Co je to titan?
Vlastnosti
- Atomový symbol: Ti
- Atomové číslo: 22
- Prvek Kategorie: Přechodový kov
- Hustota: 4,506 / cm3
- Bod tání: 3034 ° F (1668 ° C)
- Bod varu: 5949 ° F (3287 ° C)
- Moh 's tvrdost: 6
Charakteristiky
Slitiny obsahující titan jsou známé svou vysokou pevností, lehkou a výjimečnou odolností proti korozi .
I přes to, že je tak silný jako ocel, titan má o 40% lehčí hmotnost, což spolu s jeho odolností proti kavitaci a erozi dělá z něj zásadní konstrukční kov pro letecké inženýry.
Titan je také obtížný ve své odolnosti proti korozi jak vodou, tak chemickými médii. To dělá tím, že na jeho povrchu vytváří tenkou vrstvu oxidu titaničitého (TiO2), což je pro tyto materiály extrémně obtížné proniknout.
Mírný modul pružnosti znamená, že titan není také velmi flexibilní, ale po ohnutí se vrací do původního tvaru, což má za následek jeho význam pro tvarování slitin paměti.
Titan je nemagnetický a biokompatibilní (netoxický, nealergický), což vedlo k jeho rostoucímu využití v oblasti medicíny.
Dějiny
Použití titanového kovu, v jakékoliv formě, se opravdu rozvinul až po druhé světové válce.
Ve skutečnosti nebyl titan izolován jako kov, dokud ho americký chemik Matthew Hunter neprodukoval tím, že v roce 1910 snížil chlorid titaničitý (TiCl4) sodíkem; Metoda nyní známá jako Hunterův proces.
Komerční výroba však nepřišla až poté, co William Justin Kroll ukázal, že titan může být také redukován z chloridu pomocí hořčíku ve třicátých letech minulého století.
Proces Kroll zůstává i dnes nejdůležitějším komerčním způsobem výroby.
Po vyvinutí nákladově efektivního způsobu výroby byl hlavní použití titanu ve vojenských letadlech. Obě sovětské a americké vojenské letadla a ponorky (např. Sovětské ponorky třídy Alfa a Mike a USAF F100 Super Saber a Lockheed A-12) navržené v padesátých a šedesátých letech začaly používat slitiny titanu. Počátkem šedesátých let začaly slitiny titanu používat i výrobci komerčních letadel.
Lékařská oblast, zejména zubní implantáty a protetika, se probudila užitkovosti titanu poté, co švédský doktor Per-Ingvar Brånemark studie datuje do padesátých lét ukázaly, že titan nespouštěje žádnou negativní imunitní odpověď u lidí, dovolovat kovu integrovat se do našeho těla v procesu nazvaný osseointegrace .
Výroba
Ačkoli titan je čtvrtým nejčastějším kovovým prvkem v zemské kůře (za hliníkem , železem a hořčíkem), výroba titanového kovu je extrémně citlivá na kontaminaci, zejména kyslíkem, což představuje relativně nedávný vývoj a vysoké náklady.
Hlavní rudy používané v primární výrobě titanu jsou ilmenit, který tvoří přibližně 90% produkce a rutil, který představuje zbývajících 10%.
V roce 2010 bylo vyrobeno kolem 6,3 milionu tun koncentrátu z titanového minerálu, i když jen malá frakce (asi 5%) vyrobeného titanového koncentrátu nakonec skončí v kovovém titanu. Místo toho se většina používá při výrobě oxidu titaničitého (TiO2), bílého pigmentu používaného v barvách, potravinách, lécích a kosmetice.
V prvním kroku procesu Kroll se titanová ruda drtí a zahřívá se koksovatelným uhlím v atmosféře chloru za vzniku chloridu titaničitého (TiCl4). Chlorid je pak zachycen a odeslán přes kondenzátor, který produkuje kapalný chlorid titanu, který je čistý více než 99%.
Chlorid titaničitý je potom odeslán přímo do nádob obsahujících roztavený hořčík. Aby se zabránilo kontaminaci kyslíkem, je to inertním přídavkem argonového plynu.
Během následného destilačního procesu, který může trvat několik dní, se nádoba zahřeje na teplotu 1000 ° C (1832 ° F). Horčík reaguje s chloridem titanu, zbavuje chlorid a produkuje elementární titan a chlorid hořečnatý.
Výsledný vláknitý titan se označuje jako titanová houba. Pro výrobu slitin titanu a ingotů s vysokou čistotou titanu může být titanová houba roztavena různými legovacími prvky za použití elektronového paprsku, plazmového oblouku nebo tavení vakuového oblouku.
V naději, že náklady na těžbu titanu budou sníženy, budou i nadále aktivně zkoumány elektrolytické a jiné procesy výroby titanového kovu.
Vzhledem ke své strategické povaze může být obtížné získat statistiky o výrobě titanu. Odhaduje se však, že celková světová produkce houbiček byla v roce 2010 zhruba 150 000 tun. Největšími producentskými zeměmi jsou Čína, Japonsko, Rusko, Kazachstán a Spojené státy. Mezi velké výrobce houbiček titanu patří VSMPO (Rusko), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (USA), Fushun Jinming Titanium Industry (Čína), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (Čína) a Osaka Titanium Technology Co. (Japonsko).
Aplikace
Slitiny titanu se používají především v následujících oborech:
- Letecký a kosmický průmysl
- Válečný
- Lékařský
- Chemikálie
- Sportovní zboží
Během posledních několika desetiletí se výrobci letadel stále více obracejí na titan jako klíčovou strukturální složku. Od svého prvního použití na počátku šedesátých let se průměrný obsah titanu v leteckých společnostech společnosti Boeing zvýšil z přibližně 2% tělesné hmotnosti na přibližně 15%. Více...
Zdroje
> TIMET Video: Proces Kroll. K dispozici na webové stránce Mezinárodní asociace titanu: http://www.titanium.org
Americký geologický průzkum: Titanium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
Vulcan, Tome. Titanium: Kůň bohů . Hardassetinvestor.com.
> Sledujte Terence na Google+