Metalliprofiili: titaaniominaisuudet ja ominaisuudet

Titaani on vahva ja kevyt tulenkestävä metalli. Titaanin seokset ovat kriittisiä ilmailu- ja avaruusteollisuudelle, mutta niiden lukuisten ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta niitä käytetään myös lääketieteellisissä, kemiallisissa ja sotilaallisissa sovelluksissa sekä urheiluvälineissä.

Ominaisuudet:

• Atomic Symbol: Ti
• Atomic Number: 22
• Elementtityyppi: Transition Metal
• Tiheys: 4. 506 / cm3
• Sulamispiste: 3034 ° F (1668 ° C )
• Kiehumispiste: 5949 ° F (3287 ° C)

• Moh: n kovuus: 6

Ominaisuudet:

Titaania sisältävät seokset tunnetaan niiden vahvuudesta, kevyestä ja poikkeuksellisesta korroosionkestävyydestä.

Vaikka titaani on yhtä vahva kuin teräs, titaani on noin 40% kevyempi, mikä yhdessä sen kavitaation ja eroosionkestävyyden kanssa tekee siitä merkittävän rakenteen metallin ilmailu-insinööreille.

Titaani on myös voimakas korroosionkestävyys sekä veden että kemiallisten aineiden kanssa. Se tekee tämän muodostamalla ohut kerros titaanidioksidia (TiO2) sen pinnalle, joka on äärimmäisen vaikea tunkeutua näihin materiaaleihin.

Alhainen kimmomoduuli tarkoittaa, että titaani ei ole myöskään hyvin joustava, mutta palaa alkuperäiseen muotoon taivutuksen jälkeen, minkä seurauksena sen merkitys Muistiseosten muokkaamiseksi.

Titaani on ei-magneettinen ja bioyhteensopiva (ei-myrkyllinen, ei-allergeeninen), mikä on lisännyt sitä lääketieteellisellä alalla.

Historia:

Titaanimetallin käyttö missä tahansa muodossa vain todella kehittyi toisen maailmansodan jälkeen. Tosiasiassa titaania ei eristetty metallina, kunnes amerikkalainen kemisti Matthew Hunter tuotti sen vähentämällä titaanitetrakloridia (TiCl4) natriumin kanssa 1910; Menetelmä tunnetaan nyt Hunter-prosessina.

Kaupallinen tuotanto ei kuitenkaan tullut vasta, kun William Justin Kroll osoitti, että titaania voitaisiin myös vähentää kloridista magnesiumilla 1930-luvulla.

Kroll-prosessi on tärkein kaupallinen tuotantomenetelmä tähän päivään asti.

Kun kustannustehokasta tuotantomenetelmää kehitettiin, titaanin ensimmäinen suuri käyttö oli sotilaslentokoneita. Sekä Neuvostoliiton että Yhdysvaltojen sotilaslentokoneiden ja sukellusveneiden (esim. Soviet Alfa- ja Mike Class sukellusveneet sekä USAF F100 Super Sabre ja Lockheed A-12) 1950- ja 1960-luvuilla alkoivat käyttää titaaniseoksia. 1960-luvun alussa tanssiseokset alkoivat käyttää myös kaupallisia ilma-alusvalmistajia.

Lääketieteellinen kenttä, erityisesti hammasimplantit ja protetiikka, herätti titaanin käyttökelpoisuutta 1900-luvulta peräisin olevan ruotsalaisen lääkärin Per-Ingvar Brånemarkin tutkimusten mukaan. Titaani ei aiheuta negatiivista immuunivastetta ihmisillä, jolloin metalli voi integroitua elimistöömme prosessi, jonka hän kutsui

osseointegraatio . Tuotanto:

Vaikka titaani on maankuoren neljäs tavallisin metallielementti (alumiinin, raudan ja magnesiumin takana), titaanimetallin tuotanto on erittäin herkkä erityisesti happea aiheuttavalle saastumiselle. kehitys ja korkeat kustannukset.

