Taljenje titana

Sirovina za proizvodnju metalnog titana je uglavnom rutil, koji sadrži više od 96% TiO2. Nedostatak zemalja s rutilnom rudom, poput Sovjetskog Saveza, korištenje ilmenita izrađenog od "troske s visokim sadržajem titana", koja sadrži oko 90% TiO2. Posljednjih godina, zbog cijene prirodnog rutila i sve manjih rezervi, zemlje su sklone korištenju ilmenita izrađenog od materijala bogatih titanom, odnosno troske s visokim sadržajem titana i umjetnog rutila.

Titan je otkriven 1791. godine, ali prvi put je čisti titan napravljen 1910. godine, sredinom više od sto godina. Razlog je: titan je vrlo aktivan na visokim temperaturama, lako se spaja s kisikom, dušikom, ugljikom i drugim elementima, za ekstrakciju čistog titana potrebni su vrlo surovi uvjeti.

Industrija se obično koristi sumpornom kiselinom razgradnjom ilmenita titan dioksida, titan dioksida iz titana metalnog titana. Obradom mljevenog ilmenita (koncentrata) koncentriranom sumpornom kiselinom dolazi do sljedeće kemijske reakcije:

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

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

FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

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

Kako bi se uklonila nečistoća Fe2(SO4)3, dodaju se strugotine željeza i Fe3+ se reducira u Fe2+, zatim se otopina ohladi na ispod 273K, dopuštajući FeSO4-7H2O (zelena stipsa) kristalizirati kao nusprodukt.

Hidroliza Ti(SO4)2 i TiOSO4 istaložila je bijeli talog metatitanata, reakcija je bila:

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

TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

Titanijev dioksid se proizvodi kovanjem metatitanske kiseline:

H2TiO3 == TiO2+H2O

Industrijska proizvodnja metalnog titana korištenjem metode termičke redukcije metala za redukciju titan tetraklorida. Mješavina TiO2 (ili prirodnog rutila) i praha drvenog ugljena zagrijana na 1000 ~ 1100 K, kloriranje i stvaranje TiCl4, kondenzacija pare.

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-

Redukcija TiCl4 rastaljenim magnezijem u argonu pri 1070 K daje poroznu titanovu spužvu:

TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti

Ova titanska spužva se drobi, topi u vakuumskoj lučnoj peći i na kraju se izrađuje u razne titanske materijale.

Također je moguće reagirati: Ti+2I2=TiI4

Dobiveni TiI4 se razgrađuje na visokoj temperaturi (oko 1250 stupnjeva):

DoI4=Ti+2I2

To rezultira šipkama od čistog titana.

Svojstva i uporaba titana i titanovih legura

Čisti titan je srebrno-bijeli metal koji ima mnoga izvrsna svojstva. Gustoća titana je 4,54g/cm3, 43% lakši od čelika, a nešto teži od prestižnog lakog metala magnezija. Mehanička čvrstoća slična je čeliku, dvostruko veća od aluminija, pet puta veća od magnezija. Titan je otporan na visoke temperature, talište je 1942K, gotovo 1000K više od zlata, gotovo 500K više od čelika.

Titan pripada aktivnijim kemijskim svojstvima metala. Kada se zagrijava s O2, N2, H2, S i halogenima i drugim nemetalnim ulogama. Ali na sobnoj temperaturi, površina titana je lako stvoriti vrlo tanak sloj gustog oksidnog zaštitnog filma, može se oduprijeti ulozi jakih kiselina, pa čak i aqua regia, pokazujući jaku otpornost na koroziju. Stoga, opći metal u otopini kiseline, lužine, soli postaje pun rupa, a titan je siguran i zdrav.

Tekući titan može otopiti gotovo sve metale, tako da može tvoriti legure s raznim metalima. Titan se dodaje čeliku kako bi se dobio titanski čelik, koji je čvrst i fleksibilan. Titan i metal Al, Sb, Be, Cr, Fe, itd. za stvaranje spojeva za popunjavanje praznina ili intermetalnih spojeva.

Legure titana izrađene od zrakoplova od drugih metala izrađene od iste težine zrakoplova više od 100 putnika. Izrađena od podmornica, otporna na koroziju u morskoj vodi, ali i otpornost na duboki pritisak, dubina ronjenja veća je od podmornica od nehrđajućeg čelika za 80%. U isto vrijeme, titan je nemagnetičan, neće ga pronaći mine, ima vrlo dobru ulogu protiv čuvara.

