunt, de asemenea, de importanță industrială. Există zăcăminte bogate de minereuri de titan în URSS, SUA, India, Norvegia, Canada, Australia și alte țări. Nu cu mult timp în urmă, geologii au descoperit un nou mineral care conținea titan în regiunea Baikal de Nord, care a fost numit landauite în onoarea fizicianului sovietic academician L. D. Landau. În total, peste 150 de zăcăminte semnificative de minereu și placer de titan sunt cunoscute pe tot globul.

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.

Ca 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. Rezistența la căldură este păstrarea majorității proprietăților mecanice ale aliajului în circumstanțe „de foc”. Adică, cu titan, caracteristicile de performanță ale pieselor 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.

Deci, 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 reprezentanții industriei ușoare, ci și specialiștii din domeniul 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 cu 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 pentru obținerea 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 de vid cu adăugarea de.

Dacă lucrați cu dioxid de titan, i se adaugă magneziu și clor. Amestecul este încălzit în cuptoare cu vid. Se ridică temperatura 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 este 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 este vândut și sub formă de sârmă și diferite piese, de exemplu, țevi. Sunt mult mai ieftine decât prețurile 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.

Cele mai semnificative pentru economia națională au fost și rămân aliajele și metalele 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, a fost posibil să se izoleze metalul cu adevărat pur doar 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

folosit acolo unde este nevoie de un material care poate funcționa sub sarcini foarte mari și temperaturi ridicate, dar este și ușor. Aceasta, desigur, este inginerie aeronautică și rachetă.

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 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. În ceea ce privește activitatea chimică, 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 provoacă un coeficient foarte scăzut de dilatare termică.

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 anti-fricțiune 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 cu 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 face munca metalurgistului foarte dificilă. 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, cărbune și încălzită 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. Un curent electric este furnizat printr-un fir de titan întins într-o retortă, pe care se depune o substanță 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 pe 1 kg este foarte mare: în funcție de gradul de puritate, metalul costă de la 25 USD la 40 USD per 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 considerăm 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 acid;
• 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.

Titanul este un material structural de cea mai mare rezistență, cu o astfel de ușurință și ductilitate. Aceste calități unice îi conferă un rol din ce în ce mai important în economia națională.

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

Reveni