Titano apdirbimas

Titano apdirbimas, titano ekstrahavimas iš jo rūdų ir titano lydinių ar junginių, skirtų naudoti įvairiuose produktuose, paruošimas.

Titanas (Ti) yra minkštas, elastingas, sidabriškai pilkos spalvos metalas, kurio lydymosi temperatūra 1675 ° C (3,047 ° F). Dėl to, kad jo paviršiuje susidaro palyginti inertiška oksido plėvelė, ji pasižymi puikiu atsparumu korozijai daugelyje natūralių aplinkų. Be to, jis yra lengvas, jo tankis (4,51 gramo kubiniame centimetre) yra viduryje tarp aliuminio ir geležies. Dėl mažo tankio ir aukšto stiprumo derinio jis gali pasiekti efektyviausią paprastųjų metalų stiprumo ir svorio santykį, esant temperatūrai iki 600 ° C (1100 ° F).

Kadangi jo atominis skersmuo yra panašus į daugelį įprastų metalų, tokių kaip aliuminis, geležis, alavas ir vanadis, titanas gali būti lengvai legiruotas, kad pagerintų jo savybes. Kaip ir geležis, metalas gali egzistuoti dviem kristalinėmis formomis: šešiakampiais, sandariai supakuotais (hcp), esant žemesnei kaip 883 ° C (1621 ° F), ir kūno centrui pritaikytu kubiniu (bcc) aukštesnėje temperatūroje iki jo lydymosi taško. Dėl tokio allotropinio elgesio ir gebėjimo lydytis daugelio elementų gaunami titano lydiniai, pasižymintys plačia mechaninių ir korozijai atspariomis savybėmis.

Nors titano rūdos yra gausios, dėl aukšto metalo aukšto metalo reaktyvumo su deguonimi, azotu ir vandeniliu reikia sudėtingų, todėl brangių gamybos ir apdirbimo procesų.

Istorija

Titano rūdą pirmą kartą 1791 m. Kornvalio paplūdimio smėlyje atrado anglų dvasininkas Williamas Gregoras. Faktinį oksido identifikavimą po kelerių metų padarė vokiečių chemikas MH Klaproth. Klaprotas metalo šiam oksidui suteikė titano pavadinimą, po titanų, graikų mitologijos milžinų.

Gryną metalinį titaną pirmą kartą pagamino 1906 m. Arba 1910 m. MA Hunter Rensselaer politechnikos institute (Troja, Niujorkas, JAV) bendradarbiaudamas su „General Electric Company“. Šie tyrėjai manė, kad titano lydymosi temperatūra yra 6000 ° C (10 800 ° F), todėl jie galėjo būti naudojami kaitrinių lempų siūlams, tačiau Hunteriui pagaminus metalą, kurio lydymosi temperatūra buvo artima 1800 ° C (3 300 ° F), pastangų buvo atsisakyta. Nepaisant to, Hunteris nurodė, kad metalas turi tam tikrą lankstumą, o jo pagaminimo būdas, reaguojant titano tetrachloridui (TiCl ₄) su natriu vakuume, vėliau buvo komercializuotas ir dabar žinomas kaip Hunterio procesas. Didelio lankstumo metalas buvo pagamintas 1925 m. Olandų mokslininkų AE van Arkelio ir JH de Boerio dėka, išskirdamas titano tetraiodidą ant karšto kaitinimo siūlelio evakuotoje stiklinėje lemputėje.

1932 m. William J. Kroll iš Liuksemburgo pagamino nemažą kiekį kaliojo titano, sujungdamas TiCl ₄ su kalciu. Iki 1938 m. Kroll buvo pagaminęs 20 kilogramų (50 svarų) titano ir buvo įsitikinęs, kad turi puikių korozijos ir stiprumo savybių. Prasidėjus Antrajam pasauliniam karui, jis pabėgo iš Europos ir tęsė darbą JAV „Union Carbide“ kompanijoje, vėliau - JAV kasyklų biure. Iki to laiko jis pakeitė reduktorių iš kalcio į metalo magnį. Dabar Kroll yra pripažintas šiuolaikinės titano pramonės tėvu, o Kroll procesas yra dabartinės titano gamybos pagrindas.

1946 m. ​​Atliktame JAV oro pajėgų tyrime buvo padaryta išvada, kad titano pagrindu pagaminti lydiniai yra inžinerinės medžiagos, turinčios didelę reikšmę, nes kylantys didesnio stiprio ir svorio santykio poreikiai reaktyviniuose lėktuvų konstrukcijose ir varikliuose negalėjo būti efektyviai patenkinti nei plieno, nei aliuminio.. Dėl to Gynybos departamentas pateikė gamybos paskatas pradėti titano pramonę 1950 m. Panašūs pramonės pajėgumai buvo sukurti Japonijoje, SSRS ir Jungtinėje Karalystėje. Po to, kai šį impulsą suteikė aviacijos ir kosmoso pramonė, tinkamas metalo tiekimas suteikė galimybių naujoms reikmėms kitose rinkose, tokiose kaip cheminis perdirbimas, medicina, energijos gamyba ir atliekų apdorojimas.

Rūdos

Titanas yra ketvirtas gausiausias struktūrinis metalas Žemėje, kurį viršija tik aliuminis, geležis ir magnis. Veiksmingos naudingosios iškasenos yra išsklaidytos visame pasaulyje ir apima vietas Australijoje, JAV, Kanadoje, Pietų Afrikoje, Siera Leonėje, Ukrainoje, Rusijoje, Norvegijoje, Malaizijoje ir keliose kitose šalyse.

Vyrauja mineralai: rutilis, kuris sudaro apie 95 procentų titano dioksido (TiO ₂), ir ilmenitas (FeTiO ₃), kuriame yra nuo 50 iki 65 procentų TiO ₂. Trečias mineralas, leukoksenas, yra ilmenito pakitimas, iš kurio dalis geležies natūraliai išplaunama. Jis neturi specifinio titano kiekio. Titano mineralai yra aliuviniuose ir vulkaniniuose dariniuose. Indėliuose paprastai yra nuo 3 iki 12 procentų sunkiųjų mineralų, susidedančių iš ilmenito, rutilo, leukokseno, cirkonio ir monazito.