Titán tulajdonságai és jellemzői

A titán erős és könnyű tűzálló fém. A titánötvözetek kritikus jelentőségűek a repülés és a repülőgépipar számára, ugyanakkor orvosi, vegyi és katonai hardverekben és sporteszközökben is használják.

Repülési alkalmazások számla a titánfogyasztás 80% -áért, míg a fém 20% -át páncélokban, orvosi berendezésekben és fogyasztási cikkekben használják.

• Atom szimbólum: Ti
• Atomszám: 22
• Elemkategória: Átmeneti fém
• Sűrűség: 4,506 / cm³
• Olvadáspont: 1670 ° C (3038 ° F).
• Forráspont: 3287 ° C (5949 ° F)
• Moh keménysége: 6

ötvözetek A titánt tartalmazó titánok nagy szilárdságuk, kis súlyuk és kivételes korrózióállóságuk miatt ismertek. Annak ellenére, hogy olyan erős, mint acél-, a titán kb. 40% -kal könnyebb.

Ez a kavitációval szembeni ellenálló képességgel (gyors nyomásváltozások, amelyek sokkhullámokat okoznak, amelyek idővel gyengíti vagy károsítja a fém) és az erózió, és alapvető fontosságú szerkezeti fémmé teszi a repülést mérnökök.

A titán félelmetes az is, hogy ellenáll annak

A titán alacsony rugalmassági modulusa van. Ez azt jelenti, hogy a titán nagyon rugalmas és hajlítás után visszatér eredeti formájába. Memória ötvözetek (olyan ötvözetek, amelyek hidegen deformálódhatnak, de melegítéskor visszatérnek eredeti formájukba) számos modern alkalmazás szempontjából fontosak.

A titán nem mágneses és biokompatibilis (nem mérgező, nem allergiás), ami egyre növekvő felhasználásának vezetett az orvosi területen.

A titánfém bármilyen formában történő felhasználása csak a második világháború után fejlődött ki. Valójában a titánt nem különítették el fémként, amíg az amerikai kémikus, Matthew Hunter titán-tetraklorid (TiCl) redukciójával előállította.₄) nátriummal 1910-ben; egy módszer, amelyet ma Hunter folyamatnak hívnak.

A kereskedelmi termelés azonban csak akkor következett be, amikor William Justin Kroll megmutatta, hogy a titán kloridból is redukálható magnézium felhasználásával az 1930-as években. A Kroll-folyamat a mai napig a leggyakrabban használt kereskedelmi termelési módszer.

Költséghatékony gyártási módszer kidolgozása után a titánt elsősorban katonai repülőgépekben használták fel. Az 1950-es és 1960-as években tervezett szovjet és amerikai katonai repülőgépek és tengeralattjárók titánötvözeteket kezdtek használni. Az 1960-as évek elején a titánötvözeteket a kereskedelmi repülőgépek gyártói is elkezdték használni.

Az orvosi terület, különösen a fogimplantátumok és a protézisek felébresztették a titán hasznosságát Per-Ingvar Branemark svéd orvos által a az 1950-es évek azt mutatták, hogy a titán nem vált ki negatív immunválaszt az emberekben, lehetővé téve a fém integrálódását testünkbe egy olyan folyamatban, amelyet ő nevezett osseointegration.

Noha a titán a földkéreg negyedik leggyakoribb fém elem (alumínium, vas és magnézium mögött), a A titán-fém rendkívül érzékeny a szennyeződésre, különösen az oxigénre, ami viszonylag nemrégiben fejlett és magas szintű költség.

A titán elsődleges előállításához használt fő ércek az ilmenit és a rutil, amelyek a termelés mintegy 90% -át és 10% -át teszik ki.

Körülbelül 10 millió tonna titán-ásványi koncentrátum készült 2015-ben, bár csak a Az évente előállított titánkoncentrátum kis része (kb. 5%) végül titánba kerül fém. Ehelyett a legtöbbet titán-dioxid (TiO₂), fehérítő pigment festékekben, élelmiszerekben, gyógyszerekben és kozmetikumokban használják.

A Kroll-eljárás első lépésében a titánércet összetörik és kokszszénnel melegítik klór atmoszférában titán-tetraklorid (TiCl) előállításához.₄). A kloridot ezután elfogják és egy kondenzátoron továbbítják, amely 99% -kal tiszta titán-klorid folyadékot eredményez.

A titán-tetrakloridot ezután közvetlenül az olvadt magnéziumot tartalmazó edényekbe juttatják. Az oxigénszennyezés elkerülése végett az inert gázt adunk hozzá.

Az ezt követő desztillációs folyamat során, amely több napig is tarthat, az edényt 1000 ° C hőmérsékleten 1832 ° F-ra melegítjük. A magnézium reagál a titán-kloriddal, sztrippelve a kloridot, és elemi titánt és magnézium-kloridot eredményezve.

Az így kapott rostos titánt titán szivacsnak nevezik. Titánötvözetek és nagy tisztaságú titánrúd előállításához a titánszivacsot különféle ötvöző elemekkel olvaszthatjuk el elektronnyaláb, plazma ív vagy vákuum ív olvadás segítségével.