Temperatura nanošenja titana. Metal od titana. Proizvodnja i obrada

Titan (Ti), Ti, kemijski je element grupe IV periodičnog sustava elemenata D. I. Mendeleeva. Serijski broj 22, atomska težina 47,90. Sastoji se od 5 stabilnih izotopa; dobiveni su i umjetno radioaktivni izotopi.

1791. engleski kemičar W. Gregor pronašao je novu zemlju u pijesku iz grada Menacan (Engleska, Cornwall), koju je nazvao menacanova. Godine 1795. njemački kemičar M. Klairot otkrio je u rutilnom mineralnom još uvijek nepoznatu zemlju, čiji je metal nazvao Titan [na grčkom. mitologija, titani su djeca Urana (Nebo) i Gaje (Zemlja)]. Klaprot je 1797. godine dokazao identitet ove zemlje s otkrivenim W. Gregorom. Čisti titan je 1910. godine izolirao američki kemičar Hunter redukcijom tetraklorida titana i natrija u željeznoj bombi.

Biti u prirodi

Titan je jedan od najčešćih elemenata u prirodi, njegov sadržaj u zemljinoj kori je 0,6% (težina). Javlja se uglavnom u obliku TiO 2 dioksida ili njegovih spojeva - titanata. Poznato je više od 60 minerala, među kojima je i titan, a nalazi se i u tlu, u životinjskim i biljnim organizmima. ilmenitFeTiO 3 i rutilTiO 2 služi kao glavna sirovina za proizvodnju titana. Kao izvor titana, šljaka iz taljenja dobiva na značaju titanski magnetitii ilmenite.

Fizička i kemijska svojstva

Titan postoji u dva stanja: amorfni - tamno sivi prah, gustoće 3.392-3.395 g / cm3 i kristalni, gustoće 4.5 g / cm3. Za kristalni titan poznate su dvije modifikacije s prijelaznom točkom na 885 ° (stabilan šesterokutni oblik ispod 885 °, kubni iznad); t ° pl oko 1680 °; t ° bala iznad 3000 °. Titan aktivno apsorbira plinove (vodik, kisik, dušik), što ga čini vrlo krhkim. Tehnički metal se može vruće obrađivati. Savršeno čisti metal može se valjati po hladnoći. Na zraku pri uobičajenoj temperaturi, titan se ne mijenja, pri zagrijavanju tvori mješavinu Ti203 oksida i TiN nitrida. U struji kisika tijekom zagrijavanja oksidira u TiO 2 dioksid. Na visokim temperaturama reagira s ugljikom, silicijem, fosforom, sumporom itd. Otporan je na morsku vodu, dušičnu kiselinu, vlažni klor, organske kiseline i jake lužine. Topiva je u sumpornoj, klorovodičnoj i fluorovodičnoj kiselini, najbolje u mješavini HF i HNO 3. Dodavanje oksidirajućeg agensa kiselinama štiti metal od korozije na sobnoj temperaturi. Četverovalentni halogenidi titana, s izuzetkom TiCl 4, kristalna su tijela koja su topljiva i hlapljiva u vodenoj otopini, hidralizirana su, podložna stvaranju složenih spojeva, od kojih je značajan u tehnologiji i analitičkoj praksi kalijev fluorotitanat K2 TiF 6. Karbidni TiC i nitrid TiN su tvari slične metalima koje su vrlo tvrde (titanov karbid tvrđi od karborunduma), vatrostalne (TiC, t ° pl \u003d 3140 °; TiN, t ° pl \u003d 3200 °) i dobre električne vodljivosti.

Kemijski element br. 22 Titan.

Elektronska formula titana ima oblik: 1s 2 | 2s 2 2p 6 | 3s 2 3p 6 3d 2 | 4s 2.

Serijski broj titana u periodičnom sustavu kemijskih elemenata Mendeleev - 22. Broj elementa označava naboj dvorišta, stoga titanijum ima naboj jezgre +22, masa jezgre 47,87. Titani se nalazi u četvrtom razdoblju, u podskupini. Broj razdoblja označava broj elektroničkih slojeva. Broj grupe označava broj valentnih elektrona. Podgrupa ukazuje da je titan d-element.

Titanijum ima dva valentna elektrona na s-orbitalama vanjskog sloja i dva valentna elektrona na d-orbitalama vanjskog sloja.

Kvantni brojevi za svaki valentni elektron:

4s4s 3d

Sa halogenima i vodikom, Ti (IV) tvori spojeve oblika TiX 4 koji imaju hibridizaciju sp3 → q4.

Titan je metalni. Prvi je element d-skupine. Najstabilniji i najčešći je Ti +4. Postoje i spojevi s nižim stupnjevima oksidacije - Ti 0, Ti -1, Ti + 2, Ti +3, ali ovi se spojevi lako oksidiraju zrakom, vodom ili drugim reagensima u Ti + 4. Razdvajanje četiri elektrona zahtijeva veliki trošak energije, stoga ion Ti + 4 zapravo ne postoji, a Ti (IV) spojevi obično uključuju kovalentne veze. Ti (IV) je u nekim aspektima sličan elementima –Si, Ge, Sn i Pb, posebno Sn.

Najveći dio titana troši se na potrebe zrakoplovne i raketne tehnologije te brodsku brodogradnju. Koristi se kao legirajući dodatak visokokvalitetnim čelicima i kao deoksidizator. Tehnički titan koristi se za izradu spremnika, kemijskih reaktora, cjevovoda, ventila, pumpi, ventila i ostalih proizvoda koji djeluju u agresivnim okruženjima. Kompaktni titan koristi se za izradu mreža i drugih dijelova električnih vakuumskih uređaja koji rade na visokim temperaturama.

