Vyhledávání 

Používá se titan. Titan je kov. Vlastnosti titanu. Aplikace titanu. Třídy a chemické složení titanu. zajímavá fakta o titanu

Je to jeden z nejdůležitějších konstrukčních materiálů, protože kombinuje pevnost, tvrdost a lehkost. Další vlastnosti kovu jsou však velmi specifické, což činí proces získávání látky obtížným a nákladným. A dnes budeme zvažovat globální technologii výroby titanu stručně zmíníme a.

Kov je ve dvou modifikacích.

  • a-Ti– existuje do teploty 883 C, má hustou hexagonální mřížku.
  • β-Ti– má těleso centrovanou kubickou mřížku.

Přechod nastává s velmi malou změnou hustoty, protože ta se při zahřívání postupně snižuje.

  • Při provozu titanových výrobků se ve většině případů jedná o α-fázi. Při tavení a výrobě slitin však metalurgové pracují s β-modifikací.
  • Druhým znakem materiálu je anizotropie. Koeficient pružnosti a magnetická susceptibilita látky závisí na směru a rozdíl je docela patrný.
  • Třetím znakem je závislost vlastností kovu na jeho čistotě. Obyčejný technický titan není vhodný například pro použití v raketové vědě, protože vlivem nečistot ztrácí svou tepelnou odolnost. V této oblasti průmyslu se používají pouze extrémně čisté látky.

Toto video vám řekne o složení titanu:

Výroba titanu

Použití kovu začalo až v 50. letech minulého století. Jeho těžba a výroba je složitý proces, díky kterému byl tento poměrně běžný prvek klasifikován jako podmíněně vzácný. A pak se podíváme na technologii a vybavení dílen na výrobu titanu.

Suroviny

Titan zaujímá 7. místo, pokud jde o hojnost v přírodě. Nejčastěji se jedná o oxidy, titanáty a titanosilikáty. Maximální částka látky jsou obsaženy v oxidech - 94–99 %.

  • Rutil– nejstabilnější modifikace, je minerál namodralé, hnědožluté, červené barvy.
  • Anataz- dosti vzácný minerál, při teplotě 800–900 C přechází v rutil.
  • Brookite– krystal ortorombické soustavy, při 650 C se s úbytkem objemu nevratně přeměňuje v rutil.
  • Nejběžnější sloučeniny kovu a železa jsou: ilmenit(až 52,8 % titanu). Toto je geikilit, pyrophanit, crichton - chemické složení Ilmenit je velmi složitý a značně se liší.
  • Výsledek zvětrávání ilmenitu se využívá pro průmyslové účely - leukoxen. Zde dochází k poměrně složité chemické reakci, při které je část železa odstraněna z mřížky ilmenitu. V důsledku toho se zvyšuje objem titanu v rudě – až o 60 %.
  • Používají také rudu tam, kde kov není spojen s železným železem, jako v ilmenitu, ale objevuje se ve formě titaničitanu železnatého - to arizonit, pseudobrookit.

Nejvýznamnějšími ložisky jsou ilmenit, rutil a titanomagnetit. Jsou rozděleny do 3 skupin:

  • ohnivý– jsou spojeny s oblastmi rozšíření ultrabazických a bazických hornin, jinými slovy s distribucí magmatu. Nejčastěji se jedná o ilmenitové, titanomagnetitové ilmenit-hematitové rudy;
  • exogenní ložiska– rozsypová a zbytková, aluviální, aluviálně-lakustrinní ložiska ilmenitu a rutilu. Stejně jako pobřežní mořské rýže, titan, anatasové rudy ve zvětrávacích kůrách. Největší význam mají pobřežní mořské rýžoviště;
  • metamorfovaná ložiska– pískovce s leukoxenem, ilmenit-magnetitové rudy, spojité a roztroušené.

Exogenní ložiska - reziduální nebo rýhovaná ložiska, se vyvíjejí metodou open-pit. K tomuto účelu se používají bagry a bagry.

Rozvoj primárních ložisek je spojen s potopením dolů. Výsledná ruda se na místě drtí a obohacuje. Používá se gravitační obohacení, flotace a magnetická separace.

Jako surovinu lze použít titanovou strusku. Obsahuje až 85 % oxidu kovu.

Přijímací technologie

Proces výroby kovu z ilmenitových rud se skládá z několika fází:

  • redukční tavení pro získání titanové strusky;
  • chlorace strusky;
  • kovovýroba restaurováním;
  • Rafinace titanu – zpravidla se provádí za účelem zlepšení vlastností produktu.

Proces je složitý, vícestupňový a drahý. Výsledkem je, že výroba docela dostupného kovu je velmi nákladná.

Toto video vám řekne o výrobě titanu:

Příjem strusky

Ilmenit je spojením oxidu titaničitého se železným železem. Proto je účelem prvního stupně výroby oddělit oxid od oxidů železa. K tomu se redukují oxidy železa.

