Co to jest tytan?
Nieruchomości
- Symbol atomu: Ti
- Liczba atomowa: 22
- Kategoria elementu: Metal przejściowy
- Gęstość: 4,506 / cm3
- Temperatura topnienia: 3034 ° F (1668 ° C)
- Temperatura wrzenia: 5949 ° F (3287 ° C)
- Twardość Mohma: 6
Charakterystyka
Stopy zawierające tytan znane są z wysokiej wytrzymałości, lekkości i wyjątkowej odporności na korozję .
Pomimo tego, że jest tak wytrzymały jak stal, tytan jest o około 40% lżejszy, co wraz z jego odpornością na kawitację i erozję czyni go niezbędnym metalem konstrukcyjnym dla inżynierów z branży lotniczej.
Tytan ma również wysoką odporność na korozję zarówno w środowisku wodnym, jak i chemicznym. Czyni to, tworząc na swojej powierzchni cienką warstwę dwutlenku tytanu (TiO2), która jest niezwykle trudna do penetracji tych materiałów.
Posiadanie niskiego modułu sprężystości oznacza, że tytan nie jest również bardzo elastyczny, ale po zgięciu powraca do swojego oryginalnego kształtu, co powoduje, że ma duże znaczenie dla kształtowania stopów pamięci.
Tytan jest niemagnetyczny i biokompatybilny (nietoksyczny, nie uczulający), co doprowadziło do jego rosnącego zastosowania w medycynie.
Historia
Użycie metalu tytanu, w jakiejkolwiek formie, naprawdę rozwinęło się dopiero po II wojnie światowej.
W rzeczywistości tytan nie został wyizolowany jako metal, dopóki amerykański chemik Matthew Hunter nie wyprodukował go przez redukcję tetrachlorku tytanu (TiCl4) za pomocą sodu w 1910 r .; Metoda znana obecnie jako proces Huntera.
Produkcja komercyjna nastąpiła jednak dopiero po tym, jak William Justin Kroll wykazał, że tytan może być również zredukowany z chlorków za pomocą magnezu w latach 30. XX wieku.
Proces Kroll pozostaje najważniejszą komercyjną metodą produkcji do dnia dzisiejszego.
Po opracowaniu opłacalnej metody produkcji, pierwszym ważnym zastosowaniem tytanu były samoloty wojskowe. Zarówno radzieckie, jak i amerykańskie samoloty wojskowe i okręty podwodne (np. Sowieckie okręty podwodne klasy Alfa i Mike oraz amerykańskie F100 Super Saber i Lockheed A-12) zaprojektowane w latach 50. i 60. zaczęły wykorzystywać stopy tytanu. Na początku lat 60. stopami tytanu zaczęli korzystać także komercyjni producenci samolotów.
Dziedzina medyczna, w szczególności implanty dentystyczne i protetyka, obudziły się w przydatności tytanu po szwedzkich badaniach lekarskich Per-Ingvara Brånemarka z lat 50. ubiegłego wieku pokazały, że tytan nie wywołuje negatywnej odpowiedzi immunologicznej u ludzi, pozwalając metalowi zintegrować się z naszym ciałem w procesie, który określany jako osseointegracja .
Produkcja
Chociaż tytan jest czwartym najczęściej występującym pierwiastkiem metalicznym w skorupie ziemskiej (za aluminium , żelazem i magnezem), produkcja tytanu metalicznego jest niezwykle wrażliwa na zanieczyszczenia, szczególnie przez tlen, który odpowiada za stosunkowo niedawny rozwój i wysoki koszt.
Głównymi rudami stosowanymi w pierwotnej produkcji tytanu są ilmenit, który stanowi około 90% produkcji, i rutylu, co stanowi pozostałe 10%.
Około 6,3 miliona ton koncentratu mineralnego tytanu wyprodukowano w 2010 roku, chociaż tylko niewielka część (około 5%) koncentratu tytanu wytwarzanego każdego roku ostatecznie kończy się na tytanie metalu. Zamiast tego większość wykorzystuje się do produkcji dwutlenku tytanu (TiO2), pigmentu wybielającego stosowanego w farbach, żywności, lekach i kosmetykach.
W pierwszym etapie procesu Kroll ruda tytanu jest kruszona i ogrzewana węglem koksującym w atmosferze chloru, z wytworzeniem tetrachlorku tytanu (TiCl4). Chlor jest następnie wychwytywany i przesyłany przez skraplacz, który wytwarza chlorek tytanu, który jest w 99% czysty.
Tetrachlorek tytanu jest następnie przesyłany bezpośrednio do naczyń zawierających stopiony magnez. Aby uniknąć zanieczyszczenia tlenem, czyni się to obojętnym przez dodanie gazu argonowego.
Podczas następującego potem procesu destylacji, który może trwać kilka dni, naczynie ogrzewa się do 1832 ° F (1000 ° C). Magnez reaguje z chlorkiem tytanu, odpędzając chlorek i produkując elementarny chlorek tytanu i magnezu.
Wytworzony w rezultacie włóknisty tytan nazywa się gąbką tytanową. Aby wytworzyć stopy tytanu i wlewki tytanowe o wysokiej czystości, gąbkę tytanową można stopić różnymi pierwiastkami stopowymi, stosując wiązkę elektronów, łuk plazmowy lub topienie próżniowe.
W nadziei na obniżenie kosztów wydobycia tytanu, elektrolityczne i inne procesy produkcji tytanu metalowego nadal są aktywnie badane.
Ze względu na swój strategiczny charakter statystyki dotyczące produkcji tytanu mogą być trudne do zdobycia. Szacuje się jednak, że całkowita światowa produkcja gąbek tytanowych wyniosła w 2010 roku około 150 000 ton. Największe kraje produkujące to Chiny, Japonia, Rosja, Kazachstan i Stany Zjednoczone. Producenci dużych gąbek tytanowych to VSMPO (Rosja), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (USA), Fushun Jinming Titanium Industry (Chiny), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (Chiny) i Osaka Titanium Technology Co. (Japonia).
Aplikacje
Tytanowe stopy metali są stosowane przede wszystkim w następujących branżach:
- Przemysł lotniczy
- Wojskowy
- Medyczny
- Chemiczny
- Artykuły sportowe
W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci producenci samolotów coraz częściej zwracali się ku tytanu jako kluczowemu elementowi konstrukcyjnemu. Od pierwszych zastosowań na początku lat 60. średnia zawartość tytanu w komercyjnych liniach lotniczych Boeing wzrosła z około 2% masy ciała do około 15%. Jeszcze...
Źródła
> Wideo TIMET: proces Kroll. Dostępne na stronie International Titanium Association: http://www.titanium.org
US Geological Survey: Titanium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
Vulcan, Tom. 2010. Tytan: Metal bogów . Hardassetinvestor.com.
> Obserwuj Terence w Google+