U smislu upotrebe kao konstrukcijskog materijala, Ti se nalazi na 4. mjestu, drugi je od Al, Fe i Mg. Titanijski aluminidi vrlo su otporni na oksidaciju i otpornost na toplinu, što je zauzvrat odredilo njihovu uporabu u zrakoplovstvu i automobilskoj industriji kao konstrukcijskim materijalima. Biološka bezopasnost ovog metala čini ga izvrsnim materijalom za prehrambenu industriju i rekonstruktivnu kirurgiju.

Titan i njegove legure široko se koriste u tehnologiji zbog visoke mehaničke čvrstoće koja se održava na visokim temperaturama, otpornosti na koroziju, toplinsku otpornost, specifičnu čvrstoću, nisku gustoću i druga korisna svojstva. Visoki troškovi ovog metala i materijala koji se temelje na njemu u mnogim se slučajevima nadoknađuju njihovim većim performansama, a u nekim slučajevima oni su jedina sirovina iz koje je moguće napraviti opremu ili konstrukciju koji mogu raditi u ovim specifičnim uvjetima.

Titanove legure igraju veliku ulogu u zrakoplovnoj tehnologiji, gdje nastoje postići što lakšu konstrukciju u kombinaciji s potrebnom čvrstoćom. Ti je lagan u usporedbi s drugim metalima, ali istodobno može raditi i pri visokim temperaturama. Materijali na bazi Ti koriste se za izradu kućišta, učvršćivača, električnog paketa, dijelova šasije, raznih jedinica. Također, ovi se materijali koriste u izradi zrakoplovnih mlaznih motora. To vam omogućuje da smanjite njihovu težinu za 10-25%. Kompresorski diskovi i lopatice izrađeni su od legura titana, zraka i vodećih dijelova u motorima, raznih učvršćivača.

Drugo područje primjene je raketna znanost. Zbog kratkotrajnog rada motora i brzog prolaska gustih atmosferskih slojeva u raketnim znanostima uglavnom se uklanjaju problemi umora, statičke izdržljivosti i djelomično puzanje.

Zbog nedovoljno visoke toplinske čvrstoće, tehnički titan nije pogodan za uporabu u zrakoplovstvu, ali je zbog izuzetno visoke korozijske otpornosti neophodan u nekim slučajevima u kemijskoj industriji i brodogradnji. Tako se koristi u proizvodnji kompresora i pumpi za crpljenje tako agresivnih medija kao što su sumporna i solna kiselina i njihove soli, cjevovodi, ventili, autoklavi, razni spremnici, filteri itd. Samo Ti ima otpornost na koroziju u okruženjima kao što su vlažni klor, vodene i kisele otopine klora, stoga je oprema za klor industriju izrađena od ovog metala. Izrađuje i izmjenjivače topline koji djeluju u korozivnim okruženjima, na primjer, u dušičnoj kiselini (ne uparavajući). U brodogradnji se od titana koristi za izradu propelera, oblaganje brodova, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za ovaj materijal, što naglo povećava otpor posude tijekom njegovog kretanja.

Titanove legure obećavaju se za upotrebu u mnogim drugim primjenama, ali njihova distribucija u tehnologiji ograničena je visokim troškovima i nedovoljnom rasprostranjenošću ovog metala.

Spojevi titana također se široko koriste u raznim industrijama. Karbid (TiC) ima visoku tvrdoću i koristi se u proizvodnji reznih alata i abrazivnih materijala. Bijeli dioksid (TiO 2) koristi se u bojama (na primjer, titanovoj bijeloj boji), kao i u proizvodnji papira i plastike. Organotitanijevi spojevi (npr. Tetrabutoksi titan) koriste se kao katalizatori i učvršćivači u kemijskoj i industriji boja. Anorganski spojevi Ti koriste se u kemijskoj industriji stakloplastike kao aditiv. Diborid (TiB 2) je važna komponenta superčvrstih materijala za obradu metala. Nitrid (TiN) koristi se za premazivanje instrumenata.

Sve što trebate znati o titanu, kao i o kromu i volframu

Mnogi su zainteresirani za pitanje: koji je najtvrđi metal na svijetu? Ovo je titan. Ovaj krug bit će tema velikog dijela članka. Također ćemo pogledati tvrde metale poput kroma i volframa.

9 zanimljivih činjenica o titanu

1. Postoji nekoliko verzija zbog kojih je metal dobio ime. Prema jednoj teoriji, ime je dobilo po Titanima, neustrašivim natprirodnim bićima. Prema drugoj verziji, ime je došlo po Titaniji, kraljici vila.
  2. Titan su otkrili krajem 18. stoljeća njemački i engleski kemičar.
  3. Titan se već dugo ne koristi u industriji zbog svoje prirodne krhkosti.
  4. Početkom 1925., nakon niza eksperimenata, kemičari su dobili čisti titan.
  5. Čips od titana je vrlo zapaljiv.
  6. Ovo je jedan od najlakših metala.
  7. Titan se može rastopiti samo na temperaturama iznad 3200 stupnjeva.
  8. Kuha se na temperaturi od 3300 stupnjeva.
  9. Titan ima srebrnu boju.

Povijest otkrića titana

Metal, koji se kasnije zvao titan, otkrila su dvojica znanstvenika - Englez William Gregor i Nijemac Martin Gregor Klaprot. Znanstvenici su paralelno radili i nisu se presijecali. Razlika između otkrića je 6 godina.

William Gregor dao je svom otkriću ime - menakin.

