Kim loại titan. Titan (Titan) là nguyên tố titan trong bảng tuần hoàn

Tính chất vật lý và hóa học của titan, sản xuất titan

Việc sử dụng titan ở dạng tinh khiết và ở dạng hợp kim, việc sử dụng titan ở dạng hợp chất, tác dụng sinh lý của titan

Phần 1. Lịch sử và phát hiện trong tự nhiên của titan.

Titan -nó một nguyên tố thuộc phân nhóm phụ của nhóm thứ tư, chu kỳ thứ tư của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học DI Mendeleev, có số hiệu nguyên tử 22. Chất đơn giản titan (số CAS: 7440-32-6) có màu trắng bạc. kim khí. Nó tồn tại ở hai dạng biến đổi tinh thể: α-Ti với mạng tinh thể xếp sát hình lục giác, β-Ti với dạng đóng gói tâm lập phương, nhiệt độ biến đổi đa hình α↔β là 883 ° C. Điểm nóng chảy 1660 ± 20 ° C.

Lịch sử và bản chất của titan

Titan được đặt tên theo các ký tự Hy Lạp cổ đại của các Titan. Nó được đặt tên như vậy bởi nhà hóa học người Đức Martin Klaproth vì lý do riêng của ông ấy, ngược lại người Pháp đã cố gắng đặt tên cho phù hợp với đặc điểm hóa học của nguyên tố, nhưng từ đó tính chất của nguyên tố không được biết đến, tên như vậy là đã chọn.

Titan là 10 nguyên tố theo số lượng của nó trên hành tinh của chúng ta. Lượng titan trong vỏ trái đất bằng 0,57% khối lượng và 0,001 miligam trên 1 lít nước biển. Các mỏ titan nằm trên lãnh thổ của Cộng hòa Nam Phi, Ukraine, Nga, Kazakhstan, Nhật Bản, Australia, Ấn Độ, Ceylon, Brazil và Hàn Quốc.

Theo tính chất vật lý của nó, titan là một kim loại màu bạc nhẹ, ngoài ra nó có đặc điểm là độ nhớt cao trong quá trình gia công và dễ bị dính vào dụng cụ cắt, do đó, người ta sử dụng chất bôi trơn hoặc phun đặc biệt để loại bỏ ảnh hưởng này. Ở nhiệt độ phòng, nó được bao phủ bởi một lớp màng ôxít TiO2, do đó nó có khả năng chống ăn mòn trong hầu hết các môi trường xâm thực, ngoại trừ kiềm. Bụi titan có xu hướng phát nổ, với điểm chớp cháy là 400 ° C. Phào titan rất nguy hiểm khi cháy.

Để sản xuất titan ở dạng tinh khiết hoặc các hợp kim của nó, trong hầu hết các trường hợp, titan đioxit được sử dụng với một số lượng nhỏ các hợp chất có trong nó. Ví dụ, tinh quặng rutil thu được trong quá trình thụ hưởng quặng titan. Nhưng trữ lượng của rutil là rất nhỏ và về mặt này, họ sử dụng cái gọi là rutil tổng hợp hoặc xỉ titan thu được trong quá trình chế biến tinh quặng ilmenit.

Nhà sư 28 tuổi người Anh William Gregor được coi là người phát hiện ra titan. Năm 1790, trong khi tiến hành các cuộc khảo sát về khoáng vật học tại giáo xứ của mình, ông đã thu hút sự chú ý đến sự phổ biến và các đặc tính bất thường của cát đen ở Thung lũng Menacan ở phía tây nam nước Anh và bắt đầu khám phá nó. Trong cát, vị linh mục phát hiện ra những hạt khoáng chất màu đen bóng, được hút bởi một nam châm thông thường. Được Van Arkel và de Boer thu được vào năm 1925 bằng phương pháp iodua, titan tinh khiết nhất hóa ra là một kim loại dễ uốn và có thể xử lý được với nhiều đặc tính quý giá, điều này đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà thiết kế và kỹ sư. Năm 1940, Kroll đề xuất một phương pháp nhiệt magiê để chiết xuất titan từ quặng, phương pháp này vẫn là phương pháp chính cho đến ngày nay. Năm 1947, 45 kg titan tinh khiết thương mại đầu tiên được sản xuất.

Titan có số thứ tự 22 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố của Mendeleev. Khối lượng nguyên tử của titan tự nhiên, được tính từ kết quả nghiên cứu các đồng vị của nó, là 47,926. Vì vậy, hạt nhân của một nguyên tử titan trung hòa chứa 22 proton. Số lượng neutron, tức là, các hạt không tích điện trung hòa, là khác nhau: thường là 26, nhưng nó có thể thay đổi từ 24 đến 28. Do đó, số lượng các đồng vị titan là khác nhau. Tổng cộng, 13 đồng vị của nguyên tố số 22. Hiện nay titan tự nhiên bao gồm một hỗn hợp của năm đồng vị ổn định, đại diện rộng rãi nhất là titan-48, tỷ lệ của nó trong quặng tự nhiên là 73,99%. Titan và các nguyên tố khác của phân nhóm IVB có tính chất rất gần với các nguyên tố của phân nhóm IIIB (nhóm scandium), mặc dù chúng khác với nguyên tố sau ở khả năng thể hiện hóa trị cao. Sự tương tự của titan với scandium, yttrium, cũng như với các nguyên tố thuộc phân nhóm VB - vanadi và niobi, cũng được thể hiện ở chỗ titan thường được tìm thấy trong các khoáng chất tự nhiên cùng với các nguyên tố này. Với các halogen đơn hóa trị (flo, brom, clo và iot), nó có thể tạo thành các hợp chất di-tri- và tetra, với lưu huỳnh và các nguyên tố cùng nhóm của nó (selen, tellurium) - mono- và disulfua, với oxy - oxit, dioxit và trioxit .

Titan cũng tạo thành các hợp chất với hydro (hyđrua), nitơ (nitrua), cacbon (cacbua), phốt pho (photphua), asen (arside), cũng như các hợp chất với nhiều kim loại - hợp chất liên kim. Titan không chỉ tạo thành các hợp chất đơn giản mà còn rất nhiều hợp chất phức tạp; nhiều hợp chất của nó với các chất hữu cơ đã được biết đến. Như có thể thấy từ danh sách các hợp chất mà titan có thể tham gia, nó rất hoạt động về mặt hóa học. Và đồng thời, titan là một trong số ít kim loại có khả năng chống ăn mòn đặc biệt cao: nó thực tế vĩnh cửu trong không khí, trong nước sôi và lạnh, nó rất bền trong nước biển, trong dung dịch của nhiều muối, vô cơ. và các axit hữu cơ. Về khả năng chống ăn mòn trong nước biển, nó vượt qua tất cả các kim loại, ngoại trừ kim loại quý - vàng, bạch kim, v.v., hầu hết các loại thép không gỉ, niken, đồng và các hợp kim khác. Titan nguyên chất không bị ăn mòn trong nước, trong nhiều môi trường ăn mòn. Chống lại sự ăn mòn của titan và xói mòn do sự kết hợp của ứng suất hóa học và cơ học trên kim loại. Về mặt này, nó không thua kém các loại thép không gỉ, hợp kim đồng và các vật liệu cấu trúc khác tốt nhất. Nó chống lại tốt titan và ăn mòn mỏi, thường biểu hiện dưới dạng vi phạm tính toàn vẹn và độ bền của kim loại (nứt, vết ăn mòn cục bộ, v.v.). Hoạt động của titan trong nhiều môi trường xâm thực, chẳng hạn như nitric, hydrochloric, sulfuric, cường thủy và các axit và kiềm khác, gây ra sự ngạc nhiên và ngưỡng mộ cho kim loại này.

Titan là một kim loại chịu lửa cao. Trong một thời gian dài, người ta tin rằng nó nóng chảy ở 1800 ° C, nhưng vào giữa những năm 50. Các nhà khoa học Anh Diardorf và Hayes đã thiết lập điểm nóng chảy cho titan nguyên tố tinh khiết. Nó là 1668 ± 3 ° С Về độ khúc xạ của nó, titan chỉ đứng sau các kim loại như vonfram, tantali, niobi, rheni, molypden, platinoids, zirconium, và trong số các kim loại cấu trúc chính, nó đứng ở vị trí đầu tiên. Tính năng quan trọng nhất của titan như một kim loại là các tính chất vật lý và hóa học độc đáo của nó: mật độ thấp, độ bền cao, độ cứng, v.v. Điều chính là những đặc tính này không thay đổi đáng kể ở nhiệt độ cao.

Titan là một kim loại nhẹ, mật độ của nó ở 0 ° C chỉ là 4,517 g / cm8 và ở 100 ° C - 4,506 g / cm3. Titan thuộc nhóm kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 g / cm3. Điều này bao gồm tất cả các kim loại kiềm (natri, cadi, liti, rubidi, xêzi) với trọng lượng riêng 0,9–1,5 g / cm3, magiê (1,7 g / cm3), nhôm (2,7 g / cm3) và v.v. Titan nhiều hơn Nặng hơn nhôm 1,5 lần, và về điểm này, tất nhiên là thua nó, nhưng nó nhẹ hơn sắt 1,5 lần (7,8 g / cm3). Tuy nhiên, chiếm vị trí trung gian giữa nhôm và sắt về khối lượng riêng, titan về cơ tính lại vượt trội hơn chúng nhiều lần.). Titan có độ cứng đáng kể: cứng hơn nhôm 12 lần, cứng hơn sắt và đồng 4 lần. Một đặc tính quan trọng khác của kim loại là điểm chảy của nó. Càng cao, các bộ phận được làm bằng kim loại này chống lại tải trọng hoạt động càng tốt. Điểm năng suất của titan cao hơn gần 18 lần so với nhôm. Độ bền riêng của hợp kim titan có thể được tăng lên 1,5–2 lần. Tính chất cơ học cao của nó được duy trì tốt ở nhiệt độ lên đến vài trăm độ. Titan nguyên chất thích hợp cho bất kỳ loại gia công nào ở trạng thái nóng và lạnh: nó có thể được rèn như sắt, kéo và thậm chí làm thành dây, cuộn thành tấm, dải, thành lá dày đến 0,01 mm.

Không giống như hầu hết các kim loại, titan có khả năng chịu điện đáng kể: nếu độ dẫn điện của bạc được lấy là 100, thì độ dẫn điện của đồng là 94, nhôm - 60, sắt và bạch kim - 15, và titan - chỉ là 3,8. Titan là một kim loại thuận từ, nó không bị nhiễm từ như sắt trong từ trường, nhưng nó không bị đẩy ra khỏi nó, giống như đồng. Tính cảm từ của nó rất yếu, tính chất này có thể được sử dụng trong xây dựng. Titan có hệ số dẫn nhiệt tương đối thấp, chỉ 22,07 W / (mK), thấp hơn khoảng 3 lần so với độ dẫn nhiệt của sắt, 7 lần so với magiê, 17–20 lần so với nhôm và đồng. Theo đó, hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính của titan thấp hơn so với các vật liệu kết cấu khác: ở 20 C thấp hơn sắt 1,5 lần, đồng thấp hơn 2 lần và nhôm gần 3 lần. Vì vậy, titan là chất dẫn điện và nhiệt kém.

Ngày nay hợp kim titan được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật hàng không. Hợp kim titan lần đầu tiên được sử dụng trên quy mô công nghiệp trong thiết kế động cơ phản lực máy bay. Việc sử dụng titan trong thiết kế động cơ phản lực giúp giảm trọng lượng của chúng từ 10 ... 25%. Đặc biệt, hợp kim titan được sử dụng để chế tạo đĩa và cánh máy nén, các bộ phận của cửa nạp khí, cánh gạt dẫn hướng và ốc vít. Hợp kim titan không thể thiếu đối với máy bay siêu thanh. Việc máy bay tăng tốc độ bay dẫn đến nhiệt độ da tăng lên, do đó hợp kim nhôm không còn đáp ứng được các yêu cầu của công nghệ hàng không ở tốc độ siêu thanh. Trong trường hợp này, nhiệt độ vỏ bọc đạt đến 246 ... 316 ° С. Trong những điều kiện này, hợp kim titan trở thành vật liệu được chấp nhận nhiều nhất. Trong những năm 70, việc sử dụng hợp kim titan cho khung máy bay dân dụng đã tăng lên đáng kể. Trong máy bay tầm trung TU-204, tổng trọng lượng của các bộ phận hợp kim titan là 2570 kg. Việc sử dụng titan trong máy bay trực thăng đang dần được mở rộng, chủ yếu cho các bộ phận của hệ thống cánh quạt chính, hệ thống truyền động và hệ thống điều khiển. Hợp kim titan đóng một vai trò quan trọng trong tên lửa.

Do khả năng chống ăn mòn cao trong nước biển, titan và các hợp kim của nó được sử dụng trong đóng tàu để sản xuất chân vịt, vỏ tàu, tàu ngầm, ngư lôi, v.v. Vỏ không bám vào titan và các hợp kim của nó, điều này làm tăng mạnh sức cản của tàu trong quá trình di chuyển của nó. Dần dần, các lĩnh vực ứng dụng của titan ngày càng mở rộng. Titan và các hợp kim của nó được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất, hóa dầu, bột giấy và giấy và thực phẩm, luyện kim màu, kỹ thuật điện, điện tử, công nghệ hạt nhân, mạ điện, trong sản xuất vũ khí, sản xuất tấm áo giáp, dụng cụ phẫu thuật, cấy ghép phẫu thuật , nhà máy khử muối, các bộ phận của xe đua, thiết bị thể thao (gậy đánh gôn, thiết bị leo núi), bộ phận cho đồng hồ đeo tay và thậm chí cả đồ trang sức. Quá trình thấm nitơ titan dẫn đến hình thành một lớp màng vàng trên bề mặt của nó, có vẻ đẹp không thua kém gì vàng thật.

