Obróbka tytanu, ekstrakcja tytanu z jego rud i przygotowanie stopów tytanu lub związków do zastosowania w różnych produktach.
Tytan (Ti) to miękki, ciągliwy, srebrzysto-szary metal o temperaturze topnienia 1675 ° C (3047 ° F). Ze względu na tworzenie się na swojej powierzchni filmu tlenkowego, który jest względnie obojętny chemicznie, ma doskonałą odporność na korozję w większości naturalnych środowisk. Ponadto jest lekki, o gęstości (4,51 gramów na centymetr sześcienny) w połowie drogi między aluminium a żelazem. Połączenie niskiej gęstości i wysokiej wytrzymałości zapewnia najbardziej efektywny stosunek wytrzymałości do masy metali pospolitych w temperaturach do 600 ° C (1100 ° F).
Ponieważ jego średnica atomowa jest podobna do wielu popularnych metali, takich jak aluminium, żelazo, cyna i wanad, tytan może być łatwo stopiony, aby poprawić jego właściwości. Podobnie jak żelazo, metal może występować w dwóch postaciach krystalicznych: sześciokątnym ciasno upakowanym (hcp) poniżej 883 ° C (1621 ° F) i sześciennym ześrodkowanym na ciele (bcc) w wyższych temperaturach do temperatury topnienia. To allotropowe zachowanie i zdolność do stopowania z wieloma pierwiastkami powoduje, że stopy tytanu mają szeroki zakres właściwości mechanicznych i odpornych na korozję.
Chociaż rudy tytanu są obfite, wysoka reaktywność metalu z tlenem, azotem i wodorem w powietrzu w podwyższonych temperaturach wymaga skomplikowanych, a zatem kosztownych procesów produkcji i wytwarzania.
Historia
Rudę tytanu odkrył po raz pierwszy w 1791 r. W kornijskich piaskach plażowych angielski duchowny William Gregor. Rzeczywistej identyfikacji tlenku dokonał kilka lat później niemiecki chemik MH Klaproth. Klaproth nadał metalowemu składnikowi tego tlenku nazwę tytanu, po tytanach, gigantach mitologii greckiej.
Czysty metaliczny tytan został po raz pierwszy wyprodukowany w 1906 lub 1910 roku przez MA Huntera w Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, Nowy Jork, USA) we współpracy z General Electric Company. Ci badacze wierzyli, że tytan ma temperaturę topnienia 6000 ° C (10 800 ° F), a zatem był kandydatem na żarniki do lamp żarowych, ale gdy Hunter wyprodukował metal o temperaturze topnienia bliższej 1800 ° C (3300 ° F), wysiłek został porzucony. Niemniej Hunter wykazał, że metal miał pewną plastyczność i jego sposób wytwarzania go reakcji tetrachlorku tytanu (TiCU 4) z sodu pod próżnią, potem sprzedawany jest obecnie znany jako procesie Huntera. Metal o znacznej plastyczności został wyprodukowany w 1925 r. Przez holenderskich naukowców AE van Arkela i JH de Boera, którzy zdysocjowali tetrajodek tytanu na gorącym włóknie w opróżnionej bańce szklanej.
W 1932 William J. Kroll Luksemburga wytwarza znaczne ilości żeliwa tytanu łącząc TiCU 4 wapniem. Do 1938 roku Kroll wyprodukował 20 kilogramów tytanu i był przekonany, że ma doskonałe właściwości korozyjne i wytrzymałościowe. Na początku II wojny światowej uciekł z Europy i kontynuował pracę w Stanach Zjednoczonych w Union Carbide Company, a następnie w amerykańskim Bureau of Mines. Do tego czasu zmienił środek redukujący z wapnia na metal magnezowy. Kroll jest obecnie uznawany za ojca nowoczesnego przemysłu tytanowego, a proces Kroll jest podstawą większości obecnej produkcji tytanu.
Badanie amerykańskich sił powietrznych przeprowadzone w 1946 r. Wykazało, że stopy na bazie tytanu były materiałami inżynierskimi o potencjalnie dużym znaczeniu, ponieważ pojawiająca się potrzeba zwiększenia stosunku wytrzymałości do masy konstrukcji samolotów i silników odrzutowych nie mogła być skutecznie zaspokojona ani przez stal, ani przez aluminium. W rezultacie Departament Obrony zapewnił zachęty produkcyjne do uruchomienia przemysłu tytanowego w 1950 r. Podobne zdolności produkcyjne powstały w Japonii, ZSRR i Wielkiej Brytanii. Po tym, jak przemysł motoryzacyjny nadał temu impetowi, natychmiastowa dostępność metalu dała początek nowym zastosowaniom na innych rynkach, takich jak przetwórstwo chemiczne, medycyna, wytwarzanie energii i przetwarzanie odpadów.
Rudy
Tytan jest czwartym najliczniejszym metalem strukturalnym na Ziemi, wyprzedzonym jedynie przez aluminium, żelazo i magnez. Nadające się do eksploatacji złoża minerałów są rozproszone na całym świecie i obejmują miejsca w Australii, Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Afryce Południowej, Sierra Leone, Ukrainie, Rosji, Norwegii, Malezji i kilku innych krajach.
Że przeważają składniki mineralne są rutyl, co stanowi około 95 procent dwutlenku tytanu (TiO 2) i ilmenitu (FeTiO 3), która zawiera 50 do 65 procent TiO 2. Trzeci minerał, leukoksen, jest zmianą ilmenitu, z którego naturalnie wymyto część żelaza. Nie ma określonej zawartości tytanu. Minerały tytanu występują w formacjach aluwialnych i wulkanicznych. Złoża zwykle zawierają od 3 do 12 procent ciężkich minerałów, składających się z ilmenitu, rutylu, leukoksyny, cyrkonu i monazytu.