Više od 30 godina kasnije, dobivena je prva legura titana, koja se pokazala izuzetno krhkom i nije se mogla nigdje koristiti. Smatra se da je samo 1925. izoliran čisti titan, koji je postao jedan od najpopularnijih metala u industriji.

Dokazano je da je ruski znanstvenik Kirillov 1875. uspio izvući čisti titan. Objavio je brošuru u kojoj je detaljno opisao svoj rad. Međutim, proučavanja malo poznatog Rusa prošla su nezapaženo.

Opće informacije o titanu

Titanove legure spas su za mehaničare i inženjere. Na primjer, tijelo zrakoplova izrađeno je od titana. Tijekom leta postiže brzinu nekoliko puta veću od brzine zvuka. Kućište od titana zagrijava se na temperaturi iznad 300 stupnjeva i ne topi se.

Metal zatvara deset najboljih čelnika "Najčešćih metala u prirodi". Velika ležišta otkrivena su u Južnoj Africi, Kini i puno titana u Japanu, Indiji i Ukrajini.

Ukupna svjetska rezerva titana iznosi preko 700 milijuna tona. Ako stopa proizvodnje ostane ista, titan će trajati još 150-160 godina.

Najveći proizvođač najtvrđeg metala na svijetu je ruska tvrtka VSMPO-Avisma koja zadovoljava trećinu svjetskih potreba.

Svojstva titana

1. Otpornost na koroziju.
  2. Visoka mehanička čvrstoća.
  3. Mala gustoća.

Atomska težina titana iznosi 47, 88 amu, a serijski broj u periodičnoj tablici je 22. Izvana je vrlo sličan čeliku.

Mehanička gustoća metala 6 puta je veća od aluminija, 2 puta veća od željeza. Može se kombinirati s kisikom, vodikom, dušikom. Uparen s ugljikom, metal tvori nevjerojatno tvrde karbide.

Toplinska vodljivost titana je 4 puta manja od željeza i 13 puta manja od aluminija.

Proces vađenja titana

U zemlji od titana, velika količina, međutim, njegovo izdvajanje iz crijeva košta mnogo novca. Za razvoj koristite metodu jodida čiji se autor smatra Van Arkel de Boer.

Metoda se temelji na sposobnosti metala da se kombinira s jodom, nakon razgradnje ovog spoja moguće je dobiti čisti titan bez stranih nečistoća.

Najzanimljivije stvari od titana:

• proteze u medicini;
• ploče za mobilne uređaje;
• raketni sustavi za istraživanje svemira;
• cjevovodi, pumpe;
• nadstrešnice, vijenci, vanjska obloga zgrada;
• većina dijelova (šasija, kućište).

Primjene titana

Titan se aktivno koristi u vojnoj sferi, medicini, nakitu. Neslužbeno mu je ime dao "metal budućnosti". Mnogi kažu da to pomaže da san postane stvarnost.

Najteži metal na svijetu u početku se koristio u vojnom i obrambenom sektoru. Danas je glavni potrošač proizvoda od titana zrakoplovna industrija.

Titan je univerzalni strukturni materijal. Dugi niz godina koristila se za izradu zrakoplovnih turbina. U zrakoplovim motorima titanij se koristi za izradu ventilatorskih elemenata, kompresora i diskova.

Dizajn modernog zrakoplova može sadržavati do 20 tona legura titana.

Glavna područja primjene titana u zrakoplovnoj industriji:

• proizvodi prostornog oblika (obrub vrata, vrata, obloge, podovi);
• jedinice i sklopovi koji su podložni velikim opterećenjima (nosači krila, pribor za slijetanje, hidraulični cilindri);
• dijelovi motora (kućište, noževi za kompresore).

Titan u svemiru, raketama i brodogradnji

Zahvaljujući titanu, čovjek je uspio proći zvučnu barijeru i probiti se u svemir. Korišten je za izradu zrakoplovnih sustava s posadom. Titan može podnijeti kozmičko zračenje, promjene temperature, brzinu.

Ovaj metal ima malu gustoću, što je važno u brodogradnji. Proizvodi od titana su lagani, što znači da se težina smanjuje, povećava se njegova manevriranje, brzina i domet. Ako je trup broda obložen titanom, neće ga trebati bojati dugi niz godina - titan ne rđa u morskoj vodi (otpornost na koroziju).

Najčešće se ovaj metal koristi u brodogradnji za proizvodnju turbinskih motora, parnih kotlova, kondenzatorskih cijevi.

Naftna industrija i titan

Obećavajuće područje za upotrebu titanovih legura smatra se super dubokim bušenjem. Za proučavanje i vađenje podzemnog bogatstva potrebno je prodrijeti u duboko podzemlje - preko 15 tisuća metara. Primjerice, bušaće cijevi od aluminija će puknuti zbog vlastite gravitacije, a samo legure titana mogu doseći stvarno velike dubine.

Ne tako davno, titan se počeo aktivno koristiti za stvaranje bušotina na obalnim policama. Stručnjaci koriste legure titana kao opremu:

• instalacije za proizvodnju ulja;
• posude pod pritiskom;
• dubokomorske pumpe, cjevovodi.

Titan u sportu, medicini

Titanium je izuzetno popularan na sportskom terenu zbog svoje snage i lakoće. Prije desetljeća, od legura titana napravljen je bicikl, prva sportska oprema od najtvrđeg materijala na svijetu. Moderan bicikl sastoji se od kućišta od titana, iste kočnice i opruge sjedala.

U Japanu su stvoreni titanijski golf klubovi. Ovi su uređaji lagani i izdržljivi, ali izuzetno skupi.