Việc khám phá ra TiO2 gần như đồng thời và độc lập với nhau bởi W. Gregor người Anh và nhà hóa học người Đức M.G. Klaproth. W. Gregor, khi điều tra thành phần của cát đen từ tính (Creed, Cornwall, Anh, 1791), đã xác định được một "đất" (oxit) mới của một kim loại chưa biết, mà ông đặt tên là Menakenova. Năm 1795, nhà hóa học người Đức Klaproth đã phát hiện ra một nguyên tố mới trong khoáng vật rutil và đặt tên cho nó là titan. Hai năm sau, Klaproth xác định rằng đất rutil và Menakenian là các oxit của cùng một nguyên tố, sau đó cái tên "titan", do Klaproth đề xuất, vẫn giữ nguyên. Mười năm sau, titan lần thứ ba được phát hiện. Nhà khoa học người Pháp L. Vauquelin đã phát hiện ra titan trong anatase và chứng minh rằng rutile và anatase là các oxit titan giống hệt nhau.

Mẫu titan kim loại đầu tiên được J. J. Berzelius thu được vào năm 1825. Do hoạt tính hóa học cao của titan và sự phức tạp của quá trình tinh chế nó, một mẫu Ti tinh khiết đã được người Hà Lan A. van Arkel và I. de Boer thu được vào năm 1925 bằng cách phân hủy nhiệt của hơi titan iodua TiI4.

Titan có nhiều thứ 10 trong tự nhiên. Hàm lượng trong vỏ trái đất 0,57% khối lượng, trong nước biển 0,001 mg / l. Trong đá siêu Ả Rập 300 g / tấn, trong đá cơ bản - 9 kg / tấn, trong đá axit 2,3 kg / tấn, trong đất sét và đá phiến 4,5 kg / tấn. Trong vỏ trái đất, titan hầu như luôn luôn là hóa trị bốn và chỉ có trong các hợp chất chứa oxy. Không tìm thấy ở dạng miễn phí. Titan trong điều kiện phong hóa và trầm tích có ái lực địa hóa với Al2O3. Nó tập trung trong bôxit của lớp vỏ phong hóa và trong trầm tích đất sét biển. Titan được chuyển dưới dạng các mảnh cơ học của khoáng chất và ở dạng keo. Có tới 30% TiO2 tính theo trọng lượng tích tụ trong một số loại đất sét. Khoáng chất titan có khả năng chống lại thời tiết và hình thành nồng độ lớn trong chất giả. Hơn 100 khoáng chất chứa titan đã được biết đến. Các chất quan trọng nhất trong số đó: rutile TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetit FeTiO3 + Fe3O4, perovskite CaTiO3, titanite CaTiSiO5. Có quặng titan nguyên sinh - ilmenit-titanomagnetit và quặng sa khoáng - rutile-ilmenit-zircon.

Các loại quặng chính là ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanite (CaTiSiO5).

Trong năm 2002, 90% lượng titan được khai thác được sử dụng để sản xuất titan đioxit TiO2. Sản lượng titan điôxít trên thế giới là 4,5 triệu tấn mỗi năm. Trữ lượng titan điôxít đã được chứng minh (không bao gồm Nga) lên tới khoảng 800 triệu tấn. Trong năm 2006, theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, tính theo titan điôxít và ngoại trừ Nga, trữ lượng quặng ilmenit là 603-673 triệu tấn, và quặng rutil - 49,7- 52,7 triệu tấn Như vậy, với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng titan đã được chứng minh của thế giới (không bao gồm Nga) sẽ đủ trong hơn 150 năm.

Nga sở hữu trữ lượng titan lớn thứ hai trên thế giới sau Trung Quốc. Cơ sở tài nguyên khoáng sản titan ở Nga được tạo thành từ 20 mỏ (trong đó 11 mỏ nguyên sinh và 9 mỏ sa khoáng), phân bố khá đồng đều trên khắp đất nước. Mỏ lớn nhất trong số các mỏ đã được khám phá (Yaregskoye) nằm cách thành phố Ukhta (Cộng hòa Komi) 25 km. Trữ lượng của mỏ này ước tính khoảng 2 tỷ tấn quặng với hàm lượng titan điôxít trung bình khoảng 10%.

Nhà sản xuất titan lớn nhất thế giới là công ty VSMPO-AVISMA của Nga.

Theo nguyên tắc, nguyên liệu ban đầu để sản xuất titan và các hợp chất của nó là titan điôxít với một lượng tạp chất tương đối nhỏ. Đặc biệt, nó có thể là chất cô đặc rutil thu được trong quá trình thụ hưởng quặng titan. Tuy nhiên, trữ lượng rutil trên thế giới rất hạn chế và người ta thường sử dụng cái gọi là rutil tổng hợp hoặc xỉ titan thu được trong quá trình chế biến tinh quặng ilmenit. Để thu được xỉ titan, tinh quặng ilmenit được khử trong lò điện hồ quang, trong khi sắt được tách thành pha kim loại (gang), và các ôxít titan và tạp chất không bị khử tạo thành pha xỉ. Xỉ giàu được xử lý bằng phương pháp clorua hoặc axit sunfuric.

Ở dạng tinh khiết và ở dạng hợp kim

Tượng đài titan cho Gagarin trên Leninsky Prospekt ở Moscow

Kim loại được sử dụng trong: công nghiệp hóa chất (lò phản ứng, đường ống, máy bơm, phụ kiện đường ống), công nghiệp quân sự (áo giáp, áo giáp và tường lửa trong hàng không, vỏ tàu ngầm), các quy trình công nghiệp (nhà máy khử muối, quy trình giấy và bột giấy), công nghiệp ô tô, công nghiệp nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, đồ trang sức xuyên thấu, ngành y tế (bộ phận giả, dụng cụ nắn xương), dụng cụ nha khoa và nội nha, cấy ghép nha khoa, đồ thể thao, đồ trang sức (Alexander Khomov), điện thoại di động, hợp kim nhẹ, v.v. Là cấu trúc quan trọng nhất vật liệu chế tạo máy bay, tên lửa, đóng tàu.

Đúc titan được thực hiện trong lò chân không thành khuôn graphit. Đúc đầu tư chân không cũng được sử dụng. Do những khó khăn về công nghệ, nó được sử dụng hạn chế trong việc đúc nghệ thuật. Tác phẩm điêu khắc đúc hoành tráng làm bằng titan đầu tiên trên thế giới là tượng đài Yuri Gagarin trên quảng trường mang tên ông ở Moscow.

Titan là một hợp kim bổ sung trong nhiều loại thép hợp kim và hầu hết các hợp kim đặc biệt.

Nitinol (niken-titan) là một hợp kim ghi nhớ hình dạng được sử dụng trong y học và công nghệ.

Các aluminide titan có khả năng chống oxy hóa và chịu nhiệt cao, do đó đã xác định được việc sử dụng chúng trong ngành hàng không và công nghiệp ô tô làm vật liệu kết cấu.

Titan là một trong những vật liệu getter phổ biến nhất được sử dụng trong các máy bơm chân không cao.

Điôxít titan trắng (TiO2) được sử dụng trong sơn (chẳng hạn như trắng titan) cũng như trong giấy và nhựa. Phụ gia thực phẩm E171.

Các hợp chất organotitanium (ví dụ: tetrabutoxytitanium) được sử dụng làm chất xúc tác và chất làm cứng trong công nghiệp hóa chất và sơn.

Các hợp chất titan vô cơ được sử dụng trong công nghiệp điện tử hóa học và sợi thủy tinh làm chất phụ gia hoặc chất phủ.

Titan cacbua, titan diborid, titan cacbonitrid là những thành phần quan trọng của vật liệu siêu cứng để gia công kim loại.

Titan nitrua được sử dụng để phủ các công cụ, mái vòm nhà thờ và trong sản xuất đồ trang sức, vì có màu tương tự như vàng.

Bari titanat BaTiO3, titanat chì PbTiO3 và một số titanat khác - sắt thép.

Có nhiều hợp kim titan với nhiều loại kim loại. Các nguyên tố hợp kim được chia thành ba nhóm, tùy thuộc vào ảnh hưởng của chúng đối với nhiệt độ của quá trình biến đổi đa hình: trên chất ổn định beta, chất ổn định alpha và chất làm cứng trung tính. Nhiệt độ biến đổi càng thấp, nhiệt độ biến đổi càng tăng, nhiệt độ biến đổi thứ ba không ảnh hưởng đến nó, nhưng dẫn đến dung dịch làm cứng ma trận. Ví dụ về chất ổn định alpha: nhôm, oxy, carbon, nitơ. Chất ổn định beta: molypden, vanadi, sắt, crom, niken. Chất làm cứng trung tính: zirconium, thiếc, silicon. Đến lượt mình, chất ổn định beta được chia thành beta-isomorphic và beta-eutectoid. Hợp kim titan phổ biến nhất là Ti-6Al-4V (theo phân loại của Nga - VT6).

60% sơn;

20% - nhựa;

13% - giấy;

7% - kỹ thuật cơ khí.

$ 15-25 mỗi kg, tùy thuộc vào độ tinh khiết.

Độ tinh khiết và cấp của titan thô (titan xốp) thường được xác định bởi độ cứng của nó, phụ thuộc vào hàm lượng tạp chất. Các nhãn hiệu phổ biến nhất là TG100 và TG110.

Giá của ferrotitanium (ít nhất 70% titan) tính đến ngày 22/12/2010 là $ 6,82 một kg. Vào ngày 01/01/2010 giá ở mức $ 5,00 một kg.

Tại Nga, giá titan vào đầu năm 2012 là 1200-1500 rúp / kg.

Thuận lợi:

mật độ thấp (4500 kg / m3) giúp giảm khối lượng của vật liệu được sử dụng;

độ bền cơ học cao. Cần lưu ý rằng ở nhiệt độ cao (250-500 ° C) hợp kim titan có độ bền vượt trội so với hợp kim nhôm và magie có độ bền cao;

khả năng chống ăn mòn cao bất thường do khả năng của titan tạo thành màng mỏng (5-15 μm) oxit TiO2 trên bề mặt, liên kết chắc chắn với khối lượng của kim loại;

cường độ cụ thể (tỷ lệ độ bền trên mật độ) của các hợp kim titan tốt nhất đạt từ 30 đến 35 trở lên, gần như gấp đôi độ bền cụ thể của thép hợp kim.

Flaws:

giá thành sản xuất cao, titan đắt hơn nhiều so với sắt, nhôm, đồng, magie;

tương tác tích cực ở nhiệt độ cao, đặc biệt ở trạng thái lỏng, với tất cả các khí tạo nên khí quyển, do đó titan và các hợp kim của nó chỉ có thể bị nóng chảy trong chân không hoặc trong môi trường khí trơ;

khó khăn liên quan đến sản xuất titan phế thải;

đặc tính chống ma sát kém do titan kết dính với nhiều vật liệu; titan ghép với titan không thể hoạt động để ma sát;

Xu hướng cao của titan và nhiều hợp kim của nó đối với độ giòn hydro và ăn mòn muối;

khả năng gia công kém, tương tự như thép không gỉ Austenit;

Hoạt tính hóa học cao, xu hướng phát triển hạt ở nhiệt độ cao và chuyển pha trong chu kỳ hàn gây khó khăn khi hàn titan.

Phần chính của titan được chi cho nhu cầu hàng không và công nghệ tên lửa và đóng tàu biển. Titan (ferrotitanium) được sử dụng như một chất phụ gia làm mềm thép chất lượng cao và như một chất khử oxy. Titan kỹ thuật được sử dụng để sản xuất bồn chứa, lò phản ứng hóa học, đường ống dẫn, phụ kiện, máy bơm, van và các sản phẩm khác hoạt động trong môi trường ăn mòn. Titan nén được sử dụng để làm lưới và các bộ phận khác của thiết bị chân không điện hoạt động ở nhiệt độ cao.

Titan đứng ở vị trí thứ 4 về việc sử dụng làm vật liệu cấu trúc, chỉ sau Al, Fe và Mg. Các aluminide titan có khả năng chống oxy hóa và chịu nhiệt cao, do đó đã xác định được việc sử dụng chúng trong ngành hàng không và công nghiệp ô tô làm vật liệu kết cấu. Tính an toàn sinh học của titan khiến nó trở thành vật liệu tuyệt vời cho ngành công nghiệp thực phẩm và phẫu thuật tái tạo.

Titan và các hợp kim của nó đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ do độ bền cơ học cao, duy trì ở nhiệt độ cao, chống ăn mòn, chịu nhiệt, độ bền riêng, mật độ thấp và các đặc tính hữu ích khác. Giá thành cao của titan và các hợp kim của nó trong nhiều trường hợp được bù đắp bằng hiệu quả cao hơn của chúng, và trong một số trường hợp, chúng là vật liệu duy nhất mà từ đó có thể sản xuất thiết bị hoặc cấu trúc có thể hoạt động trong những điều kiện cụ thể này.

Hợp kim titan đóng một vai trò quan trọng trong kỹ thuật hàng không, nơi họ cố gắng đạt được thiết kế nhẹ nhất kết hợp với độ bền cần thiết. Titan có trọng lượng nhẹ so với các kim loại khác, nhưng đồng thời có thể làm việc ở nhiệt độ cao. Hợp kim titan được sử dụng để sản xuất tấm ốp, bộ phận buộc, bộ nguồn, bộ phận khung xe và các bộ phận khác nhau. Ngoài ra, những vật liệu này được sử dụng trong các thiết kế của động cơ phản lực máy bay. Điều này cho phép bạn giảm 10-25% trọng lượng của chúng. Hợp kim titan được sử dụng để sản xuất đĩa và cánh máy nén khí, các bộ phận của cửa nạp và dẫn hướng không khí, và các chốt hãm.