Titan ima "probiotički" spol. U ljudskom tijelu može se oduprijeti koroziji sekreta i nije otrovan, a prilagodljiv je bilo kojoj metodi sterilizacije. Stoga se široko koristi u proizvodnji medicinske opreme, proizvodnji umjetnih zglobova kuka, koljena, ramena, zglobova, prisilnih zglobova, lubanje, aktivnih srčanih zalistaka, kopči za fiksiranje kostiju. Kada se novi prsten mišićnih vlakana omotao ovim "titanskim kostima", te su titanske kosti počele održavati normalne aktivnosti ljudskog tijela.

Titan je široko rasprostranjen u ljudskom tijelu, a normalan sadržaj u ljudskom tijelu nije veći od 15 mg na 70 kg tjelesne težine, a njegova je uloga još uvijek nejasna. Međutim, titan može stimulirati fagocite, tako da je uloga imuniteta potvrđena.

Spojevi titana i uporaba

Važni spojevi titana uključuju: titanijev dioksid (TiO2), titanijev tetraklorid (TiCl4) i barijev metatitanat (BaTiO3).

Čisti titanov dioksid je bijeli prah, odličan je bijeli pigment, trgovački naziv "titanov dioksid". Ima i pokrivnu sposobnost olovnog bijelog (PbCO3) i dugotrajnu učinak cinkovog bijelog (ZnO). Stoga ljudi često dodaju titanijev dioksid u boju, izrađenu od visokokvalitetne bijele boje; u papirnoj industriji kao punilo koje se dodaje papirnoj lopatici; tekstilnoj industriji kao sredstvo za matiranje umjetnih vlakana.

U tekstilnoj industriji kao sredstvo za matiranje umjetnih vlakana; u industriji stakla, keramike, emajla kao dodatak za poboljšanje učinkovitosti; koristi se kao katalizator u mnogim kemijskim reakcijama. U kemijskoj industriji danas se sve više razvija, titanov dioksid i titanovi spojevi kao fini kemijski proizvodi imaju visoku dodanu vrijednost, perspektiva je vrlo atraktivna.

Titan tetraklorid je bezbojna tekućina; talište 250K, vrelište 409K, sa sustavom uzbudljivog mirisa. Lako se hidrolizira u vodi ili vlažnom zraku i ispušta puno bijelog dima.

TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl

Stoga se TiCl4 koristi u vojsci kao umjetno sredstvo za dim, kao da se koristi u pomorskom ratovanju. U poljoprivredi ljudi koriste TiCl4 za formiranje gustog maglovitog tla kako bi smanjili gubitak topline iz tla noću i zaštitili povrće i usjeve od štetnosti hladnoće i mraza.

Barijev metatitanat se dobiva zajedničkim taljenjem TiO2 i BaCO3:

TiO2+BaCO3 == BaTiO3 deset CO2-

Umjetno proizvedeni BaTiO3 ima visoku dielektričnu konstantu, napravljen od kondenzatora ima veći kapacitet, što je još važnije, BaTiO3 ima značajna "piezoelektrična svojstva", kristalni tlak će proizvesti struju, snagu i promijeniti će oblik. Ljudi ga stavljaju u ultrazvučni val, pod pritiskom je da proizvede struju, mjerenjem jakosti struje može se izmjeriti ultrazvučna snaga. Gotovo svi ultrazvučni instrumenti moraju ga koristiti. S razvojem i korištenjem titanata, on se sve više i više koristi u proizvodnji nelinearnih komponenti, dielektričnih pojačala, komponenti elektroničke računalne memorije, mikrokondenzatora, materijala za galvanizaciju, zrakoplovnih materijala, jakih magnetskih, poluvodičkih materijala, optičkih instrumenata , reagensi i tako dalje.

Izvrsna svojstva titana, titanovih legura i titanovih spojeva dovela su do hitne potrebe za njima. Međutim, visoka cijena proizvodnje ograničila je njihovu primjenu. Vjerujemo da će u bliskoj budućnosti, uz stalno poboljšanje i poboljšanje tehnologije taljenja titana, primjena titana, titanovih legura i titanovih spojeva biti sve razvijenija.

Proizvodi od titana:

Titan i legure titana iznimno su važni lagani strukturni materijali s vrlo važnom vrijednošću primjene i širokim izgledima za primjenu u zrakoplovstvu, zrakoplovstvu, inženjerstvu vozila, biomedicinskom inženjerstvu i drugim područjima.

Vrste: kanonizacija titana, industrijski čisti titan, titan tipa, titan tipa + -titan