Većina predmeta koji se nalaze u ruksaku penjača i putnika napravljeni su od titana - posuđe, pribor za kuhanje, stalci za jačanje šatora. Litane sjekire od titana vrlo su popularna sportska oprema.

Ovaj je metal vrlo popularan u medicinskoj industriji. Većina kirurških instrumenata izrađena je od titana - lagana i udobna.

Drugo područje primjene metala budućnosti je izrada proteza. Titanium se savršeno kombinira s ljudskim tijelom. Liječnici su taj postupak nazvali "istinskim srodstvom". Dizajni napravljeni od titana sigurni su za mišiće i kosti, rijetko izazivaju alergijsku reakciju, ne propadaju pod utjecajem tekućine u tijelu. Proteze izrađene od titana otporne su, podnose ogromne fizičke napore.

Titanium je nevjerojatan metal. Pomaže osobi da dostigne neviđene visine u raznim područjima života. Voljen je i cijenjen zbog snage, lakoće i dugogodišnje službe.

Jedan od najtvrđih metala je krom.

Zanimljive činjenice o kromu

1. Naziv metala dolazi od grčke riječi "chroma", što znači boja.
  2. U prirodnom okruženju ne postoji čisti krom, već samo u obliku željezne rude, kroma, dvostrukog oksida.
  3. Najveća ležišta metala nalaze se u Južnoj Africi, Rusiji, Kazahstanu i Zimbabveu.
  4. Gustoća metala je 7200 kg / m3.
  5. Krom se topi na temperaturi od 1907 stupnjeva.
  6. Kuha se na temperaturi od 2671 stupnja.
  7. Krom, potpuno čist bez nečistoća, karakterizira duktilnost i viskoznost. U kombinaciji s kisikom, dušikom ili vodikom, metal postaje krhak i vrlo tvrd.
  8. Ovaj srebrno bijeli metal otkrio je Francuz Louis Nicola Vauclin krajem 18. stoljeća.

Svojstva metala od kroma

Krom ima vrlo visoku tvrdoću, pa se može prerezati na staklo. Ne oksidira zrak, vlaga. Ako se metal zagrijava, oksidacija će se pojaviti samo na površini.

Godišnje se potroši preko 15 000 tona čistog kroma. Lider u proizvodnji čistog kroma je britanska tvrtka Bell Metals.

Najviše kroma konzumira u Sjedinjenim Državama, zapadnoj Europi i Japanu. Tržište kroma je nestabilno, a cijene su u širokom rasponu.

Chrome aplikacije

Najčešće se koristi za stvaranje legura i galvanskih prevlaka (kromiranje na vozilima).

Čelik se dodaje čeliku, što poboljšava fizička svojstva metala. Te su legure najviše potražene u industriji čelika.

Čelik najpopularnije marke sastoji se od kroma (18%) i nikla (8%). Takve legure savršeno odolijevaju oksidaciji, koroziji i izdržljive su čak i pri visokim temperaturama.

Od čelika, koji sadrži trećinu kroma, napravite peći za grijanje.

Što je još napravljeno od kroma?

1. Trupovi vatrenog oružja.
  2. Trup podmornica.
  3. Cigle koje se koriste u metalurgiji.

Drugi izuzetno tvrdi metal je volfram.

Zanimljive činjenice o volframu

1. Naziv metala u prijevodu s njemačkog ("Wolf Rahm") znači "vuna pjena".
  2. To je najotporniji metal na svijetu.
  3. Volfram ima svijetlosivi ton.
  4. Metal je otkrio krajem 18. stoljeća (1781.) Šveđanin Karl Scheele.
  5. Volfram se topi na temperaturi 3422 stupnja, kuha na 5900.
  6. Metal ima gustoću 19,3 g / cm3.
  7. Atomska masa - 183,85, element grupe VI u Mendelejevom periodnom sustavu (serijski broj - 74).

Postupak vađenja volframa

Volfram spada u veliku skupinu rijetkih metala. Također uključuje rubidij, molibden. Ovu skupinu karakterizira mala prevalencija metala u prirodi i mala potrošnja.

Dobivanje volframa sastoji se od 3 stupnja:

• odvajanje metala od rude, akumulacija u otopini;
• izolacija spoja, njegovo pročišćavanje;
• izbor čistog metala iz gotovog kemijskog spoja.
• Polazni materijal za proizvodnju volframa je scheelit i volfram.

Primjene volframa

Volfram je temelj većine tvrdih legura. Izrađuju motore zrakoplova, dijelove električnih vakuumskih uređaja, žarulje sa žarnom niti.
  Velika gustoća metala omogućuje uporabu volframa za stvaranje balističkih raketa, metaka, protuteže, topničkih granata.

Spojevi na bazi volframa koriste se za obradu drugih metala, u rudarskoj industriji (bušenje bušotina), u bojama i lakovima i tekstilnim poljima (kao katalizator za organsku sintezu).

Od složenih volframovih spojeva čine:

• žice - koriste se za grijanje peći;
• trake, folija, tanjuri, listovi - za valjanje i ravno kovanje.

Titan, krom i volfram nalaze se na vrhu "Najtvrđih metala na svijetu". Koriste se u mnogim područjima ljudske djelatnosti - zrakoplovstvu i raketnim znanostima, vojnom polju, građevinarstvu, a istovremeno je to daleko od kompletnog spektra uporabe metala.