Ngoài ra titan và các hợp kim của nó cũng được sử dụng trong chế tạo tên lửa. Do các động cơ hoạt động trong thời gian ngắn và sự đi qua nhanh chóng của các lớp khí quyển dày đặc trong tên lửa, các vấn đề về độ bền mỏi, độ bền tĩnh và độ rão phần lớn đã được loại bỏ.

Do độ bền nhiệt không cao, titan kỹ thuật không thích hợp sử dụng trong ngành hàng không, nhưng do khả năng chống ăn mòn rất cao, trong một số trường hợp, nó không thể thiếu trong công nghiệp hóa chất và đóng tàu. Vì vậy, nó được sử dụng trong sản xuất máy nén và máy bơm để bơm các phương tiện xâm thực như axit sulfuric và hydrochloric và muối của chúng, đường ống, van, nồi hấp, các loại thùng chứa, bộ lọc, v.v. Chỉ titan là chống ăn mòn trong môi trường như ẩm ướt clo, dung dịch clo trong nước và axit, do đó, thiết bị cho ngành công nghiệp clo được làm từ kim loại này. Bộ trao đổi nhiệt được làm bằng titan, hoạt động trong môi trường ăn mòn, ví dụ, trong axit nitric (không bốc khói). Trong đóng tàu, titan được sử dụng để sản xuất chân vịt, mạ tàu biển, tàu ngầm, ngư lôi, v.v. Vỏ không bám vào titan và các hợp kim của nó, điều này làm tăng mạnh sức cản của tàu trong quá trình di chuyển của nó.

Hợp kim titan có triển vọng được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác, nhưng sự phổ biến của chúng trong công nghệ bị hạn chế bởi giá thành cao và sự khan hiếm của titan.

Hợp chất titan cũng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau. Titan cacbua có độ cứng cao và được sử dụng trong sản xuất dụng cụ cắt và vật liệu mài mòn. Điôxít titan trắng (TiO2) được sử dụng trong sơn (chẳng hạn như trắng titan) cũng như trong giấy và nhựa. Các hợp chất organotitanium (ví dụ: tetrabutoxytitanium) được sử dụng làm chất xúc tác và chất làm cứng trong công nghiệp hóa chất và sơn. Các hợp chất titan vô cơ được sử dụng trong công nghiệp điện tử hóa học và sợi thủy tinh như một chất phụ gia. Titanium diboride là một thành phần quan trọng của vật liệu siêu cứng để gia công kim loại. Titan nitrua được sử dụng để phủ các dụng cụ.

Với mức giá cao như hiện nay đối với titan, titan được sử dụng chủ yếu để sản xuất thiết bị quân sự, nơi mà vai trò chính không thuộc về giá thành mà là các đặc tính kỹ thuật. Tuy nhiên, có những trường hợp sử dụng các đặc tính độc đáo của titan cho các nhu cầu dân dụng. Khi giá titan giảm và sản lượng của nó tăng lên, việc sử dụng kim loại này cho các mục đích quân sự và dân sự sẽ tiếp tục được mở rộng.

Hàng không. Trọng lượng riêng thấp và độ bền cao (đặc biệt là ở nhiệt độ cao) của titan và các hợp kim của nó làm cho chúng trở thành vật liệu hàng không rất có giá trị. Titan ngày càng thay thế nhôm và thép không gỉ trong sản xuất máy bay và động cơ máy bay. Khi nhiệt độ tăng lên, nhôm nhanh chóng mất đi độ bền của nó. Mặt khác, titan có lợi thế về độ bền rõ ràng lên đến 430 ° C, và nhiệt độ tăng cao của thứ tự này xảy ra ở tốc độ cao do nhiệt khí động học. Ưu điểm của việc thay thế thép bằng titan trong ngành hàng không là nó làm giảm trọng lượng mà không phải hy sinh sức mạnh. Việc giảm trọng lượng tổng thể cùng với hiệu suất tăng ở nhiệt độ cao cho phép tăng trọng tải, tầm bay và khả năng cơ động của máy bay. Điều này giải thích cho những nỗ lực mở rộng việc sử dụng titan trong chế tạo máy bay trong sản xuất động cơ, chế tạo thân máy bay, da và thậm chí cả ốc vít.

Trong chế tạo động cơ phản lực, titan được sử dụng chủ yếu để sản xuất cánh máy nén, đĩa tua-bin và nhiều bộ phận được dập khác. Ở đây, titan thay thế thép hợp kim không gỉ và có thể xử lý nhiệt. Việc tiết kiệm một kg trọng lượng động cơ cho phép tiết kiệm tới 10 kg tổng trọng lượng của máy bay do thân máy bay nhẹ hơn. Trong tương lai, người ta có kế hoạch sử dụng titan tấm để sản xuất vỏ cho buồng đốt động cơ.

Titanium được sử dụng rộng rãi trong chế tạo máy bay cho các bộ phận thân máy bay hoạt động ở nhiệt độ cao. Tấm titan được sử dụng để sản xuất các loại vỏ bọc, vỏ bảo vệ cho cáp và thanh dẫn đường đạn. Các chất làm cứng khác nhau, khung thân máy bay, khung sườn, v.v. được làm từ các tấm titan hợp kim.

Nắp, nắp, bộ bảo vệ cáp và đường dẫn đạn được làm bằng titan không hợp kim. Titan hợp kim được sử dụng để sản xuất khung thân máy bay, khung, đường ống dẫn và tường lửa.

Titanium ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong việc chế tạo máy bay F-86 và F-100. Trong tương lai, titan sẽ được sử dụng để làm cửa hạ cánh, đường ống thủy lực, ống xả và vòi phun, thanh chắn, cánh đảo gió, thanh chống gấp, v.v.

Titan có thể được sử dụng để chế tạo tấm áo giáp, cánh quạt và vỏ hộp.

Hiện nay, titan được sử dụng trong chế tạo máy bay quân sự Douglas X-3 cho da, F-84F, Curtiss-Wright J-65 va Boeing B-52 cua Đảng Cộng hòa.

Titanium cũng được sử dụng trong việc chế tạo máy bay dân dụng DC-7. Công ty Douglas đã đạt được trọng lượng tiết kiệm khoảng 90 kg bằng cách thay thế hợp kim nhôm và thép không gỉ bằng titan trong sản xuất nacelle động cơ và tường lửa. Hiện tại, trọng lượng của các bộ phận làm bằng titan trong chiếc máy bay này là 2%, và con số này dự kiến ​​sẽ được nâng lên thành 20% tổng trọng lượng của chiếc máy bay.

Việc sử dụng titan cho phép giảm trọng lượng của trực thăng. Tấm titan được sử dụng cho sàn và cửa. Trọng lượng của máy bay trực thăng đã giảm đáng kể (khoảng 30 kg) nhờ việc thay thế thép hợp kim bằng titan để bọc các cánh của cánh quạt chính của nó.

Hải quân. Khả năng chống ăn mòn của titan và các hợp kim của nó làm cho chúng có giá trị cao trên biển. Bộ Hải quân Hoa Kỳ đang nghiên cứu sâu rộng khả năng chống ăn mòn của titan đối với khí thải, hơi nước, dầu và nước biển. Cường độ cụ thể cao của titan gần như có tầm quan trọng như nhau trong các vấn đề hải quân.

Trọng lượng riêng của kim loại thấp, kết hợp với khả năng chống ăn mòn, làm tăng khả năng cơ động và tầm hoạt động của tàu, đồng thời cũng giảm chi phí bảo dưỡng phần vật liệu và sửa chữa nó.

Các ứng dụng hải quân của titan bao gồm bộ giảm thanh khí thải cho động cơ diesel của tàu ngầm, đĩa đo, ống thành mỏng cho thiết bị ngưng tụ và bộ trao đổi nhiệt. Theo các chuyên gia, titan, không giống như kim loại nào khác, có thể tăng tuổi thọ của bộ giảm thanh khí thải trên tàu ngầm. Đối với đĩa đồng hồ tiếp xúc với nước muối, xăng hoặc dầu, titan sẽ mang lại khả năng chống chịu tốt hơn. Khả năng sử dụng titan để sản xuất ống cho bộ trao đổi nhiệt, loại vật liệu này phải chống ăn mòn trong nước biển rửa ống từ bên ngoài, đồng thời chống lại ảnh hưởng của khí thải ngưng tụ chảy bên trong chúng, đang được nghiên cứu. Khả năng sản xuất ăng-ten và tổ hợp lắp đặt radar từ titan, được yêu cầu có khả năng chống lại tác động của khí thải và nước biển, đang được xem xét. Titan cũng có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận như van, cánh quạt, các bộ phận tuabin, v.v.

Pháo binh. Rõ ràng, khách hàng tiềm năng lớn nhất của titan có thể là pháo, nơi hiện đang tiến hành nghiên cứu chuyên sâu các nguyên mẫu khác nhau. Tuy nhiên, trong lĩnh vực này, việc sản xuất chỉ các bộ phận và bộ phận riêng lẻ từ titan được tiêu chuẩn hóa. Việc sử dụng rất hạn chế titan trong pháo binh với phạm vi nghiên cứu lớn được giải thích là do giá thành cao.

Nhiều hạng mục trang bị pháo binh đã được điều tra trên quan điểm khả năng thay thế các vật liệu thông thường bằng titan, với điều kiện giá titan phải giảm. Tập trung vào các bộ phận có trọng lượng giảm đáng kể (bộ phận xách tay và không khí).

Tấm đế cối làm bằng titan thay vì thép. Bằng cách thay thế như vậy và sau một số thay đổi thay vì một tấm thép, người ta có thể tạo ra một mảnh nặng 11 kg từ hai nửa với tổng trọng lượng là 22 kg. Nhờ sự thay thế này, có thể giảm số lượng nhân viên bảo trì từ ba xuống hai. Khả năng sử dụng titan để sản xuất dây chống cháy cho súng đang được xem xét.

Giá đỡ súng làm bằng titan, thùng súng và trụ chống giật đang được thử nghiệm. Titan có thể được sử dụng rộng rãi trong sản xuất tên lửa dẫn đường và tên lửa.

Các nghiên cứu đầu tiên về titan và các hợp kim của nó đã cho thấy khả năng chế tạo các tấm áo giáp từ chúng. Theo các nghiên cứu này, việc thay thế giáp thép (dày 12,7 mm) bằng giáp titan có cùng khả năng chống đạn (dày 16 mm) giúp tiết kiệm tới 25% trọng lượng.

Hợp kim titan chất lượng cao hơn cho phép chúng ta hy vọng về khả năng thay thế các tấm thép bằng titan có độ dày tương đương, giúp tiết kiệm trọng lượng lên đến 44%. Việc sử dụng titan trong công nghiệp sẽ mang lại khả năng cơ động cao hơn, tăng phạm vi vận chuyển và độ bền của súng. Mức độ phát triển hiện đại của phương tiện giao thông hàng không đã làm cho lợi thế của ô tô bọc thép hạng nhẹ và các phương tiện khác làm bằng titan trở nên rõ ràng. Bộ pháo binh dự định trong tương lai sẽ trang bị mũ bảo hiểm, lưỡi lê, súng phóng lựu và súng phun lửa cầm tay làm bằng titan cho bộ binh trong tương lai. Hợp kim titan lần đầu tiên được sử dụng trong pháo binh để sản xuất piston của một số vũ khí tự động.

Vận chuyển. Nhiều lợi ích mà việc sử dụng titan trong sản xuất vật liệu bọc thép cũng đúng đối với các phương tiện giao thông.

Việc thay thế vật liệu kết cấu mà các doanh nghiệp cơ khí giao thông đang sử dụng bằng titan nên giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng trọng tải, tăng giới hạn mỏi của các bộ phận cơ cấu tay quay, ... Đối với đường sắt, việc giảm trọng lượng chết là vô cùng quan trọng. . Tổng trọng lượng của đầu xe giảm đáng kể do sử dụng titan sẽ giúp tiết kiệm lực kéo, giảm kích thước của các ổ lăn và hộp trục.

Trọng lượng cũng rất quan trọng đối với xe đường. Ở đây, việc thay thế thép bằng titan trong sản xuất trục và bánh xe cũng sẽ làm tăng trọng tải.

Tất cả những khả năng này có thể được thực hiện bằng cách giảm giá titan từ 15 xuống còn 2-3 đô la cho mỗi pound bán thành phẩm titan.

Công nghiệp hóa chất. Trong sản xuất thiết bị cho ngành công nghiệp hóa chất, quan trọng nhất là khả năng chống ăn mòn của kim loại. Nó cũng rất đáng kể để giảm trọng lượng và tăng sức mạnh của thiết bị. Thật hợp lý khi giả định rằng titan có thể mang lại một số lợi ích trong việc sản xuất thiết bị vận chuyển axit, kiềm và muối vô cơ từ nó. Khả năng bổ sung của việc sử dụng titan mở ra trong sản xuất các thiết bị như bồn chứa, cột, bộ lọc và tất cả các loại xi lanh áp suất cao.

