Prelucrare de titan

Prelucrarea titanului, extragerea titanului din minereurile sale și prepararea aliajelor de titan sau a compușilor pentru utilizare în diverse produse.

Titanul (Ti) este un metal moale, ductil, argintiu, cu un punct de topire de 1.675 ° C (3.047 ° F). Datorită formării pe suprafața sa a unui film de oxid relativ inert din punct de vedere chimic, are o rezistență excelentă la coroziune în majoritatea mediilor naturale. În plus, este ușor în greutate, cu o densitate (4,51 grame pe centimetru cub) la jumătatea distanței dintre aluminiu și fier. Combinația sa de densitate scăzută și rezistență ridicată îi conferă raportul rezistență-greutate cel mai eficient al metalelor comune pentru temperaturi de până la 600 ° C (1.100 ° F).

Deoarece diametrul său atomic este similar cu multe metale comune, cum ar fi aluminiu, fier, staniu și vanadiu, titanul poate fi ușor aliat pentru a-și îmbunătăți proprietățile. Ca și fierul, metalul poate exista sub două forme cristaline: ambalaj hexagonal închis (CP) sub 883 ° C (1.621 ° F) și cubic centrat pe corp (bcc) la temperaturi mai ridicate până la punctul său de topire. Acest comportament alotrop și capacitatea de aliere cu multe elemente duc la aliaje de titan care au o gamă largă de proprietăți mecanice și rezistente la coroziune.

Deși minereurile de titan sunt abundente, reactivitatea ridicată a metalului cu oxigenul, azotul și hidrogenul din aer la temperaturi ridicate necesită procese de producție și fabricare complicate și, prin urmare, costisitoare.

Istorie

Minereul de titan a fost descoperit pentru prima dată în 1791 în nisipurile de plajă din Cornish, de către un cleric englez, William Gregor. Identificarea efectivă a oxidului a fost făcută câțiva ani mai târziu de un chimist german, MH Klaproth. Klaproth a dat componentului metalic al acestui oxid numele de titan, după titani, uriașii mitologiei grecești.

Titanul metal pur a fost produs pentru prima dată în 1906 sau 1910 de către MA Hunter la Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, New York, SUA) în cooperare cu General Electric Company. Acești cercetători au crezut că titanul avea un punct de topire de 6.000 ° C (10.800 ° F) și, prin urmare, a fost un candidat pentru filamente cu lampă cu incandescență, dar, atunci când Hunter a produs un metal cu un punct de topire mai aproape de 1.800 ° C (3.300 ° F), efortul a fost abandonat. Cu toate acestea, Hunter a indicat că metalul are o oarecare ductilitate, iar metoda lui de a-l produce prin reacția tetraclorurii de titan (TiCl ₄) cu sodiu sub vid a fost ulterior comercializată și este cunoscut acum sub numele de procedeul Hunter. Metalul cu o ductilitate semnificativă a fost produs în 1925 de oamenii de știință olandezi AE van Arkel și JH de Boer, care au disociat tetraiodida de titan pe un filament fierbinte într-un bec de sticlă evacuat.

În 1932, William J. Kroll din Luxemburg a produs cantități semnificative de titan ductil prin combinarea TiCl ₄ cu calciu. Până în 1938, Kroll producea 20 de kilograme (50 de kilograme) de titan și era convins că avea proprietăți excelente de coroziune și rezistență. La începutul celui de-al Doilea Război Mondial a fugit din Europa și și-a continuat activitatea în Statele Unite la Union Carbide Company și mai târziu la Biroul Minelor din SUA. Până în acest moment, el a schimbat agentul de reducere de la calciu în magneziu metal. Kroll este acum recunoscut drept tatăl industriei moderne de titan, iar procesul Kroll este baza pentru cea mai mare producție actuală de titan.

Un studiu al Forțelor Aeriene din SUA, realizat în 1946, a concluzionat că aliajele pe bază de titan erau materiale de inginerie cu o potențial mare importanță, deoarece nevoia emergentă de raporturi de rezistență la greutate mai mari în structurile și motoarele aeronavei cu jet nu putea fi satisfăcută eficient de oțel sau aluminiu.. Drept urmare, Departamentul Apărării a oferit stimulente de producție pentru a începe industria titanului în 1950. O capacitate industrială similară a fost fondată în Japonia, URSS și Regatul Unit. După ce acest impuls a fost furnizat de industria aerospațială, disponibilitatea gata a metalului a dat naștere oportunităților pentru noi aplicații pe alte piețe, cum ar fi prelucrarea chimică, medicamente, generarea de energie și tratarea deșeurilor.

minereurile

Titanul este al patrulea cel mai abundent metal structural de pe Pământ, depășit doar de aluminiu, fier și magneziu. Depozitele minerale lucrabile sunt dispersate în întreaga lume și includ situri din Australia, Statele Unite, Canada, Africa de Sud, Sierra Leone, Ucraina, Rusia, Norvegia, Malaezia și alte câteva țări.

Mineralele predomină sunt rutil, care este de aproximativ 95 de procente de dioxid de titan (TiO ₂) și ilmenit (FeTiO ₃), care conține 50 până la 65 procente TiO ₂. Un al treilea mineral, leucoxenul, este o alterare a ilmenitului din care o parte din fier a fost lipită în mod natural. Nu are conținut specific de titan. Mineralele de titan apar în formațiuni aluviale și vulcanice. Depozitele conțin, de obicei, între 3 și 12 procente de minerale grele, constând din ilmenit, rutil, leucoxen, zircon și monazit.