Vječni, tajanstveni, kozmički - svi ti i mnogi drugi epiteti su u različitim izvorima dodijeljeni titanu. Povijest otkrića ovog metala nije bila beznačajna: istodobno je nekoliko znanstvenika radilo na izolaciji elementa u njegovom čistom obliku. Proces proučavanja fizikalnih, kemijskih svojstava i određivanje područja njegove primjene danas. Titan je metal budućnosti, njegovo mjesto u ljudskom životu još nije konačno određeno, što daje modernim istraživačima ogroman prostor za kreativnost i znanstvena istraživanja.

svojstvo

Kemijski element je označen u periodičnoj tablici D. I. Mendeleeva simbolom Ti. Smješten je u bočnoj podskupini grupe IV četvrtog razdoblja i ima serijski broj 22. Titan je bijelo-srebrni metal, lagan i izdržljiv. Elektronska konfiguracija atoma ima sljedeću strukturu: +22) 2) 8) 10) 2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Prema tome, titan ima nekoliko mogućih oksidacijskih stanja: 2, 3, 4; u najstabilnijim spojevima je tetravalentan.

Je li titan legura ili metal?

Ovo pitanje zanima mnoge. 1910. američki kemičar Hunter prvi je dobio čisti titan. Metal je sadržavao samo 1% nečistoće, ali istodobno je njegova količina bila zanemariva i nije omogućila daljnje proučavanje njegovih svojstava. Plastičnost dobivene tvari postignuta je samo pod utjecajem visokih temperatura, a u normalnim uvjetima (sobna temperatura) uzorak je bio previše krhak. U stvari, ovaj element nije zainteresirao znanstvenike jer su mu se izgledali previše nejasni. Složenost dobivanja i istraživanja dodatno je smanjila mogućnost njegove primjene. Tek 1925. kemijski znanstvenici iz Nizozemske I. de Boer i A. Van Arkel dobili su metalni titan, čija su svojstva privukla pažnju inženjera i dizajnera širom svijeta. Povijest proučavanja ovog elementa počinje 1790. godine, bilo je u to vrijeme paralelno, neovisno jedan od drugog, dva znanstvenika otkrivaju titan kao kemijski element. Svaki od njih prima spoj (oksid) tvari, ne uspijevajući izolirati metal u svom čistom obliku. Otkrivačem titana smatra se engleski monah mineralolog William Gregor. Na području svoje župe, koja se nalazi na jugozapadu Engleske, mladi znanstvenik počeo je proučavati crni pijesak doline Menaken. Rezultat je bio oslobađanje sjajnih zrnaca koja su bila spoj titana. Istodobno u Njemačkoj, kemičar Martin Heinrich Klaproth izolirao je novu tvar iz mineralnog rutila. 1797. dokazao je da su elementi otvoreni paralelno slični. Više od jednog stoljeća titanijev dioksid bio je misterija mnogih kemičara, čak ni Berzelius nije mogao dobiti čisti metal. Najnovije tehnologije XX. Stoljeća znatno su ubrzale proces proučavanja spomenutog elementa i odredile početne pravce njegove uporabe. U isto vrijeme se opseg neprestano proširuje. Samo složenost postupka dobivanja takve tvari poput čistog titana može ograničiti njegov opseg. Cijena legura i metala je prilično visoka, tako da danas ne može istisnuti tradicionalno željezo i aluminij.

Podrijetlo imena

Menakin je prvo ime za titan, koji se koristio do 1795. Točno tako, prema teritorijalnoj pripadnosti, W. Gregor je novi element nazvao. Martin Klaprot elementu dodjeljuje element 1797. godine naziv „titan“. U to su vrijeme njegovi francuski kolege, pod vodstvom prilično uglednog kemičara A. L. Lavoisiera, predložili imenovanje novootkrivenih tvari u skladu s njihovim osnovnim svojstvima. Njemački se znanstvenik nije složio s tim pristupom, on je s razlogom vjerovao da je u fazi otkrića prilično teško odrediti sve značajke svojstvene nekoj tvari i prikazati ih u nazivu. Međutim, treba priznati da je pojam koji je Klaprot intuitivno odabrao potpuno u skladu s metalom - to su moderni znanstvenici uporno naglašavali. Postoje dvije glavne teorije o podrijetlu naziva titanium. Metal bi se mogao tako nazvati u čast vilenjačke kraljice Titanije (lik iz njemačke mitologije). Ovaj naziv simbolizira i lakoću i snagu tvari. Većina učenjaka sklona je verziji uporabe drevne grčke mitologije u kojoj su titani nazivali moćne sinove božice zemlje Gaje. Naziv ranije otkrivenog elementa, uran, također govori u prilog ovoj verziji.

Biti u prirodi

Od metala koji su tehnički vrijedni za ljude, titan je četvrti po veličini u zemljinoj kori. Samo željezo, magnezij i aluminij karakterizira visok postotak. Najveći udio titana zabilježen je u bazaltnoj ljusci, nešto manje nego u granitnom sloju. U morskoj vodi sadržaj ove tvari je nizak - približno 0,001 mg / l. Kemijski element titan prilično je aktivan, pa ga je u čistom obliku nemoguće susresti. Najčešće je prisutan u spojevima s kisikom, dok ima valenciju jednaku četiri. Količina minerala koji sadrži titan varira od 63 do 75 (u različitim izvorima), dok u sadašnjoj fazi istraživanja znanstvenici i dalje otkrivaju nove oblike njegovih spojeva. Sljedeći minerali najvažniji su za praktičnu upotrebu:

1. Ilmenit (FeTiO 3).
2. Rutile (TiO 2).
3. Titanit (CaTiSiO 5).
4. Perovskite (CaTiO 3).
5. Titanomagnetit (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) itd.