Việc sử dụng đường ống titan có thể làm tăng hiệu quả của các cuộn dây gia nhiệt trong nồi hấp và thiết bị trao đổi nhiệt trong phòng thí nghiệm. Khả năng ứng dụng của titan để sản xuất xi lanh trong đó khí và chất lỏng được lưu trữ trong thời gian dài dưới áp suất được chứng minh bằng việc sử dụng trong phân tích vi mô các sản phẩm cháy thay cho ống thủy tinh nặng hơn (hiển thị ở phần trên của hình ảnh). Do độ dày thành thấp và trọng lượng riêng thấp, ống này có thể được cân trên các loại cân phân tích nhạy hơn có kích thước nhỏ hơn. Ở đây, sự kết hợp giữa nhẹ và chống ăn mòn giúp cải thiện độ chính xác của phân tích hóa học.

Các lĩnh vực ứng dụng khác. Việc sử dụng titan được khuyến khích trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dầu mỏ và điện, cũng như để sản xuất các dụng cụ phẫu thuật và trong chính phẫu thuật.

Bàn để chế biến thức ăn, bàn hấp bằng titan có chất lượng vượt trội hơn hẳn so với các sản phẩm bằng thép.

Trong ngành công nghiệp khoan dầu khí, việc chống ăn mòn có tầm quan trọng lớn, do đó việc sử dụng titan sẽ giúp cho việc thay thế các thanh ăn mòn của thiết bị ít thường xuyên hơn. Trong sản xuất xúc tác và sản xuất đường ống dẫn dầu, người ta muốn sử dụng titan, loại titan này vẫn giữ được các đặc tính cơ học của nó ở nhiệt độ cao và có khả năng chống ăn mòn tốt.

Trong ngành công nghiệp điện, titan có thể được sử dụng cho các dây cáp do nó có độ bền riêng tốt, khả năng chịu điện cao và đặc tính không nhiễm từ.

Các ngành công nghiệp khác nhau đang bắt đầu sử dụng ốc vít ở dạng này hay dạng khác, được làm bằng titan. Có thể mở rộng hơn nữa việc sử dụng titan để sản xuất các dụng cụ phẫu thuật chủ yếu là do khả năng chống ăn mòn của nó. Các dụng cụ bằng titan vượt trội hơn các dụng cụ phẫu thuật thông thường về mặt này khi được đun sôi hoặc hấp áp lực nhiều lần.

Trong lĩnh vực phẫu thuật, titan vượt trội hơn so với thép không gỉ và thép không gỉ. Sự hiện diện của titan trong cơ thể là khá chấp nhận được. Đĩa và đinh vít làm bằng titan để buộc xương đã nằm trong cơ thể con vật trong vài tháng, và xương phát triển thành các sợi chỉ của vít và vào lỗ của đĩa.

Ưu điểm của titan cũng là mô cơ được hình thành trên đĩa.

Khoảng một nửa sản lượng titan trên thế giới thường được hướng đến ngành công nghiệp máy bay dân dụng, nhưng sự suy giảm của nó sau các sự kiện bi thảm nổi tiếng buộc nhiều người tham gia trong ngành phải tìm kiếm các lĩnh vực ứng dụng titan mới. Vật liệu này đại diện cho phần đầu tiên của tuyển tập các ấn phẩm trên báo chí luyện kim nước ngoài dành cho triển vọng của titan trong điều kiện hiện đại. Theo ước tính của một trong những nhà sản xuất titan hàng đầu của Mỹ RT1, trong tổng sản lượng titan sản xuất trên quy mô toàn cầu ở mức 50-60 nghìn tấn mỗi năm, phân khúc hàng không vũ trụ chiếm tới 40 mức tiêu thụ, các ứng dụng công nghiệp và các ứng dụng chiếm 34, và khu vực quân sự 16, và khoảng 10 đến từ việc sử dụng titan trong các sản phẩm tiêu dùng. Các ứng dụng công nghiệp của titan bao gồm các quá trình hóa học, sản xuất điện, dầu khí và các nhà máy khử muối. Các ứng dụng quân sự phi hàng không bao gồm chủ yếu sử dụng trong pháo binh và các phương tiện chiến đấu. Các lĩnh vực có lượng titan sử dụng đáng kể là ô tô, kiến ​​trúc và xây dựng, đồ thể thao, đồ trang sức. Hầu hết titan ở dạng thỏi được sản xuất ở Mỹ, Nhật Bản và CIS - Châu Âu chỉ chiếm 3,6 khối lượng toàn cầu. Các thị trường khu vực về việc sử dụng cuối cùng của titan rất khác nhau - ví dụ nổi bật nhất về sự độc đáo là Nhật Bản, nơi lĩnh vực hàng không vũ trụ dân dụng chỉ chiếm 2-3 khi sử dụng 30 tổng lượng titan tiêu thụ trong các thiết bị và cấu trúc của các nhà máy hóa chất. . Các nhà máy điện hạt nhân và năng lượng rắn chiếm khoảng 20 tổng nhu cầu của Nhật Bản, phần còn lại đến từ kiến ​​trúc, y học và thể thao. Bức tranh ngược lại được quan sát ở Hoa Kỳ và Châu Âu, nơi tiêu thụ trong lĩnh vực hàng không vũ trụ là cực kỳ quan trọng - lần lượt là 60-75 và 50-60 cho mỗi khu vực. Tại Hoa Kỳ, các thị trường cuối cùng có truyền thống mạnh là ngành công nghiệp hóa chất, thiết bị y tế và thiết bị công nghiệp, trong khi ở châu Âu, thị phần lớn nhất được chiếm bởi ngành dầu khí và ngành xây dựng. Sự phụ thuộc nhiều vào ngành hàng không vũ trụ đã là mối quan tâm lâu dài của ngành công nghiệp titan, ngành đang cố gắng mở rộng các ứng dụng titan, đặc biệt là trong thời kỳ suy thoái hiện nay của ngành hàng không dân dụng trên toàn thế giới. Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, trong quý đầu tiên của năm 2003, nhập khẩu xốp titan đã giảm đáng kể - chỉ còn 1319 tấn, thấp hơn 62 tấn so với 3431 tấn cùng kỳ năm 2002. Theo John Barber, Giám đốc phát triển thị trường của nhà sản xuất titan khổng lồ của Mỹ và nhà cung cấp các sản phẩm titan, Type John Barber, lĩnh vực hàng không vũ trụ sẽ luôn là một trong những thị trường hàng đầu về titan, nhưng ngành công nghiệp titan chúng ta phải đón nhận thách thức và làm mọi thứ để đảm bảo rằng ngành của chúng ta không tuân theo các chu kỳ phát triển và phá sản trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Một số nhà sản xuất hàng đầu trong ngành công nghiệp titan đang nhìn thấy cơ hội tăng trưởng tại các thị trường hiện có, một trong số đó là thị trường vật liệu và thiết bị dưới biển. Theo Martin Proco, Giám đốc Kinh doanh và Phân phối của RT1, titan đã được sử dụng trong một thời gian dài, kể từ đầu những năm 1980, trong các công trình điện và dưới biển, nhưng chỉ trong 5 năm qua, những lĩnh vực này mới trở nên phát triển ổn định với mức tăng trưởng tương ứng trong thị trường ngách. Đối với các hoạt động dưới biển, sự tăng trưởng ở đây chủ yếu là do hoạt động khoan ở độ sâu lớn hơn, nơi titan là vật liệu phù hợp nhất. Có thể nói, vòng đời dưới nước của nó là năm mươi năm, tương ứng với thời hạn thông thường của các dự án dưới nước. Ở trên, chúng tôi đã liệt kê các lĩnh vực có khả năng gia tăng việc sử dụng titan. Theo Bob Fannell, giám đốc bán hàng của công ty Howmet Ti-Cast của Mỹ, tình hình thị trường hiện tại có thể được coi là cơ hội ngày càng tăng trong các lĩnh vực mới như bộ tăng áp quay trong xe tải, tên lửa và máy bơm.

Một trong những dự án hiện tại của chúng tôi là phát triển hệ thống pháo hạng nhẹ BAE Howitzer XM777 cỡ nòng 155 mm. Nawmet sẽ cung cấp 17 trong số 28 cụm đúc kết cấu titan cho mỗi bệ súng, dự kiến ​​sẽ bắt đầu được chuyển cho Thủy quân lục chiến Hoa Kỳ vào tháng 8 năm 2004. Frank Hrster, người đứng đầu hệ thống hỗ trợ hỏa lực BAE 8u81et8 cho biết với tổng trọng lượng 9.800 pound tương đương 4,44 tấn, titan chiếm khoảng 2.600 pound tương đương 1,18 tấn trong thiết kế của nó - sử dụng hợp kim 6A14U với rất nhiều vật liệu đúc. Hệ thống XM777 này sẽ thay thế hệ thống lựu pháo M198 hiện tại, nặng khoảng 17.000 pound tương đương 7,71 tấn. Kế hoạch sản xuất hàng loạt trong giai đoạn từ 2006 đến 2010 - ban đầu dự kiến ​​giao hàng cho Mỹ, Anh và Ý, nhưng chương trình có thể mở rộng để giao hàng cho các nước thành viên NATO. John Barber của Timet chỉ ra rằng các ví dụ về thiết bị quân sự sử dụng lượng titan đáng kể là xe tăng Abraham và xe chiến đấu Bradley. Từ hai năm nay, một chương trình chung của NATO, Hoa Kỳ và Anh đã được thực hiện nhằm tăng cường sử dụng titan trong vũ khí và hệ thống phòng thủ. Như đã được ghi nhận hơn một lần, titan rất thích hợp để sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, mặc dù tỷ trọng của hướng này khá khiêm tốn - khoảng 1 trong tổng lượng titan được tiêu thụ, tương đương 500 tấn mỗi năm, theo công ty Ý. Rogipolini, nhà sản xuất các bộ phận và cụm lắp ráp bằng titan cho Công thức 1 và xe mô tô đua. Daniele Stoppolini, trưởng bộ phận nghiên cứu và phát triển của công ty này, tin rằng nhu cầu hiện tại đối với titan ở phân khúc thị trường này ở mức 500 tấn với việc sử dụng ồ ạt vật liệu này trong các thiết kế van, lò xo, hệ thống xả, Trục truyền động, bu lông có khả năng tăng lên mức gần như không phải 16.000 tấn mỗi năm. Ông nói thêm rằng công ty của ông mới bắt đầu phát triển sản xuất bu lông titan tự động để giảm chi phí sản xuất. Theo ông, các yếu tố hạn chế khiến việc sử dụng titan không được mở rộng đáng kể trong ngành công nghiệp ô tô là sự không thể đoán trước của nhu cầu và sự không chắc chắn về nguồn cung nguyên liệu. Đồng thời, một thị trường tiềm năng lớn cho titan vẫn còn trong ngành công nghiệp ô tô, kết hợp các đặc tính trọng lượng và sức mạnh tối ưu cho lò xo cuộn và hệ thống ống xả. Thật không may, tại thị trường Mỹ, việc sử dụng rộng rãi titan trong các hệ thống này chỉ được ghi nhận đối với mẫu bán thể thao khá độc quyền Chevrolet-Corvette Z06, mẫu xe này không thể nào khẳng định là một chiếc xe đại chúng. Tuy nhiên, do những thách thức liên tục về tiết kiệm nhiên liệu và khả năng chống ăn mòn, triển vọng của titan trong lĩnh vực này vẫn còn. Để được chấp thuận trong các thị trường của các ứng dụng phi hàng không và phi quân sự, một liên doanh UNITI gần đây đã được thành lập với tên gọi của nó, từ thống nhất - thống nhất và Ti - ký hiệu của titan trong bảng tuần hoàn như một phần của các nhà sản xuất titan hàng đầu thế giới - Công ty Allegheny Technologies của Mỹ và VSMPO-Avisma của Nga. Karl Multon, Chủ tịch của công ty mới cho biết những thị trường này đã bị loại trừ một cách có chủ ý - chúng tôi dự định đưa công ty mới trở thành nhà cung cấp hàng đầu cho các ngành công nghiệp sử dụng các bộ phận và lắp ráp titan, chủ yếu là hóa dầu và năng lượng. Ngoài ra, chúng tôi dự định sẽ tích cực tiếp thị các thiết bị khử muối, xe cộ, sản phẩm tiêu dùng và điện tử. Tôi tin rằng các cơ sở sản xuất của chúng tôi bổ sung tốt cho nhau - VSMPO có năng lực vượt trội trong việc sản xuất các sản phẩm cuối cùng, Allegheny có truyền thống xuất sắc trong sản xuất các sản phẩm cán nóng và nguội bằng titan. UNITI dự kiến ​​sẽ có thị phần 45 triệu pound tương đương 20.411 tấn trên thị trường titan toàn cầu. Thị trường thiết bị y tế có thể được coi là một thị trường đang phát triển ổn định - theo Tập đoàn Titan Quốc tế của Anh, hàm lượng titan hàng năm trên khắp thế giới trong các bộ phận cấy ghép và bộ phận giả khác nhau là khoảng 1000 tấn, và con số này sẽ tăng lên do khả năng phẫu thuật thay thế khớp của con người sau tai nạn hoặc chấn thương. Bên cạnh những ưu điểm rõ ràng về tính linh hoạt, độ bền, nhẹ, titan có tính tương thích sinh học cao với cơ thể do không gây ăn mòn các mô và chất lỏng trong cơ thể con người. Trong nha khoa, việc sử dụng phục hình và cấy ghép cũng đang tăng vọt - tăng gấp ba lần trong thập kỷ qua, theo Hiệp hội Nha khoa Hoa Kỳ, phần lớn là nhờ vào các đặc tính của titan. Mặc dù titan đã được sử dụng trong kiến ​​trúc hơn 25 năm, nhưng việc sử dụng rộng rãi nó trong lĩnh vực này mới chỉ bắt đầu trong những năm gần đây. Việc mở rộng sân bay Abu Dhabi ở UAE, dự kiến ​​hoàn thành vào năm 2006, sẽ sử dụng tới 1,5 triệu pound trong khoảng 680 tấn titan. Rất nhiều dự án kiến ​​trúc và xây dựng khác nhau sử dụng titan được lên kế hoạch thực hiện không chỉ ở các nước phát triển như Mỹ, Canada, Anh, Đức, Thụy Sĩ, Bỉ, Singapore, mà còn ở Ai Cập và Peru.

