Обработка на титан

Обработка на титан, извличане на титан от неговите руди и получаване на титанови сплави или съединения за използване в различни продукти.

Титанът (Ti) е мек, пластичен, сребристо сив метал с температура на топене 1675 ° C (3 047 ° F). Благодарение на образуването на повърхността на оксиден филм, който е сравнително инертен по химичен път, той има отлична устойчивост на корозия в повечето естествени среди. В допълнение, тя е лека с тегло, с плътност (4,51 грама на кубичен сантиметър) по средата между алуминий и желязо. Комбинацията му с ниска плътност и висока якост му дава най-ефективно съотношение на сила и тегло на обикновените метали при температури до 600 ° C (1,100 ° F).

Тъй като атомният му диаметър е подобен на много общи метали като алуминий, желязо, калай и ванадий, титанът лесно може да бъде легиран, за да подобри свойствата си. Подобно на желязото, металът може да съществува в две кристални форми: шестоъгълна плътно опакована (hcp) под 883 ° C (1621 ° F) и ориентирана към тялото кубика (bcc) при по-високи температури до точката на топене. Това алотропно поведение и способността за сплав с много елементи водят до титанови сплави, които имат широк спектър от механични и устойчиви на корозия свойства.

Въпреки че титановите руди са в изобилие, високата реактивност на метала с кислород, азот и водород във въздуха при повишени температури налага сложни и следователно скъпи процеси на производство и производство.

история

Титановата руда е открита за първи път през 1791 г. в пясъците на Корниш на плажа от английски духовник Уилям Грегор. Действителната идентификация на оксида е направена няколко години по-късно от немски химик MH Klaproth. Клапрот даде на металния компонент на този оксид името титан, след титаните - гигантите на гръцката митология.

Чистият метален титан е произведен за първи път през 1906 или 1910 г. от М. А. Хънтър в Политехническия институт на Rensselaer (Троя, Ню Йорк, САЩ) в сътрудничество с General Electric Company. Тези изследователи смятат, че титанът има точка на топене от 6000 ° C (10 800 ° F) и следователно е кандидат за нажежаема жичка на лампата с нажежаема жичка, но когато Hunter произвежда метал с точка на топене по-близо до 1800 ° C (3,300 ° F), усилията бяха изоставени. Въпреки това Хънтър посочва, че металът има известна пластичност и методът му за получаването му чрез взаимодействие на тетрахлорид на титан (TiCl ₄) с натрий под вакуум е по-късно комерсиализиран и сега е известен като Хънтър процес. Метал със значителна пластичност е произведен през 1925 г. от холандските учени AE van Arkel и JH de Boer, които дисоциират тетаниевия тетрайодид върху гореща нишка в евакуирана стъклена крушка.

През 1932 г. Уилям Дж. Крол от Люксембург произвежда значителни количества пластичен титан, като комбинира TiCl ₄ с калций. До 1938 г. Крол е произвел 20 килограма (50 фунта) титан и е убеден, че притежава отлични свойства на корозия и якост. В началото на Втората световна война той избяга от Европа и продължи работата си в САЩ в Union Carbide Company, а по-късно и в министерството на мини. По това време той беше сменил редуциращия агент от калций в магнезиев метал. Kroll вече е признат за баща на съвременната титанова индустрия, а процесът на Kroll е основа за повечето съвременни титанови производства.

Проучване на военновъздушните сили на САЩ, проведено през 1946 г., стигна до заключението, че сплавите на базата на титан са инженерни материали с потенциално голямо значение, тъй като възникващата необходимост от по-високи съотношения на сила и тегло в конструкциите на реактивни самолети и двигатели не може да бъде задоволена ефективно нито от стомана, нито от алуминий, В резултат на това Министерството на отбраната осигури производствени стимули за стартиране на титановата индустрия през 1950 г. Подобен промишлен капацитет е основан в Япония, СССР и Обединеното кралство. След като този тласък бе осигурен от космическата индустрия, готовата наличност на метала даде възможност за нови приложения на други пазари, като химическа обработка, медицина, производство на енергия и третиране на отпадъците.

руди

Титанът е четвъртият най-разпространен структурен метал на Земята, надвишен само от алуминий, желязо и магнезий. Работоспособни минерални находища са разпръснати по целия свят и включват обекти в Австралия, САЩ, Канада, Южна Африка, Сиера Леоне, Украйна, Русия, Норвегия, Малайзия и няколко други страни.

Преобладават минерали са рутил, което е около 95 процента титанов диоксид (TiO ₂), и илменит (FeTiO ₃), която съдържа 50 да 65 процента TiO ₂. Третият минерал, левкоксена, е изменение на илменита, от който естествено е излужена част от желязото. Той няма специфично съдържание на титан. Титановите минерали се срещат в алувиални и вулканични образувания. Депозитите обикновено съдържат между 3 и 12 процента тежки минерали, състоящи се от илменит, рутил, левкоксен, циркон и моназит.