Sve postojeće rude koje sadrže titan dijele se na aluvijalne i bazične. Ovaj je element slabi migrant, može putovati samo u obliku slomljenih stijena ili kretanja stijena od silnog dna. U biosferi najveća količina titana nalazi se u algama. U predstavnika zemaljske faune, element se nakuplja u horny tkivima i kosi. Ljudsko tijelo karakterizira prisutnost titana u slezeni, nadbubrežnoj žlijezdi, placenti, štitnjači.

Fizička svojstva

Titan je obojeni metal koji ima srebrno bijelu boju, izgleda poput čelika. Pri temperaturi od 0 ° C gustoća mu je 4,517 g / cm3. Tvar ima nisku specifičnu težinu, što je tipično za alkalne metale (kadmij, natrij, litij, cezij). U pogledu gustoće, titan zauzima međupredmet između željeza i aluminija, dok su njegove radne karakteristike veće nego u oba elementa. Glavna svojstva metala koja se uzimaju u obzir pri određivanju opsega njihove primjene su tvrdoća. Titan je 12 puta jači od aluminija, željeza i bakra 4 puta jači, dok je puno lakši. Plastičnost i njezina prinosna snaga omogućuju obradu pri niskim i visokim temperaturnim vrijednostima, kao i u slučaju drugih metala, tj. Zakovom, kovanjem, zavarivanjem, valjanjem. Izrazita karakteristika titana je njegova niska toplina i električna vodljivost, dok su ta svojstva sačuvana pri povišenim temperaturama, do 500 0 C. U magnetskom polju, titan je paramagnetni element, ne privlači se poput željeza i ne istiskuje se poput bakra. Vrlo visoke antikorozivne performanse u agresivnim okruženjima i za vrijeme mehaničkog stresa su jedinstvene. Više od 10 godina u morskoj vodi nisu promijenili izgled i sastav titanijske ploče. Željezo bi u tom slučaju korozijom bilo potpuno uništeno.

Termodinamička svojstva titana

1. Gustoća (u normalnim uvjetima) je 4,54 g / cm3.
2. Atomski broj je 22.
3. Skupina metala - vatrostalna, lagana.
4. Atomska masa titana je 47,0.
5. Vrelište (0 S) - 3260.
6. Molarni volumen cm 3 / mol je 10,6.
7. Talište titana (0 C) je 1668.
8. Specifična toplina isparavanja (kJ / mol) iznosi 422,6.
9. Električni otpor (pri 20 0 S) Ohm * cm * 10 -6 - 45.

Kemijska svojstva

Povećana korozijska otpornost elementa objašnjava se stvaranjem malog oksidnog filma na površini. Sprječava (u normalnim uvjetima) plinove (kisik, vodik) u okruženju elementa poput metala titana. Njegova se svojstva mijenjaju pod utjecajem temperature. Kada se poveća na 600 ° C, nastaje reakcija interakcije s kisikom, što rezultira titanovim oksidom (TiO 2). U slučaju apsorpcije atmosferskih plinova nastaju krhki spojevi koji nemaju praktičnu upotrebu, zbog čega se titan zavari i rastopi u vakuumu. Reverzibilna reakcija je proces otapanja vodika u metalu, odvija se aktivnije s povećanjem temperature (od 400 ° C i više). Titan, posebno njegove sitne čestice (tanka ploča ili žica), sagorijeva se u atmosferi dušika. Kemijska reakcija moguća je samo pri temperaturi od 700 ° C, kao rezultat, nastaje TiN nitrid. S mnogim metalima formira vrlo tvrde legure, često je legirajući element. Reagira s halogenima (krom, brom, jod) samo u prisutnosti katalizatora (visoke temperature) i pod uvjetom interakcije sa suhom tvari. U tom slučaju nastaju vrlo tvrde vatrostalne legure. U otopinama većine alkalija i kiselina, titan nije kemijski aktivan, s izuzetkom koncentrirane sumporne (s produženim vretjem), fluorovodične i vruće organske (mravlje, oksalne).

depozit

Najčešće u prirodi su rude ilmenita - njihove zalihe procjenjuju se na 800 milijuna tona. Depoziti rutilskih ležišta mnogo su skromniji, ali ukupni volumen - uz održavanje rasta proizvodnje - trebao bi čovječanstvu osigurati metal poput titana u sljedećih 120 godina. Cijena gotovog proizvoda ovisit će o potražnji i povećanju razine obradivosti, ali u prosjeku varira u rasponu od 1200 do 1800 rubalja / kg. U uvjetima kontinuiranog tehničkog unapređenja, troškovi svih proizvodnih procesa značajno se smanjuju njihovom pravovremenom modernizacijom. Najveće rezerve su u Kini i Rusiji, a Japan, Južna Afrika, Australija, Kazahstan, Indija, Južna Koreja, Ukrajina, Cejlon imaju i bazu mineralnih resursa. Depoziti se razlikuju po količini proizvodnje i udjelu titana u rudi, geološka istraživanja neprekidno se nastavljaju, što omogućava pretpostaviti smanjenje tržišne vrijednosti metala i njegovu širu upotrebu. Rusija je daleko najveći proizvođač titana.

recepcija

Za proizvodnju titana najčešće se koristi njegov dioksid koji sadrži minimalnu količinu nečistoća. Dobiva se obogaćivanjem koncentrata ilmenita ili rutilskih ruda. U električnoj lučnoj peći ruda se termički obrađuje, što je praćeno odvajanjem željeza i stvaranjem šljake koja sadrži titanov oksid. Sulfatna ili kloridna metoda koriste se za obradu frakcije bez željeza. Titanov oksid je prah sive boje (vidi fotografiju). Metal titana dobiva se postupnom obradom.