Phân khúc thị trường tiêu dùng hiện là phân khúc phát triển nhanh nhất của thị trường titan. Trong khi 10 năm trước phân khúc này chỉ có 1-2 thị trường titan thì ngày nay đã phát triển lên 8-10 thị trường. Nhìn chung, tiêu thụ titan trong sản xuất hàng tiêu dùng đã tăng gấp đôi tốc độ của toàn bộ thị trường titan. Việc sử dụng titan trong thể thao là lâu dài nhất và có tỷ trọng lớn nhất trong việc sử dụng titan trong các sản phẩm tiêu dùng. Lý do cho sự phổ biến của việc sử dụng titan trong các thiết bị thể thao rất đơn giản - nó cho phép bạn có được tỷ lệ trọng lượng và sức mạnh vượt trội so với bất kỳ kim loại nào khác. Việc sử dụng titan trong xe đạp bắt đầu cách đây khoảng 25-30 năm và là lần đầu tiên sử dụng titan trong các thiết bị thể thao. Các ống chính được sử dụng là Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9. Các bộ phận hợp kim titan khác bao gồm phanh, đĩa xích và lò xo yên xe. Việc sử dụng titan trong sản xuất gậy chơi gôn lần đầu tiên bắt đầu vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990 bởi các nhà sản xuất gậy chơi gôn ở Nhật Bản. Cho đến năm 1994-1995, việc sử dụng titan này hầu như không được biết đến ở Hoa Kỳ và Châu Âu. Điều đó đã thay đổi khi Callaway giới thiệu câu lạc bộ chơi gôn bằng titan của họ, được sản xuất bởi Ruger Titanium, được gọi là Great Big Bertha. Do những lợi ích rõ ràng và thông qua hoạt động tiếp thị chu đáo của Callaway, gậy chơi gôn titan ngay lập tức trở nên cực kỳ phổ biến. Trong một thời gian ngắn, gậy titan đã từ chỗ là vật dụng độc quyền và đắt tiền của một nhóm nhỏ người chơi gôn trở thành vật dụng được hầu hết các gôn thủ sử dụng rộng rãi, trong khi vẫn đắt hơn thép. Theo tôi, tôi muốn nêu ra những xu hướng chính trong sự phát triển của thị trường golf; nó đã đi từ công nghệ cao sang sản xuất hàng loạt trong thời gian ngắn 4-5 năm theo con đường của các ngành công nghiệp khác với chi phí lao động cao, chẳng hạn như sản xuất quần áo, đồ chơi và đồ điện tử tiêu dùng, sản xuất gậy đánh gôn được đưa vào các quốc gia có lao động rẻ nhất, đầu tiên là Đài Loan, sau đó đến Trung Quốc, và hiện nay các nhà máy đang được xây dựng ở các quốc gia có lao động rẻ hơn nữa, chẳng hạn như Việt Nam và Titan Thái Lan chắc chắn được sử dụng cho các tài xế lái xe, nơi chất lượng vượt trội của nó mang lại lợi thế rõ ràng và biện minh cho mức giá cao hơn ... Tuy nhiên, titan vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trên các loại gậy chơi gôn tiếp theo do chi phí tăng đáng kể không phù hợp với sự cải tiến tương ứng trong cách chơi. Hiện tại, các bộ điều khiển chủ yếu được sản xuất với các bề mặt đánh rèn, phần đỉnh được rèn hoặc đúc và đáy đúc. giới hạn của cái gọi là tỷ lệ hoàn vốn, và do đó tất cả các nhà sản xuất gậy sẽ cố gắng tăng đặc tính lò xo của bề mặt nổi bật. Để làm được điều này, cần phải giảm độ dày của bề mặt nổi và sử dụng các hợp kim bền hơn, chẳng hạn như SP700, 15-3-3-3 và VT-23. Bây giờ chúng ta hãy đi sâu vào việc sử dụng titan và các hợp kim của nó trên các thiết bị thể thao khác. Ống cho xe đạp đua và các bộ phận khác được làm bằng hợp kim ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V. Một lượng đáng kể đáng kinh ngạc của tấm titan được sử dụng trong sản xuất dao lặn. Hầu hết các nhà sản xuất sử dụng Ti6Al-4V, nhưng hợp kim này không mang lại độ bền cạnh như các hợp kim cứng khác. Một số nhà sản xuất đang chuyển sang sử dụng hợp kim VT23.

Giá bán lẻ của dao lặn bằng titan vào khoảng $ 70-80. Móng ngựa titan đúc giúp giảm trọng lượng đáng kể so với thép, đồng thời cung cấp độ bền cần thiết. Thật không may, việc sử dụng titan này đã không thành hiện thực, bởi vì những chiếc móng ngựa bằng titan lấp lánh và khiến những con ngựa sợ hãi. Sẽ có rất ít người đồng ý sử dụng móng ngựa titan sau những trải nghiệm tồi tệ đầu tiên. Công ty Titanium Beach của Newport Beach, CA Newport Beach, California đã phát triển cốt vợt trượt băng Ti6Al-4V. Thật không may, đây lại là vấn đề về độ bền của cạnh lưỡi. Tôi nghĩ rằng sản phẩm này có cơ hội sống, với điều kiện là các nhà sản xuất sử dụng các hợp kim mạnh hơn như 15-3-3-3 hoặc VT-23. Titanium được sử dụng rất rộng rãi trong du lịch và leo núi, hầu hết các vật dụng mà người leo núi và người đi bộ đường dài mang theo trong ba lô, chai lọ, cốc được bán lẻ với giá 20-30 đô la, bộ dụng cụ nấu ăn bán lẻ khoảng 50 đô la, bộ đồ ăn chủ yếu được làm từ titan nguyên chất thương mại Cấp 1 và 2. Các ví dụ khác về thiết bị cắm trại và leo núi là bếp nhỏ gọn, cột điện và cột lều, rìu băng và vít băng. Các nhà sản xuất vũ khí gần đây đã bắt đầu sản xuất súng lục titan cho cả bắn súng thể thao và thực thi pháp luật.

Điện tử tiêu dùng là một thị trường khá mới và đang phát triển nhanh chóng đối với titan. Trong nhiều trường hợp, việc sử dụng titan trong các thiết bị điện tử tiêu dùng không chỉ do các đặc tính tuyệt vời của nó mà còn do vẻ ngoài hấp dẫn của sản phẩm. Titan tinh khiết thương mại Lớp 1 được sử dụng để làm vỏ cho máy tính xách tay, điện thoại di động, TV màn hình phẳng plasma và các thiết bị điện tử khác. Việc sử dụng titan trong cấu tạo loa mang lại đặc tính âm thanh tốt hơn do titan nhẹ hơn so với thép, dẫn đến tăng độ nhạy âm thanh. Đồng hồ titan, được tiên phong bởi các nhà sản xuất Nhật Bản, hiện là một trong những sản phẩm titan được người tiêu dùng công nhận và có giá cả phải chăng nhất. Mức tiêu thụ titan trên thế giới trong sản xuất đồ trang sức truyền thống và được gọi là trang sức đeo được tính bằng vài chục tấn. Bạn có thể tìm thấy nhẫn cưới titan ngày càng thường xuyên hơn, và tất nhiên, những người đeo trang sức trên cơ thể họ chỉ đơn giản là bắt buộc phải sử dụng titan. Titan được sử dụng rộng rãi trong sản xuất ốc vít và phụ kiện hàng hải, nơi mà sự kết hợp giữa khả năng chống ăn mòn cao và độ bền là rất quan trọng. Atlas Ti, có trụ sở tại Los Angeles, sản xuất nhiều loại sản phẩm hợp kim VTZ-1 này. Việc sử dụng titan trong sản xuất công cụ lần đầu tiên bắt đầu ở Liên Xô vào đầu những năm 80, khi theo chỉ thị của chính phủ, các công cụ nhẹ và tiện lợi đã được sản xuất để tạo điều kiện thuận lợi cho công việc của người lao động. Tập đoàn sản xuất titan khổng lồ của Liên Xô, Hiệp hội Sản xuất Chế biến Kim loại Verkhne-Salda, đã sản xuất xẻng titan, máy kéo đinh, thanh nạy, nắp sập và chìa khóa vào thời điểm đó.

Sau đó, các nhà sản xuất công cụ của Nhật Bản và Mỹ đã bắt đầu sử dụng titan trong các sản phẩm của họ. Cách đây không lâu, VSMPO đã ký hợp đồng với Boeing về việc cung cấp các tấm titan. Hợp đồng này chắc chắn có tác dụng rất có lợi đối với sự phát triển của sản xuất titan ở Nga. Titan đã được sử dụng rộng rãi trong y học trong nhiều năm. Ưu điểm là sức mạnh, khả năng chống ăn mòn, và quan trọng nhất, một số người bị dị ứng với niken, một thành phần thiết yếu của thép không gỉ, trong khi không ai bị dị ứng với titan. Các hợp kim được sử dụng là titan tinh khiết thương mại và Ti6-4Eli. Titan được sử dụng trong sản xuất dụng cụ phẫu thuật, bộ phận giả bên trong và bên ngoài, bao gồm cả những bộ phận quan trọng như van tim. Nạng và xe lăn được làm từ titan. Việc sử dụng titan trong nghệ thuật có từ năm 1967, khi tượng đài titan đầu tiên được dựng lên ở Moscow.

Hiện tại, một số lượng đáng kể các tượng đài và công trình kiến ​​trúc bằng titan đã được dựng lên ở hầu hết các lục địa, trong đó có những công trình nổi tiếng như Bảo tàng Guggenheim, do kiến ​​trúc sư Frank Gehry ở Bilbao xây dựng. Vật liệu này rất phổ biến với những người làm nghệ thuật vì màu sắc, hình thức, sức mạnh và khả năng chống ăn mòn. Vì những lý do này, titan được sử dụng trong đồ lưu niệm, đồ dùng sinh học và đồ trang sức, nơi nó cạnh tranh thành công với các kim loại quý như bạc và thậm chí là vàng ... Theo ghi nhận của Martin Proco của RTi, giá trung bình của một miếng bọt biển titan ở Hoa Kỳ là 3,80 mỗi pound, ở Nga là 3,20 mỗi pound. Ngoài ra, giá kim loại phụ thuộc nhiều vào tính chất chu kỳ của ngành hàng không vũ trụ thương mại. Markus Holz, Giám đốc điều hành của Deutshe Titan, Đức, cho biết sự phát triển của nhiều dự án có thể tăng tốc đáng kể nếu có thể tìm ra cách giảm chi phí sản xuất và chế biến, chế biến phế liệu và công nghệ nấu chảy. Người phát ngôn của Titanium tại Anh đồng ý rằng việc mở rộng sản phẩm titan đang bị hạn chế bởi chi phí sản xuất cao và cần có nhiều cải tiến trong công nghệ hiện đại trước khi titan có thể được sản xuất hàng loạt.

Một trong những bước đi theo hướng này là phát triển cái gọi là quy trình FFC, một quy trình điện phân mới để thu được titan kim loại và hợp kim, chi phí thấp hơn đáng kể. Theo Daniele Stoppolini, chiến lược tổng thể trong ngành công nghiệp titan đòi hỏi sự phát triển của các hợp kim, công nghệ sản xuất phù hợp nhất cho từng thị trường mới và ứng dụng của titan.

Nguồn

Wikipedia - Bách khoa toàn thư miễn phí, WikiPedia

metotech.ru - Metotechnics

housetop.ru - Ngôi nhà hàng đầu

Atomsteel.com - Công nghệ nguyên tử

domremstroy.ru - DomRemStroy

Titan (tiếng Latinh Titan; ký hiệu là Ti) là một nguyên tố thuộc phân nhóm thứ cấp của nhóm thứ tư, chu kỳ thứ tư của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có số hiệu nguyên tử là 22. Chất đơn giản titan (số CAS: 7440-32 -6) là kim loại màu trắng bạc nhẹ ...