Titaanin alkutuotannossa käytettävät päämalmit ovat ilmeniitti, jonka osuus on noin 90 prosenttia tuotannosta ja rutiili, joka on jäljellä 10 prosenttia.

Vuonna 2010 tuotettiin noin 6,3 miljoonaa tonnia titaani-mineraalikonsentraattia, vaikka vain pieni osa (noin 5%) titaanitiivisteestä, joka tuotettiin vuosittain, lopulta päättyy titaanimetalliin. Sen sijaan eniten käytetään titaanidioksidin (TiO2), maaleissa, elintarvikkeissa, lääkkeissä ja kosmetiikassa käytettävän valkaisupigmentin valmistuksessa.

Kroll-prosessin ensimmäisessä vaiheessa titaani-malmi murskataan ja kuumennetaan koksaamishiilellä kloori-ilmakehässä titaanitetrakloridin (TiCl4) tuottamiseksi. Sitten kloridi otetaan talteen ja lähetetään lauhduttimen läpi, mikä tuottaa titaanikloridiliuosta, joka on 99% puhdas.

Titaanitetrakloridi lähetetään sitten suoraan astiaan, jotka sisältävät sulaa magnesiumia. Hapen saastumisen välttämiseksi tämä tehdään inertiksi lisäämällä argonkaasua.

Seuraavan tislauksen aikana, joka voi kestää useita päiviä, astia kuumennetaan 1 200 ° C: seen. Magnesium reagoi titaanikloridin kanssa, strippaa kloridin ja tuottaa alkuaineita titaania ja magnesiumkloridia.

Tuloksena syntyvää kuitumaista titaania kutsutaan titaani-sieneksi. Titaaniseosten ja korkean puhtauden omaavien titaanivalujen valmistamiseksi titaanisensuojaa voidaan sulattaa erilaisilla seosaineilla käyttäen elektronisuihkeita, plasma-kaaria tai tyhjökaaren sulamista.

Titaanin uuttokustannusten pienentämiseksi toistaiseksi tutkitaan aktiivisesti elektrolyyttisiä ja muita titaanimetallin valmistusmenetelmiä.

Strategisen luonteensa vuoksi titaanimetallituotantoa voi olla vaikea tulla. Kokonaismaailman titaanisientuotannon arvioidaan kuitenkin olevan noin 150 000 tonnia vuonna 2010. Suurimmat tuottajamaat ovat Kiina, Japani, Venäjä, Kazakstan ja Yhdysvallat. Suurten titaanisienien tuottajat ovat VSMPO (Venäjä), Titanium Metals Corp. (Yhdysvallat), RTI Intl. (Yhdysvallat), Fushun Jinming Titanium Industry (Kiina), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (Kiina) ja Osaka Titanium Technology Co. (Japani).

Sovellukset:

Titaanimetalliseokset käytetään ensisijaisesti seuraavilla teollisuudenaloilla:

Ilmailuteollisuus

• Military
• Medical
• Chemical
• Sporting goods
• valmistajat ovat yhä enemmän kääntyneet titaaniksi keskeiseksi rakenteelliseksi komponentiksi. Ensimmäisistä käyttökerroista 1960-luvun alussa Boeingin kaupallisten lentoyhtiöiden keskimääräinen titaanipitoisuus on kasvanut noin 2 prosentista ruumiinpainosta noin 15 prosenttiin. Lisää …

Lähteet:

TIMET Video: Kroll-prosessi.Saatavilla International Titanium Associationin verkkosivuilta: // www. titaani. org

US Geological Survey: Titanium. // mineraalit. USGS. gov / mineraalit / pubit / hyödykkeet / titaani /
Vulcan, Tom. 2010.
Titanium: Gods of Metal . Hardassetinvestor. com. Seuraa Terencea Google+ -palvelussa