Prva faza je proces sinterovanja šljake s koksom i izlaganja para klora. Rezultirajući TiCl4 reduciran je magnezijem ili natrijom kada je izložen temperaturi od 850 ° C. Titanijska spužva (porozno spojena masa) dobivena kao rezultat kemijske reakcije pročišćena je ili je ponovno otopljena u ingote. Ovisno o daljnjem smjeru, nastaje legura ili metal u svom čistom obliku (nečistoće se uklanjaju zagrijavanjem na 1000 0 C). Za proizvodnju tvari s udjelom nečistoće od 0,01% koristi se jodidna metoda. Temelji se na procesu isparavanja iz titanove spužve prethodno obrađene s halogenom.

Područja primjene

Talište titana je dovoljno visoko, što je uz lakoću metala neprocjenjiva prednost njegove uporabe kao konstrukcijskog materijala. Zbog toga ima najveću primjenu u brodogradnji, zrakoplovnoj industriji, proizvodnji raketa i kemijskoj industriji. Titan se često koristi kao legirajući dodatak u raznim legurama koje imaju visoke karakteristike tvrdoće i toplinske otpornosti. Visoka antikorozivna svojstva i sposobnost izdržavanja većine agresivnih okruženja čine ovaj metal neophodnim za kemijsku industriju. Cjevovodi, spremnici, ventili, filtri koji se koriste za destilaciju i transport kiselina i drugih kemijski aktivnih tvari izrađeni su od titana (njegovih legura). Potražnja je za stvaranjem uređaja koji rade u uvjetima visoke temperature. Spojevi titana koriste se za proizvodnju izdržljivih alata za rezanje, boja, plastike i papira, kirurških instrumenata, implantata, nakita, materijala za ukrašavanje i koriste se u prehrambenoj industriji. Sve je pravce teško opisati. Zbog njihove potpune biološke sigurnosti, suvremena medicina često koristi metal titana. Cijena je jedini faktor koji do sada utječe na širinu primjene ovog elementa. Istina je da je titan materijal budućnosti, proučavanjem kojeg će čovječanstvo krenuti u novu fazu razvoja.

titan  - lagani izdržljivi srebrno bijeli metal. Postoji u dvije kristalne modifikacije: α-Ti s šesterokutnom zatvorenom rešetkom, β-Ti s kubičnim tijelom u središtu pakiranja, temperatura polimorfne transformacije α↔β 883 ° C. Titanove i titanove legure kombiniraju lakoću, čvrstoću, visoku otpornost na koroziju, niski toplinski koeficijent ekspanzija, sposobnost rada u širokom temperaturnom rasponu.

Vidi također:

STRUKTURA

Titan ima dvije alotropske modifikacije. Modifikacija niske temperature, koja postoji do 882 ° C, ima šesterokutnu rešetku s brtvom s periodima a \u003d 0,296 nm i c \u003d 0,472 nm. Modifikacija visoke temperature ima rešetku kocke usmjerene ka tijelu s vremenom a \u003d 0,332 nm.
  Polimorfna transformacija (882 ° C) tijekom sporog hlađenja odvija se normalnim mehanizmom stvaranja izjednačenih zrnaca, a brzog hlađenja, martenzitnim mehanizmom s stvaranjem iglene strukture.
Titan ima visoku korozijsku i kemijsku otpornost zbog zaštitnog oksidnog filma na svojoj površini. Ne korodira u slatkoj i morskoj vodi, mineralnim kiselinama, aqua regia itd.

ZNAČAJKE

Talište je 1671 ° C, vrelište 3260 ° C, gustoća α-Ti i β-Ti respektivno 4.505 (20 ° C) i 4.32 (900 ° C) g / cm³, atomska gustoća 5.71 × 1022 na / cm³. Plastika, zavarena u inertnoj atmosferi.
  Industrijski titan koji se koristi u industriji sadrži nečistoće kisik, dušik, željezo, silicij i ugljik, koji povećavaju njegovu čvrstoću, smanjuju duktilnost i utječu na temperaturu polimorfne transformacije koja se javlja u rasponu od 865–920 ° S. Za tehničke razrede titana VT1-00 i VT1-0 gustoća iznosi oko 4,32 g / cm 3, vlačna čvrstoća je 300-550 Mn / m 2 (30-55 kgf / mm 2), izduženje nije manje od 25%, Brinelove tvrdoća 1150 -1650 Mn / m 2 (115-165 kgf / mm 2). To je paramagnet. Konfiguracija vanjske elektronske ljuske Ti-atoma 3d24s2.

Ima visoku viskoznost, tijekom strojne obrade sklon je lijepljenju na alat za rezanje, pa je potrebno nanošenje posebnih premaza na alat, razna maziva.

Na uobičajenoj temperaturi prekriven je zaštitnim pasivnim filmom TiO2 oksida, što ga čini otpornim na koroziju u većini okoliša (osim alkalnih). Titanijska prašina teže eksplodira. Plamište 400 ° C

SREDSTVA I PROIZVODNJA

Glavne rude su ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO 2), titanit (CaTiSiO 5).

Od 2002. godine, 90% iskopanog titana korišteno je za proizvodnju titanovog dioksida TiO2. Globalna proizvodnja titanovog dioksida iznosila je 4,5 milijuna tona godišnje. Potvrđene rezerve titanovog dioksida (bez Rusije) su oko 800 milijuna tona. Za 2006. godinu, prema američkom Geološkom zavodu, u pogledu titanijevog dioksida i isključujući Rusiju, rezerve ilmenitnih ruda su 603-673 milijuna tona, a rutilskih ruda - 49,7- 52,7 milijuna tona. Dakle, prema trenutnoj stopi proizvodnje svjetskih dokazanih rezervi titana (bez Rusije), to će biti dovoljno za više od 150 godina.