Câu chuyện

Việc phát hiện ra TiO 2 được thực hiện gần như đồng thời và độc lập bởi người Anh W. Gregor và nhà hóa học người Đức M. G. Klaproth. W. Gregor, khi điều tra thành phần của cát đen từ tính (Creed, Cornwall, Anh, 1789), đã xác định được một "đất" (oxit) mới của một kim loại chưa biết, mà ông gọi là Menakenova. Năm 1795, nhà hóa học người Đức Klaproth đã phát hiện ra một nguyên tố mới trong khoáng vật rutil và đặt tên cho nó là titan. Hai năm sau, Klaproth xác định rằng đất rutil và Menakenian là các oxit của cùng một nguyên tố, sau đó cái tên "titan", do Klaproth đề xuất, vẫn giữ nguyên. Mười năm sau, titan lần thứ ba được phát hiện. Nhà khoa học người Pháp L. Vauquelin đã phát hiện ra titan trong anatase và chứng minh rằng rutile và anatase là các oxit titan giống hệt nhau.
Mẫu titan kim loại đầu tiên được J. J. Berzelius thu được vào năm 1825. Do hoạt tính hóa học cao của titan và sự phức tạp của quá trình tinh chế, một mẫu Ti tinh khiết đã được người Hà Lan A. van Arkel và I. de Boer thu được vào năm 1925 bằng cách phân hủy nhiệt của hơi titan iodua TiI 4.

nguồn gốc của tên

Kim loại này được đặt tên để vinh danh những người khổng lồ, những nhân vật trong thần thoại Hy Lạp cổ đại, những đứa trẻ của Gaia. Tên của nguyên tố được đặt bởi Martin Klaproth, phù hợp với quan điểm của ông về danh pháp hóa học trong dòng ngược của trường hóa học Pháp, nơi họ cố gắng đặt tên nguyên tố theo tính chất hóa học của nó. Vì bản thân nhà nghiên cứu người Đức đã lưu ý đến việc không thể xác định các thuộc tính của một nguyên tố mới chỉ bằng oxit của nó, ông đã chọn một cái tên cho nó từ thần thoại, bằng cách tương tự với uranium mà ông đã phát hiện trước đó.
Tuy nhiên, theo một phiên bản khác, được xuất bản trên tạp chí "Tekhnika-Molodezhi" vào cuối những năm 1980, kim loại mới được phát hiện có tên gọi không phải do những người khổng lồ hùng mạnh trong thần thoại Hy Lạp cổ đại, mà là Titania - nữ hoàng của các tiên nữ trong thần thoại Đức. (Vợ của Oberon trong "Giấc mơ đêm mùa hè" của Shakespeare). Tên này gắn liền với "độ nhẹ" (mật độ thấp) phi thường của kim loại.

Nhận

Theo nguyên tắc, nguyên liệu ban đầu để sản xuất titan và các hợp chất của nó là titan điôxít với một lượng tạp chất tương đối nhỏ. Đặc biệt, nó có thể là chất cô đặc rutil thu được trong quá trình thụ hưởng quặng titan. Tuy nhiên, trữ lượng rutil trên thế giới rất hạn chế và người ta thường sử dụng cái gọi là rutil tổng hợp hoặc xỉ titan thu được trong quá trình chế biến tinh quặng ilmenit. Để thu được xỉ titan, tinh quặng ilmenit được khử trong lò điện hồ quang, trong khi sắt được tách thành pha kim loại (gang), và các ôxít chưa phân hủy của titan và tạp chất tạo thành pha xỉ. Xỉ giàu được xử lý bằng phương pháp clorua hoặc axit sunfuric.
Tinh quặng titan được xử lý bằng axit sulfuric hoặc luyện kim. Sản phẩm của quá trình xử lý axit sunfuric là bột titan đioxit TiO 2. Bằng phương pháp luyện kim, quặng được thiêu kết với than cốc và xử lý bằng clo, thu được một cặp titan tetraclorua TiCl 4:
TiO 2 + 2C + 2Cl 2 = TiCl 2 + 2CO

Hơi TiCl 4 tạo thành ở 850 ° C bị khử bằng magie:
TiCl 4 + 2Mg = 2MgCl 2 + Ti

"Bọt biển" titan kết quả được nấu lại và tinh chế. Titan được tinh chế bằng phương pháp iodua hoặc điện phân, tách Ti khỏi TiCl 4. Để có được thỏi titan, người ta sử dụng quá trình xử lý hồ quang, chùm tia điện tử hoặc plasma.

Tính chất vật lý

Titan là một kim loại nhẹ, có màu trắng bạc. Nó tồn tại ở hai dạng biến đổi tinh thể: α-Ti với mạng tinh thể xếp sát hình lục giác, β-Ti với dạng đóng gói tâm lập phương, nhiệt độ biến đổi đa hình α↔β là 883 ° C.
Nó có độ nhớt cao, trong quá trình gia công dễ bị dính vào dụng cụ cắt, do đó cần phủ các lớp phủ đặc biệt lên dụng cụ, các chất bôi trơn khác nhau.
Ở nhiệt độ bình thường, nó được bao phủ bởi một lớp màng thụ động bảo vệ của oxit TiO 2, do đó, nó có khả năng chống ăn mòn trong hầu hết các môi trường (trừ môi trường kiềm).
Bụi titan có xu hướng phát nổ. Điểm chớp cháy 400 ° C. Phào titan rất nguy hiểm khi cháy.

Trong bảng tuần hoàn, nguyên tố hóa học titan được ký hiệu là Ti (Titan) và nằm trong phân nhóm thứ cấp của nhóm IV, ở chu kỳ thứ 4 dưới số nguyên tử 22. Nó là một kim loại rắn màu trắng bạc, là một phần lớn số lượng chất khoáng. Bạn có thể mua titan trên trang web của chúng tôi.

Titan được phát hiện vào cuối thế kỷ 18 bởi các nhà hóa học từ Anh và Đức, Ulyam Gregor và Martin Klaproth, và độc lập với nhau với sự chênh lệch 6 năm. Tên của nguyên tố được Martin Klaproth đặt để vinh danh các ký tự Hy Lạp cổ đại của những người khổng lồ (những sinh vật khổng lồ, mạnh mẽ, bất tử). Hóa ra, cái tên này đã trở thành tiên tri, nhưng loài người phải mất hơn 150 năm để làm quen với tất cả các đặc tính của titan. Chỉ ba thập kỷ sau, người ta mới có được mẫu kim loại titan đầu tiên. Vào thời điểm đó, nó thực tế không được sử dụng do dễ vỡ. Năm 1925, sau một loạt các thí nghiệm, sử dụng phương pháp iodua, các nhà hóa học Van Arkel và De Boer đã chiết xuất được titan nguyên chất.

Nhờ những đặc tính quý giá của kim loại, các kỹ sư và nhà thiết kế đã ngay lập tức thu hút sự chú ý đến nó. Đó là một bước đột phá thực sự. Năm 1940, Kroll đã phát triển một phương pháp nhiệt magiê để sản xuất titan từ quặng. Phương pháp này vẫn còn phù hợp cho đến ngày nay.

Tính chất cơ lý

Titan là một kim loại khá chịu lửa. Điểm nóng chảy của nó là 1668 ± 3 ° С. Theo chỉ số này, nó kém hơn các kim loại như tantali, vonfram, rheni, niobi, molypden, tantali, zirconi. Titan là một kim loại thuận từ. Trong từ trường, nó không bị nhiễm từ, nhưng nó không bị đẩy ra khỏi nó. Hình ảnh 2
Titan có mật độ thấp (4,5 g / cm³) và độ bền cao (lên đến 140 kg / mm²). Những đặc tính này thực tế không thay đổi ở nhiệt độ cao. Nó nặng hơn nhôm 1,5 lần (2,7 g / cm³), nhưng nhẹ hơn sắt 1,5 lần (7,8 g / cm³). Về tính chất cơ học, titan vượt trội hơn nhiều so với các kim loại này. Về độ bền, titan và các hợp kim của nó ngang bằng với nhiều loại thép hợp kim.

Về khả năng chống ăn mòn, titan không thua kém bạch kim. Kim loại có khả năng chống xâm thực tuyệt vời. Các bọt khí hình thành trong môi trường lỏng trong quá trình chuyển động tích cực của một bộ phận titan thực tế không phá hủy nó.

Nó là một kim loại cứng có thể chống gãy và biến dạng dẻo. Nó cứng hơn nhôm 12 lần và cứng hơn đồng và sắt 4 lần. Một chỉ báo quan trọng khác là điểm năng suất. Với sự gia tăng chỉ số này, khả năng chống chịu của các bộ phận bằng titan đối với tải trọng hoạt động được cải thiện.

Trong hợp kim với một số kim loại nhất định (đặc biệt là niken và hydro), titan có khả năng "ghi nhớ" hình dạng của sản phẩm, được tạo ra ở một nhiệt độ nhất định. Một sản phẩm như vậy sau đó có thể bị biến dạng và nó sẽ giữ được vị trí này trong một thời gian dài. Nếu sản phẩm được nung nóng đến nhiệt độ mà nó được tạo ra, thì sản phẩm sẽ có hình dạng ban đầu. Thuộc tính này được gọi là "bộ nhớ".

Độ dẫn nhiệt của titan tương đối thấp và hệ số giãn nở tuyến tính, tương ứng, cũng tương đối thấp. Từ đó dẫn đến kim loại dẫn điện và dẫn nhiệt kém. Nhưng ở nhiệt độ thấp, nó là một chất siêu dẫn điện, cho phép nó truyền năng lượng trên một khoảng cách xa. Titan cũng có điện trở cao.
Kim loại titan nguyên chất có thể trải qua nhiều kiểu xử lý nóng và lạnh khác nhau. Nó có thể được kéo và làm thành dây, rèn, cuộn thành dải, tấm và lá với độ dày đến 0,01 mm. Các loại sản phẩm cán sau đây được làm từ titan: băng titan, dây titan, ống titan, ống lót titan, vòng tròn titan, thanh titan.

Tính chất hóa học

Titan tinh khiết là một nguyên tố phản ứng. Do thực tế là một lớp màng bảo vệ dày đặc được hình thành trên bề mặt của nó, kim loại có khả năng chống ăn mòn cao. Nó không bị oxy hóa trong không khí, trong nước biển mặn, không thay đổi trong nhiều môi trường hóa học mạnh (ví dụ: axit nitric loãng và đậm đặc, nước cường toan). Ở nhiệt độ cao, titan tương tác với thuốc thử tích cực hơn nhiều. Nó bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ 1200 ° C. Khi bắt lửa, kim loại phát ra ánh sáng rực rỡ. Một phản ứng tích cực cũng xảy ra với nitơ, với sự hình thành một màng nitrua màu vàng nâu trên bề mặt titan.

Phản ứng với axit clohiđric và axit sunfuric đều yếu ở nhiệt độ thường, nhưng khi đun nóng, kim loại tan mạnh. Kết quả của phản ứng, clorua thấp hơn và monosulfat được hình thành. Tương tác yếu với axit photphoric và axit nitric cũng xảy ra. Kim loại phản ứng với halogen. Phản ứng với clo diễn ra ở 300 ° C.
Phản ứng tác dụng với hiđro diễn ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng một chút. Titan tích cực hấp thụ hydro. 1 g titan có thể hấp thụ tới 400 cm³ hydro. Kim loại bị nung nóng sẽ phân hủy khí cacbonic và hơi nước. Tương tác với hơi nước xảy ra ở nhiệt độ trên 800 ° C. Kết quả của phản ứng, một oxit kim loại được tạo thành và hydro bị bay hơi. Ở nhiệt độ cao hơn, titan nóng hấp thụ carbon dioxide và tạo thành cacbua và oxit.

Phương pháp thu được

Titan là một trong những nguyên tố phong phú nhất trên Trái đất. Hàm lượng của nó trong ruột của hành tinh tính theo khối lượng là 0,57%. Nồng độ cao nhất của kim loại được quan sát thấy trong "vỏ bazan" (0,9%), trong đá granit (0,23%) và trong đá siêu Ả Rập (0,03%). Có khoảng 70 khoáng chất titan, trong đó nó được tìm thấy ở dạng axit titanic hoặc điôxít. Các khoáng chất chính của quặng titan là: ilmenit, anatase, rutil, brookit, loparit, leucoxen, perovskite và cầu. Các nhà sản xuất titan chính trên thế giới là Anh, Mỹ, Pháp, Nhật Bản, Canada, Ý, Tây Ban Nha và Bỉ.
Có một số cách để lấy titan. Tất cả đều được áp dụng vào thực tế và khá hiệu quả.

1. Quá trình nhiệt từ.

Một loại quặng chứa titan được khai thác và xử lý thành điôxít, được khử bằng clo từ từ ở nhiệt độ rất cao. Quá trình clo hóa được thực hiện trong môi trường cacbon. Sau đó, titan clorua được tạo thành do phản ứng bị khử bằng magiê. Kim loại tạo thành được nung trong thiết bị chân không ở nhiệt độ cao. Kết quả là magie và magie clorua bay hơi, để lại titan có nhiều lỗ rỗng và lỗ rỗng. Titan xốp được nấu chảy lại để thu được một kim loại chất lượng.

2. Phương pháp hiđrua-canxi.

Đầu tiên, titan hyđrua thu được, sau đó nó được tách thành các thành phần: titan và hydro. Quá trình diễn ra trong không gian không có không khí ở nhiệt độ cao. Canxi oxit được tạo thành, được rửa bằng axit yếu.
Phương pháp nhiệt canxi hiđrua và magie được sử dụng phổ biến ở quy mô công nghiệp. Những phương pháp này cho phép bạn thu được một lượng titan đáng kể trong thời gian ngắn với chi phí tài chính tối thiểu.

3. Phương pháp điện phân.

Titan clorua hoặc titan đioxit tiếp xúc với cường độ dòng điện cao. Kết quả là sự phân hủy các hợp chất.

4. Phương pháp iốt.

Titanium dioxide tương tác với hơi iốt. Tiếp theo, titan iotua tiếp xúc với nhiệt độ cao, tạo thành titan. Phương pháp này là hiệu quả nhất, nhưng cũng tốn kém nhất. Titan thu được với độ tinh khiết rất cao không có tạp chất và phụ gia.

Ứng dụng titan

Do đặc tính chống ăn mòn tốt nên titan được dùng để sản xuất các thiết bị hóa chất. Khả năng chịu nhiệt cao của kim loại và hợp kim của nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng chúng trong công nghệ hiện đại. Hợp kim titan là vật liệu tuyệt vời để chế tạo máy bay, tên lửa và đóng tàu.

