Titāns ir stiprs un viegls ugunsizturīgs metāls. Titāna sakausējumi ir kritiski svarīgi kosmiskās aviācijas nozarē, vienlaikus tos lieto arī medicīnas, ķīmiskajā un militārajā aparatūrā, kā arī sporta aprīkojumā.
Aviācijas un kosmosa lietojumi konts 80% no titāna patēriņa, bet 20% metāla tiek izmantoti bruņās, medicīniskajā aparatūrā un patēriņa precēs.
Titāna īpašības
- Atomu simbols: Ti
- Atomu skaitlis: 22
- Elementa kategorija: Pārejas metāls
- Blīvums: 4,506 / cm3
- Kušanas temperatūra: 1670 ° C (3038 ° F)
- Vārīšanās punkts: 3287 ° C (5949 ° F)
- Moha cietība: 6
Raksturlielumi
Sakausējumi kas satur titānu, ir pazīstami ar augstu izturību, mazu svaru un izcilu izturību pret koroziju. Neskatoties uz to, ka viņš ir tik spēcīgs kā tērauda, titāna svars ir par aptuveni 40% vieglāks.
Tas kopā ar izturību pret kavitāciju (straujas spiediena izmaiņas, kas izraisa triecienviļņus, kas var) laika gaitā vājināt vai sabojāt metālu) un eroziju, padarot to par būtisku konstrukcijas metālu kosmiskajā telpā inženieri.
Titāns ir arī milzīgs ar izturību pret
korozija gan ar ūdeni, gan ķīmiskiem līdzekļiem. Šī pretestība ir plāna titāna dioksīda (TiO2), kas veidojas uz tā virsmas, kurai šiem materiāliem ir ārkārtīgi grūti iekļūt.Titānam ir zems elastības modulis. Tas nozīmē, ka titāns ir ļoti elastīgs un pēc saliekšanas var atgriezties sākotnējā formā. Atmiņas sakausējumi (sakausējumi, kas aukstumā var deformēties, bet karsējot tie atgriezīsies sākotnējā formā) ir svarīgi daudzām modernām vajadzībām.
Titāns nav magnētisks un bioloģiski saderīgs (nav toksisks, nav alerģisks), kā rezultātā tas arvien vairāk tiek izmantots medicīnas jomā.
Vēsture
Titāna metāla izmantošana jebkurā formā patiešām attīstījās tikai pēc Otrā pasaules kara. Faktiski titāns netika izolēts kā metāls, kamēr amerikāņu ķīmiķis Metjū Hunters to neizgatavoja, reducējot titāna tetrahlorīdu (TiCl4) ar nātriju 1910. gadā; metode, kas tagad pazīstama kā Hantera process.
Tomēr komerciālā ražošana notika tikai pēc tam, kad Viljams Džastins Krols parādīja, ka titānu var samazināt arī no hlorīda, izmantojot magniju pagājušā gadsimta 30. gados. Krollas process joprojām ir visizplatītākā komerciālās ražošanas metode līdz šai dienai.
Pēc tam, kad tika izstrādāta rentabla ražošanas metode, pirmais titāna lielākais pielietojums bija militārajās lidmašīnās. Gan padomju, gan amerikāņu militārās lidmašīnas un zemūdenes, kas projektētas pagājušā gadsimta piecdesmitajos un sešdesmitajos gados, sāka izmantot titāna sakausējumus. Līdz 1960. gadu sākumam titāna sakausējumus sāka izmantot arī komerciālo lidmašīnu ražotāji.
Medicīnas nozare, īpaši zobu implanti un protezēšana, pamodās uz titāna lietderību pēc zviedru ārsta Per-Ingvara Branemarka pētījumiem, kas datēti ar piecdesmitajos gados parādījās, ka titāns neizraisa negatīvu imūno reakciju cilvēkiem, ļaujot metālam integrēties mūsu ķermenī procesā, kuru viņš sauc osseointegrācija.
Ražošana
Lai arī titāns ir ceturtais biežākais metāla elements zemes garozā (aiz alumīnija, dzelzs un magnija), titāna metāls ir ārkārtīgi jutīgs pret piesārņojumu, jo īpaši ar skābekli, kas veido tā salīdzinoši neseno attīstību un ir augsts izmaksas.
Galvenās titāna primārajā ražošanā izmantotās rūdas ir ilmenīts un rutila, kas attiecīgi veido aptuveni 90% un 10% no saražotā.
2015. gadā tika saražoti gandrīz 10 miljoni tonnu titāna minerālu koncentrāta, kaut arī tikai a Neliela daļa (apmēram 5%) no titāna koncentrāta, kas saražots katru gadu, galu galā nonāk titānā metāls. Tā vietā lielāko daļu izmanto titāna dioksīda (TiO2), balināšana pigments izmanto krāsās, pārtikā, medikamentos un kosmētikā.
Pirmajā Kroll procesa posmā titāna rūdu sasmalcina un karsē ar koksa oglēm hlora atmosfērā, lai iegūtu titāna tetrahlorīdu (TiCl4). Pēc tam hlorīdu notver un nosūta caur kondensatoru, no kura iegūst titāna hlorīda šķidrumu, kas ir vairāk 99% tīrs.
Pēc tam titāna tetrahlorīdu tieši nosūta traukos, kuros ir izkusis magnijs. Lai izvairītos no piesārņojuma ar skābekli, to padara inertu, pievienojot argona gāzi.
Sekojošā destilācijas procesa laikā, kas var ilgt vairākas dienas, trauku silda līdz 1832 ° F (1000 ° C). Magnijs reaģē ar titāna hlorīdu, noņemot hlorīdu un iegūstot elementāru titāna un magnija hlorīdu.
Rezultātā iegūto šķiedru titānu sauc par titāna sūkli. Lai iegūtu titāna sakausējumus un augstas tīrības pakāpes titāna lietņus, titāna sūkli var kausēt ar dažādiem leģējošiem elementiem, izmantojot elektronu staru, plazmas loka vai vakuuma loka kausēšanu.