Rusija ima druge najveće rezerve titana u svijetu, nakon Kine. Mineralnu i sirovinsku osnovu titana u Rusiji čini 20 ležišta (od kojih je 11 primarnih i 9 aluvijalnih), prilično ravnomjerno raspoređenih po cijeloj zemlji. Najveće od istraženih ležišta nalazi se na 25 km od grada Ukhte (Republika Komi). Terenske rezerve procjenjuju se na 2 milijarde tona.

Koncentrat titanove rude podvrgnut je sumpornoj kiselini ili pirometalurgijskoj obradi. Proizvod obrade sumpornom kiselinom je prah titanijevog dioksida TiO 2. Koristeći pirometaluršku metodu, ruda se sinterira s koksom i obrađuje s klorom kako bi se dobile pare titan-tetraklorida, a magnezijem se smanjuju na 850 ° C.

Rezultirajuća titanska "spužva" ponovo se rafinira i oplemenjuje. Ilmenitni koncentrati se smanjuju u lučnim pećima, nakon čega slijedi kloriranje rezultirajuće šljake od titana.

PODRIJETLO

Titan je na 10. mjestu po rasprostranjenosti u prirodi. Sadržaj u zemljinoj kori je 0,57 mas.%, U morskoj vodi 0,001 mg / l. 300 g / t u ultrazvučnim stijenama, 9 kg / t u osnovnim stijenama, 2,3 kg / t u kiselim stijenama, 4,5 kg / t u glini i škriljevcima. U zemljinoj kori titan je gotovo uvijek tetravantan i prisutan je samo u kisikovim spojevima. U slobodnom obliku ne dolazi. Titan u uvjetima vremenskih prilika i taloga ima geokemijsku povezanost s Al 2 O 3. Koncentriran je u boksitima izravne kore i u sedimentima morske gline.
  Prijenos titana provodi se u obliku mehaničkih fragmenata minerala i u obliku koloida. U nekim glinama nakuplja se do 30 masenih% TiO 2. Minerali titana otporni su na vremenske neprilike i tvore velike koncentracije u placersima. Poznato je više od 100 minerala koji sadrže titan. Najvažniji od njih su rutilni TiO 2, ilmenit FeTiO 3, titanomagnetit FeTiO 3 + Fe3O 4, perovskit CaTiO 3, titanit CaTiSiO 5. Razlikovati između primarnih titanovih ruda - ilmenit-titanomagnetit i placer - rutil-ilmenit-cirkon.
  Depoziti titana nalaze se u Južnoj Africi, Rusiji, Ukrajini, Kini, Japanu, Australiji, Indiji, Cejlonu, Brazilu, Južnoj Koreji i Kazahstanu. U zemljama ZND-a vodeće mjesto u istraženim rezervama titanovih ruda imaju Ruska Federacija (58,5%) i Ukrajina (40,2%).

PRIJAVA

Titanove legure igraju veliku ulogu u zrakoplovnoj tehnologiji, gdje nastoje postići što lakšu konstrukciju u kombinaciji s potrebnom čvrstoćom. Titan je lagan u usporedbi s drugim metalima, ali istodobno može raditi i na visokim temperaturama. Od legura titana izrađuju se kućište, pričvršćivači, električni komplet, dijelovi šasije, razne jedinice. Također, ovi se materijali koriste u izradi zrakoplovnih mlaznih motora. To vam omogućuje da smanjite njihovu težinu za 10-25%. Diskovi i lopatice za kompresore, dijelovi uređaja za usisavanje zraka i vodilica i učvršćivači izrađeni su od legura titana.

Također, titan i njegove legure koriste se u raketnoj znanosti. Zbog kratkotrajnog rada motora i brzog prolaska gustih atmosferskih slojeva u raketnim znanostima uglavnom se uklanjaju problemi umora, statičke izdržljivosti i djelomično puzanje.

Zbog nedovoljno visoke otpornosti na toplinu, tehnički titan nije pogodan za uporabu u zrakoplovstvu, ali je zbog izuzetno visoke korozijske otpornosti neophodan u nekim slučajevima u kemijskoj industriji i brodogradnji. Tako se koristi u proizvodnji kompresora i pumpi za crpljenje tako agresivnih medija kao što su sumporna i klorovodična kiselina i njihove soli, cjevovodi, ventili, autoklavi, razni spremnici, filteri itd. Samo titanij ima otpornost na koroziju u okruženjima poput vlažnog klora, vodenih i kiselih otopina klora, stoga je oprema za klorsku industriju izrađena od ovog metala. Izmjenjivači topline koji djeluju u korozivnim okruženjima, kao što je dušična kiselina (ne ugašava), izrađeni su od titana. U brodogradnji se od titana koristi za izradu propelera, oblaganje brodova, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za titan i njegove legure, što naglo povećava otpor posude tijekom njegovog kretanja.

Titanove legure obećavaju se za upotrebu u mnogim drugim primjenama, ali njihovu distribuciju u tehnologiji ograničavaju visoki troškovi i oskudice titana.

Titan - Ti

KLASIFIKACIJA

Strunz (8. izdanje)	1 / A.06-05
Dana (7. izdanje)	1.1.36.1
Nickel-Strunz (10. izdanje)	1.AB.05