Tượng đài được làm bằng titan. Chuông làm bằng kim loại này được biết đến với âm thanh đặc biệt và rất hay. Titanium dioxide là một thành phần của một số loại thuốc, chẳng hạn như thuốc mỡ chữa bệnh ngoài da. Các hợp chất kim loại với niken, nhôm và cacbon cũng đang có nhu cầu lớn.

Titan và các hợp kim của nó đã được ứng dụng trong các lĩnh vực như công nghiệp hóa chất và thực phẩm, luyện kim màu, điện tử, công nghệ hạt nhân, kỹ thuật điện, mạ điện. Vũ khí, tấm áo giáp, dụng cụ phẫu thuật và thiết bị cấy ghép, thiết bị tưới tiêu, thiết bị thể thao và thậm chí cả đồ trang sức đều được làm từ titan và các hợp kim của nó. Trong quá trình thấm nitơ, một lớp màng vàng được hình thành trên bề mặt kim loại, có vẻ đẹp không thua kém gì vàng thật.

- một phần tử của nhóm thứ 4 của thời kỳ thứ 4. Kim loại chuyển tiếp, thể hiện cả tính bazơ và tính axit, có tính phổ biến khá rộng rãi trong tự nhiên - vị trí thứ 10. Điều thú vị nhất đối với nền kinh tế quốc dân là sự kết hợp giữa độ cứng và độ nhẹ của kim loại cao, khiến nó trở thành một yếu tố không thể thiếu để chế tạo máy bay. Bài viết này sẽ cho bạn biết về cách đánh dấu, hợp kim và các tính chất khác của kim loại titan, đưa ra mô tả chung và sự thật thú vị về nó.

Về ngoại hình, kim loại hầu hết giống thép, nhưng chất lượng cơ học của nó cao hơn. Đồng thời, titan được chú ý bởi trọng lượng thấp - trọng lượng phân tử 22. Các tính chất vật lý của nguyên tố đã được nghiên cứu khá kỹ lưỡng, nhưng chúng phụ thuộc rất nhiều vào độ tinh khiết của kim loại, dẫn đến sai lệch đáng kể.

Ngoài ra, các tính chất hóa học cụ thể của nó cũng quan trọng. Titan có khả năng chống kiềm, axit nitric, đồng thời tương tác mạnh với các halogen khô và ở nhiệt độ cao hơn - với oxy và nitơ. Tệ hơn, nó bắt đầu hấp thụ hydro ngay cả ở nhiệt độ phòng nếu có bề mặt hoạt động. Và trong quá trình nóng chảy, nó hấp thụ oxy và hydro một cách mạnh mẽ đến mức quá trình tan chảy phải được thực hiện trong chân không.

Một đặc điểm quan trọng khác quyết định đặc điểm vật lý là sự tồn tại của 2 giai đoạn trạng thái.

• Nhiệt độ thấp- α-Ti có mạng tinh thể hình lục giác xếp khít nhau, khối lượng riêng của chất là 4,55 g / đvC. cm (ở 20 C).
• Nhiệt độ cao- β-Ti được đặc trưng bởi một mạng tinh thể lập phương tâm khối, mật độ pha, tương ứng, nhỏ hơn - 4, 32 g / cc. xem (ở 900C).

Nhiệt độ chuyển pha là 883 C.

Ở điều kiện thường, kim loại được phủ một lớp màng oxit bảo vệ. Khi không có nó, titan gây ra một mối nguy hiểm lớn. Vì vậy, bụi titan có thể phát nổ, nhiệt độ của một tia chớp như vậy là 400C. Phào titan là vật liệu nguy hiểm khi cháy và được bảo quản trong môi trường đặc biệt.

Video dưới đây cho biết về cấu trúc và tính chất của titan:

Tính chất và đặc điểm của titan

Ngày nay titan là vật liệu bền nhất trong số tất cả các vật liệu kỹ thuật hiện có, do đó, mặc dù việc thu thập phức tạp và yêu cầu an toàn cao, nó được sử dụng khá rộng rãi. Các đặc tính vật lý của nguyên tố là khá bất thường, nhưng phụ thuộc nhiều vào độ tinh khiết. Vì vậy, titan nguyên chất và hợp kim được sử dụng tích cực trong chế tạo tên lửa và máy bay, trong khi các hợp kim kỹ thuật không phù hợp, vì chúng mất sức ở nhiệt độ cao do tạp chất.

Khối lượng riêng của kim loại

Khối lượng riêng của một chất thay đổi theo nhiệt độ và pha.

• Ở nhiệt độ từ 0 đến nhiệt độ nóng chảy, nó giảm từ 4,51 đến 4,26 g / cc. cm, và trong quá trình chuyển pha tăng 0,15%, và sau đó lại giảm.
• Khối lượng riêng của kim loại lỏng là 4,12 g / cu. cm, và sau đó giảm khi nhiệt độ tăng.

Điểm nóng chảy và sôi

Sự chuyển pha chia tất cả các thuộc tính của kim loại thành các đặc tính mà pha α và β có thể thể hiện. Vì vậy, mật độ lên đến 883 C liên quan đến phẩm chất của pha α, và điểm nóng chảy và sôi - cho các thông số của pha β.

• Điểm nóng chảy của titan (tính bằng độ) là 1668 +/- 5 C;
• Nhiệt độ sôi đạt 3227 C.

Quá trình đốt titan được đề cập trong video này:

Tính năng cơ học

Titan cứng hơn sắt khoảng 2 lần và mạnh hơn nhôm 6 lần, điều này làm cho nó trở thành một vật liệu cấu trúc có giá trị như vậy. Các chỉ số liên quan đến các thuộc tính của pha α.

• Độ bền kéo của chất trong lực căng là 300-450 MPa. Chỉ số có thể được tăng lên 2000 MPa bằng cách thêm một số nguyên tố, cũng như sử dụng quá trình xử lý đặc biệt - làm cứng và lão hóa.

Điều thú vị là titan vẫn giữ được độ bền riêng cao ngay cả ở nhiệt độ thấp nhất. Hơn nữa, với sự giảm nhiệt độ, độ bền uốn tăng lên: ở +20 C, chỉ số là 700 MPa, và ở -196 - 1100 MPa.

• Tính đàn hồi của kim loại tương đối thấp, đây là một nhược điểm đáng kể của chất này. Mô đun đàn hồi ở điều kiện bình thường là 110,25 GPa. Ngoài ra, titan được đặc trưng bởi tính dị hướng: độ đàn hồi theo các hướng khác nhau đạt các giá trị khác nhau.
• Độ cứng của chất trên thang HB là 103. Hơn nữa, chất chỉ thị là trung bình. Tùy thuộc vào độ tinh khiết của kim loại và bản chất của các tạp chất, độ cứng có thể cao hơn.
• Điểm năng suất thông thường là 250-380 MPa. Chỉ số này càng cao thì các sản phẩm làm bằng chất này càng chịu được tải tốt và càng chống mài mòn. Chỉ số titan vượt chỉ số nhôm 18 lần.

So với các kim loại khác có cùng mạng tinh thể thì kim loại có độ dẻo và độ dẻo rất cao.

Nhiệt dung

Kim loại được đặc trưng bởi tính dẫn nhiệt thấp, do đó, trong các lĩnh vực liên quan, ví dụ, sản xuất nhiệt điện cực không được sử dụng.

• Độ dẫn nhiệt của nó là 16,76 l, W / (m × độ). Số này ít hơn sắt 4 lần và ít hơn sắt 12 lần.
• Nhưng hệ số nở vì nhiệt của titan không đáng kể ở nhiệt độ thường và tăng khi nhiệt độ tăng.
• Nhiệt dung của kim loại là 0,523 kJ / (kg · K).

Đặc điểm điện từ

Như thường lệ, độ dẫn nhiệt thấp cũng dẫn đến độ dẫn điện thấp.

• Điện trở riêng của kim loại rất cao - 42,1 · 10 -6 ohm · cm trong điều kiện bình thường. Nếu chúng ta giả định rằng độ dẫn điện của bạc là 100%, thì độ dẫn điện của titan sẽ là 3,8%.
• Titan là một paramagnet, nghĩa là nó không thể bị nhiễm từ trong trường, giống như sắt, nhưng cũng bị đẩy ra khỏi trường, vì nó sẽ không bị nhiễm từ. Tính chất này giảm một cách tuyến tính khi nhiệt độ giảm, nhưng khi vượt qua mức tối thiểu, nó sẽ tăng lên phần nào. Độ cảm từ riêng là 3,2 10 -6 G -1. Cần lưu ý rằng tính nhạy cảm, cũng như tính đàn hồi, hình thành tính dị hướng và thay đổi tùy theo hướng.

Ở nhiệt độ 3,8 K, titan trở thành chất siêu dẫn.

Chống ăn mòn

Ở điều kiện bình thường, titan có tính chống ăn mòn rất cao. Trong không khí, nó được bao phủ bởi một lớp oxit titan dày 5–15 µm, mang lại tính trơ hóa học tuyệt vời. Kim loại không bị ăn mòn trong không khí, không khí biển, nước biển, clo ẩm, nước clo và nhiều dung dịch công nghệ và thuốc thử khác, là vật liệu không thể thiếu trong các ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất giấy và dầu mỏ.

Với sự gia tăng nhiệt độ hoặc mài mạnh kim loại, hình ảnh sẽ thay đổi đáng kể. Kim loại phản ứng với hầu hết các loại khí tạo nên khí quyển, và ở trạng thái lỏng, nó cũng hấp thụ chúng.

Sự an toàn

Titan là một trong những kim loại trơ về mặt sinh học nhất. Trong y học, nó được sử dụng để sản xuất các bộ phận giả, vì nó có khả năng chống ăn mòn, nhẹ và bền.

Titanium dioxide không an toàn bằng, mặc dù nó được sử dụng thường xuyên hơn - ví dụ như trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, thực phẩm. Theo một số báo cáo - UCLA, nghiên cứu của giáo sư bệnh học Robert Schistle, các hạt nano titanium dioxide ảnh hưởng đến bộ máy di truyền và có thể góp phần vào sự phát triển của bệnh ung thư. Hơn nữa, chất này không thấm qua da, do đó việc sử dụng kem chống nắng có chứa dioxit không gây nguy hiểm, nhưng chất đi vào bên trong cơ thể - cùng với thuốc nhuộm thực phẩm, phụ gia sinh học, có thể gây nguy hiểm.

Titan là một kim loại mạnh, cứng và nhẹ độc đáo với các tính chất vật lý và hóa học rất thú vị. Sự kết hợp này có giá trị đến mức ngay cả những khó khăn trong quá trình nấu chảy và tinh luyện titan cũng không ngăn được các nhà sản xuất.

Làm thế nào để phân biệt titan với thép, video này sẽ cho bạn biết:

Câu chuyện

Việc phát hiện ra titanium dioxide (TiO 2) được thực hiện gần như đồng thời và độc lập với nhau bởi người Anh W. Gregor và nhà hóa học người Đức M. G. Klaproth. W. Gregor, khi điều tra thành phần của cát màu từ tính (Creed, Cornwall, Anh), đã xác định được một loại "đất" (oxit) mới của một kim loại chưa biết, mà ông đặt tên là Menakenova. Năm 1795, nhà hóa học người Đức Klaproth đã phát hiện ra một nguyên tố mới trong khoáng vật rutil và đặt tên cho nó là titan. Hai năm sau, Klaproth xác định rằng đất rutil và Menakenian là các oxit của cùng một nguyên tố, sau đó cái tên "titan", do Klaproth đề xuất, vẫn giữ nguyên. Mười năm sau, titan được phát hiện lần thứ ba: nhà khoa học người Pháp L. Vauquelin đã phát hiện ra titan trong anatase và chứng minh rằng rutile và anatase là các oxit titan giống hệt nhau.

Mẫu titan kim loại đầu tiên được thu thập vào năm 1825 bởi người Thụy Điển J. J. Berzelius. Do hoạt tính hóa học cao của titan và sự phức tạp của quá trình tinh chế, một mẫu Ti tinh khiết đã được người Hà Lan A. van Arkel và I. de Boer thu được vào năm 1925 bằng cách phân hủy nhiệt của hơi titan iodua TiI 4.

Titan không được sử dụng trong công nghiệp cho đến khi Luxembourger G. Kroll (Tiếng Anh) tiếng Nga vào năm 1940, ông đã không cấp bằng sáng chế cho một phương pháp nhiệt magiê đơn giản để khử titan kim loại khỏi tetraclorua; phương pháp này (quy trình Kroll (Tiếng Anh) tiếng Nga) cho đến nay vẫn là một trong những ngành chính trong sản xuất công nghiệp titan.

nguồn gốc của tên

Kim loại này được đặt tên để vinh danh những người khổng lồ, những nhân vật trong thần thoại Hy Lạp cổ đại, những đứa trẻ của Gaia. Tên của nguyên tố do Martin Klaproth đưa ra phù hợp với quan điểm của ông về danh pháp hóa học, trái ngược với trường phái hóa học của Pháp, nơi họ cố gắng đặt tên nguyên tố theo tính chất hóa học của nó. Vì bản thân nhà nghiên cứu người Đức đã lưu ý đến việc không thể xác định các thuộc tính của một nguyên tố mới chỉ bằng oxit của nó, ông đã chọn một cái tên cho nó từ thần thoại, bằng cách tương tự với uranium mà ông đã phát hiện trước đó.

Ở trong tự nhiên

Titan có nhiều thứ 10 trong tự nhiên. Hàm lượng trong vỏ trái đất là 0,57% trọng lượng, trong nước biển - 0,001 mg / l. Trong đá siêu Ả Rập 300 g / tấn, trong đá cơ bản - 9 kg / tấn, trong đá axit 2,3 kg / tấn, trong đất sét và đá phiến 4,5 kg / tấn. Trong vỏ trái đất, titan hầu như luôn luôn là hóa trị bốn và chỉ có trong các hợp chất chứa oxy. Không tìm thấy ở dạng miễn phí. Titan trong điều kiện phong hóa và trầm tích có ái lực địa hóa với Al 2 O 3. Nó tập trung trong bôxit của lớp vỏ phong hóa và trong trầm tích đất sét biển. Titan được chuyển dưới dạng các mảnh cơ học của khoáng chất và ở dạng keo. Có tới 30% TiO 2 tính theo trọng lượng tích tụ trong một số loại đất sét. Khoáng chất titan có khả năng chống lại thời tiết và hình thành nồng độ lớn trong chất giả. Hơn 100 khoáng chất chứa titan đã được biết đến. Chất quan trọng nhất trong số đó: rutile TiO 2, ilmenit FeTiO 3, titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskite CaTiO 3, titanite (hình cầu) CaTiSiO 5. Có quặng titan nguyên sinh - ilmenit-titanomagnetit và quặng sa khoáng - rutile-ilmenit-zircon.

Nơi sinh

Các mỏ titan sơ cấp lớn nằm ở Nam Phi, Nga, Ukraine, Canada, Mỹ, Trung Quốc, Na Uy, Thụy Điển, Ai Cập, Australia, Ấn Độ, Hàn Quốc, Kazakhstan; các mỏ sa khoáng được tìm thấy ở Brazil, Ấn Độ, Mỹ, Sierra Leone, Australia. Trong các nước SNG, Liên bang Nga (58,5%) và Ukraine (40,2%) dẫn đầu về trữ lượng quặng titan đã được thăm dò. Khoản tiền gửi lớn nhất ở Nga là Yaregskoye.

Dự trữ và sản xuất

Tính đến năm 2002, 90% titan được khai thác được sử dụng để sản xuất titan đioxit TiO 2. Sản lượng titan điôxít trên thế giới là 4,5 triệu tấn mỗi năm. Trữ lượng titan điôxít đã được chứng minh (không bao gồm Nga) lên tới khoảng 800 triệu tấn. Năm 2006, theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, tính theo titan điôxít và ngoại trừ Nga, trữ lượng quặng ilmenit là 603-673 triệu tấn, và quặng rutil - 49, 7-52,7 triệu tấn. Như vậy, với tốc độ sản xuất hiện tại của trữ lượng titan đã được chứng minh trên thế giới (không bao gồm Nga), sẽ đủ cho hơn 150 năm.

Nga sở hữu trữ lượng titan lớn thứ hai trên thế giới sau Trung Quốc. Cơ sở tài nguyên khoáng sản titan ở Nga được tạo thành từ 20 mỏ (trong đó 11 mỏ nguyên sinh và 9 mỏ sa khoáng), phân bố khá đồng đều trên khắp đất nước. Mỏ lớn nhất trong số các mỏ đã được khám phá (Yaregskoye) nằm cách thành phố Ukhta (Cộng hòa Komi) 25 km. Trữ lượng của mỏ này ước tính khoảng 2 tỷ tấn quặng với hàm lượng titan điôxít trung bình khoảng 10%.

Nhà sản xuất titan lớn nhất thế giới là công ty VSMPO-AVISMA của Nga.

Nhận

Theo nguyên tắc, nguyên liệu ban đầu để sản xuất titan và các hợp chất của nó là titan điôxít với một lượng tạp chất tương đối nhỏ. Đặc biệt, nó có thể là chất cô đặc rutil thu được trong quá trình thụ hưởng quặng titan. Tuy nhiên, trữ lượng rutil trên thế giới rất hạn chế và người ta thường sử dụng cái gọi là rutil tổng hợp hoặc xỉ titan thu được trong quá trình chế biến tinh quặng ilmenit. Để thu được xỉ titan, tinh quặng ilmenit được khử trong lò điện hồ quang, trong khi sắt được tách thành pha kim loại (gang), và các ôxít chưa phân hủy của titan và tạp chất tạo thành pha xỉ. Xỉ giàu được xử lý bằng phương pháp clorua hoặc axit sunfuric.

Tinh quặng titan được xử lý bằng axit sulfuric hoặc luyện kim. Sản phẩm của quá trình xử lý axit sunfuric là bột titan đioxit TiO 2. Bằng phương pháp luyện kim, quặng được thiêu kết với than cốc và xử lý bằng clo, thu được một cặp titan tetraclorua TiCl 4:

Hơi TiCl 4 tạo thành ở 850 ° C bị khử bằng magie:

Ngoài ra, cái gọi là quy trình FFC Cambridge hiện đang bắt đầu trở nên phổ biến, được đặt tên theo các nhà phát triển của nó là Derek Frey, Tom Farthing và George Chen từ Đại học Cambridge, nơi nó được tạo ra. Quá trình điện hóa này cho phép khử titan liên tục trực tiếp từ oxit trong một hỗn hợp nóng chảy của clorua canxi và vôi sống (canxi oxit). Quá trình này sử dụng một bể điện phân chứa đầy hỗn hợp canxi clorua và vôi, với một cực dương bằng than chì tiêu hao (hoặc trung tính) và một cực âm được làm từ ôxít bị khử. Khi cho dòng điện chạy qua bồn tắm, nhiệt độ nhanh chóng đạt đến ~ 1000-1100 ° C, và canxi oxit nóng chảy phân hủy ở cực dương thành oxy và canxi kim loại:

Ôxy tạo thành sẽ ôxy hóa cực dương (trong trường hợp sử dụng than chì) và canxi di chuyển trong quá trình nóng chảy đến cực âm, nơi nó khử titan khỏi ôxít của nó:

Canxi oxit được tạo thành một lần nữa phân ly thành oxy và canxi kim loại, và quá trình này được lặp lại cho đến khi cực âm hoàn toàn chuyển thành một miếng bọt biển titan hoặc oxit canxi hết. Clorua canxi trong quá trình này được sử dụng như một chất điện phân để tạo ra độ dẫn điện cho sự nóng chảy và tính linh động của các ion canxi và oxy hoạt động. Khi sử dụng anot trơ (ví dụ, thiếc dioxide), thay vì carbon dioxide, oxy phân tử được giải phóng ở anot, làm ô nhiễm môi trường ít hơn, nhưng quá trình trong trường hợp này trở nên kém ổn định hơn, và ngoài ra, trong một số điều kiện , sự phân hủy clorua trở nên thuận lợi hơn về mặt năng lượng và không phải là oxit canxi, dẫn đến giải phóng clo phân tử.

"Bọt biển" titan kết quả được nấu lại và tinh chế. Titan được tinh chế bằng phương pháp iodua hoặc điện phân, tách Ti khỏi TiCl 4. Để có được thỏi titan, người ta sử dụng quá trình xử lý hồ quang, chùm tia điện tử hoặc plasma.

Tính chất vật lý

Titan là một kim loại nhẹ, có màu trắng bạc. Ở áp suất thường, nó tồn tại ở hai dạng biến đổi tinh thể: α-Ti ở nhiệt độ thấp với mạng tinh thể xếp sát hình lục giác (hệ lục giác, nhóm không gian C 6mmc, tham số ô Một= 0,2953 nm, C= 0,4729 nm, Z = 2 ) và β-Ti nhiệt độ cao với bao bì tập trung vào thân khối (hệ lập phương, nhóm không gian Tôi 3m, tham số ô Một= 0,3269 nm, Z = 2 ), nhiệt độ chuyển tiếp α↔β 883 ° C, nhiệt chuyển tiếp Δ H= 3,8 kJ / mol (87,4 kJ / kg). Khi hòa tan trong titan, hầu hết các kim loại ổn định pha β và hạ nhiệt độ chuyển tiếp α↔β. Ở áp suất trên 9 GPa và nhiệt độ trên 900 ° C, titan chuyển thành pha lục giác (ω -Ti). Khối lượng riêng của α -Ti và β -Ti lần lượt là 4,505 g / cm³ (ở 20 ° C) và 4,32 g / cm³ (ở 900 ° C). Mật độ nguyên tử của α-titan là 5,67⋅10 22 at / cm³.

Điểm nóng chảy của titan ở áp suất bình thường là 1670 ± 2 ° C, hoặc 1943 ± 2 K (được chấp nhận là một trong những điểm hiệu chuẩn thứ cấp của thang nhiệt độ ITS-90 (Tiếng Anh) tiếng Nga). Nhiệt độ sôi là 3287 ° C. Ở nhiệt độ đủ thấp (-80 ° C), titan trở nên khá giòn. Nhiệt dung phân tử ở điều kiện bình thường C p= 25,060 kJ / (mol K), tương ứng với nhiệt dung riêng là 0,523 kJ / (kg · K). Nhiệt của phản ứng tổng hợp là 15 kJ / mol, nhiệt hóa hơi là 410 kJ / mol. Nhiệt độ Debye đặc trưng là 430 K. Độ dẫn nhiệt 21,9 W / (m K) ở 20 ° C. Hệ số nhiệt độ của giãn nở tuyến tính là 9,2 · 10 −6 K −1 trong khoảng từ −120 đến +860 ° C. Entropi mol của α-titan S 0 = 30,7 kJ / (mol K). Đối với titan ở pha khí, entanpi của sự hình thành Δ H0
f= 473,0 kJ / mol, Năng lượng Gibbs Δ G0
f= 428,4 kJ / mol, entropi mol S 0 = 180,3 kJ / (mol K), nhiệt dung ở áp suất không đổi C p= 24,4 kJ / (mol K)

Chất dẻo, có thể hàn được trong môi trường trơ. Đặc tính độ bền phụ thuộc ít vào nhiệt độ, nhưng phụ thuộc nhiều vào độ tinh khiết và tiền xử lý. Đối với titan kỹ thuật, độ cứng Vickers là 790-800 MPa, mô-đun đàn hồi thông thường là 103 GPa và mô-đun cắt là 39,2 GPa. Titan có độ tinh khiết cao được ủ sơ bộ trong chân không có độ bền chảy 140-170 MPa, độ giãn dài tương đối là 55-70% và độ cứng Brinell là 716 MPa.

Nó có độ nhớt cao, trong quá trình gia công dễ bị dính vào dụng cụ cắt, do đó cần phủ các lớp phủ đặc biệt lên dụng cụ, các chất bôi trơn khác nhau.

Ở nhiệt độ bình thường, nó được bao phủ bởi một lớp màng thụ động bảo vệ của oxit TiO 2, do đó, nó có khả năng chống ăn mòn trong hầu hết các môi trường (trừ môi trường kiềm).

Đồng vị

Titan tự nhiên bao gồm một hỗn hợp của năm đồng vị ổn định: 46 Ti (độ phong phú đồng vị 7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5,34%).

Trong số các đồng vị nhân tạo, đồng vị tồn tại lâu nhất là 44 Ti (chu kỳ bán rã 60 năm) và 45 Ti (chu kỳ bán rã 184 phút).

Tính chất hóa học

Nó dễ dàng phản ứng ngay cả với các axit yếu khi có mặt các chất tạo phức, ví dụ, với axit flohydric, nó tương tác do sự hình thành anion 2−. Titan dễ bị ăn mòn nhất trong môi trường hữu cơ, vì khi có nước, một màng thụ động dày đặc của oxit titan và hydrua hình thành trên bề mặt của sản phẩm titan. Sự gia tăng đáng chú ý nhất về khả năng chống ăn mòn của titan là đáng chú ý với sự gia tăng hàm lượng nước trong môi trường xâm thực từ 0,5 đến 8,0%, được xác nhận bởi các nghiên cứu điện hóa về thế điện cực của titan trong dung dịch axit và kiềm trong dung dịch nước hỗn hợp -các phương tiện truyền thông.

Khi nung nóng trong không khí đến 1200 ° C, Ti bốc cháy với ngọn lửa trắng sáng, tạo thành các pha oxit có thành phần biến đổi TiO x. Từ dung dịch muối titan tạo kết tủa hiđroxit TiO (OH) 2 · xH 2 O, sau đó nung cẩn thận thu được oxit TiO 2. Hiđroxit TiO (OH) 2 · xH 2 O và đioxit TiO 2 là chất lưỡng tính.

Khi titan tương tác với carbon, titan cacbua TiC x (x = 0,49-1,00) được hình thành.

• Titan ở dạng hợp kim là vật liệu cấu trúc quan trọng nhất trong máy bay, tên lửa và đóng tàu.
• Kim loại được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất (lò phản ứng, đường ống, máy bơm, phụ kiện đường ống), ngành công nghiệp quân sự (áo giáp, áo giáp và tường lửa trong hàng không, vỏ tàu ngầm), các quy trình công nghiệp (nhà máy khử muối, quy trình bột giấy và giấy), ô tô công nghiệp, công nghiệp nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, đồ thể thao, đồ trang sức, điện thoại di động, hợp kim nhẹ, v.v.
• Titan trơ về mặt sinh lý, đó là lý do tại sao nó được sử dụng trong y học (phục hình, nắn xương, cấy ghép nha khoa), trong các dụng cụ nha khoa và nội nha, và đồ trang sức xỏ lỗ.
• Đúc titan được thực hiện trong lò chân không thành khuôn graphit. Đúc đầu tư chân không cũng được sử dụng. Do những khó khăn về công nghệ trong việc đúc nghệ thuật nên nó được sử dụng ở một mức độ hạn chế. Tác phẩm điêu khắc đúc hoành tráng làm bằng titan đầu tiên trên thế giới là tượng đài Yuri Gagarin trên quảng trường mang tên ông ở Moscow.
• Titan là một hợp kim bổ sung trong nhiều hợp kim