Proces se provádí v elektrických obloukových pecích. Koncentrát ilmenitu se vloží do pece, poté se zavede redukční činidlo - dřevěné uhlí, antracit, koks a zahřeje se na 1650 C. V tomto případě se z oxidu redukuje železo. Litina se získává z redukovaného a nauhličeného železa a oxid titaničitý se mění na strusku. Ten nakonec obsahuje 82–90 % titanu.

Litina a struska se nalévají do samostatných forem. Litina se používá v hutní výrobě.

Chlorace strusky

Účelem procesu je získat chlorid kovu pro další použití. Přímo chlorovat koncentrát ilmenitu se ukazuje jako nemožné kvůli tvorbě velkého množství chloridu železitého - sloučenina velmi rychle ničí zařízení. Proto se nelze obejít bez fáze předběžného odstranění oxidu železa. Chlorace se provádí v důlních nebo solných chlorátorech. Postup je trochu jiný.

  • Důlní chlorátor– lemovaná válcová konstrukce o výšce do 10 ma průměru do 2 m Na horní část chlorátoru jsou umístěny brikety z drcené strusky a tryskami je přiváděn plyn z hořčíkových elektrolyzérů obsahujících 65–70 % chloru. . Reakce mezi titanovou struskou a chlorem nastává za uvolňování tepla, které zajišťuje potřebné pro proces teplotní režim. Plynný chlorid titaničitý se odvádí shora a zbývající struska se kontinuálně odebírá ze dna.
  • Chlorátor soli, komora vystlaná šamotem a z poloviny naplněná vyčerpaným elektrolytem hořčíkových elektrolyzérů. Tavenina obsahuje chloridy kovů - sodík, draslík, hořčík a vápník. Do taveniny se shora přivádí drcená titanová struska a koks, zespodu se vstřikuje chlór. Protože chlorační reakce je exotermická, teplotní režim je udržován samotným procesem.

Chlorid titaničitý se několikrát čistí. Plyn může obsahovat oxid uhličitý, oxid uhelnatý a další nečistoty, takže čištění se provádí v několika stupních.

Spotřebovaný elektrolyt se pravidelně vyměňuje.

Kovovýroba

Kov se redukuje z tetrachloridu hořčíkem nebo sodíkem. K redukci dochází při uvolňování tepla, což umožňuje, aby reakce probíhala bez dalšího zahřívání.

K restaurování se používají elektrické odporové pece. Nejprve se do komory vloží zatavená baňka ze slitin chromu o výšce 2–3 m Po zahřátí nádoby na +750 C se do ní zavede hořčík. A pak se dodává chlorid titaničitý. Posuv je nastavitelný.

1 regenerační cyklus trvá 30–50 hodin, aby teplota nestoupla nad 800–900 C, retorta se profukuje vzduchem. V důsledku toho se získá 1 až 4 tuny houbovité hmoty - kov se ukládá ve formě drobků, které se slinují do porézní hmoty. Kapalný chlorid hořečnatý se periodicky vypouští.

Porézní hmota absorbuje poměrně hodně chloridu hořečnatého. Proto se po redukci provádí vakuová destilace. K tomu se retorta zahřeje na 1000 C, vytvoří se v ní vakuum a udržuje se 30–50 hodin. Během této doby se nečistoty odpaří.

Redukce sodíkem probíhá v podstatě stejným způsobem. Rozdíl je až v poslední fázi. Pro odstranění nečistot chloridu sodného se titanová houba rozdrtí a sůl se z ní vylouhuje obyčejnou vodou.

Rafinace

Technický titan získaný výše popsaným způsobem je docela vhodný pro výrobu zařízení a nádob pro chemický průmysl. Pro oblasti, kde je vyžadována vysoká tepelná odolnost a jednotnost vlastností, se však kov nehodí. V tomto případě se uchýlí k rafinaci.

Rafinace se provádí v termostatu, kde se teplota udržuje na 100–200 C. Do komory se umístí retorta s titanovou houbou a poté se pomocí speciálního zařízení v uzavřené komoře rozbije kapsle s jódem. Jód reaguje s kovem za vzniku jodidu titanu.

V retortě jsou nataženy titanové dráty, kterými prochází elektrický proud. Drát se zahřeje na 1300–1400 C, vzniklý jodid se na drátu rozkládá a tvoří krystaly nejčistšího titanu. Jód se uvolňuje a reaguje. S novou částí titanové houby proces pokračuje, dokud není kov vyčerpán. Výroba se zastaví, když v důsledku nánosu titanu dosáhne průměr drátu 25–30 mm. V jednom takovém zařízení lze získat 10 kg kovu s podílem 99,9–99,99 %.

Pokud je nutné získat kujný kov v ingotech, postupujte jinak. K tomu se titanová houba taví ve vakuové obloukové peci, protože kov aktivně absorbuje plyny při vysokých teplotách. Spotřební elektroda se získává z titanového odpadu a houby. Tekutý kov tuhne v aparatuře v krystalizátoru chlazeném vodou.

Tavení se obvykle dvakrát opakuje, aby se zlepšila kvalita ingotů.

Vzhledem k charakteristice látky - reakce s kyslíkem, dusíkem a absorpce plynů je výroba všech slitin titanu možná také pouze v elektrických obloukových vakuových pecích.

Přečtěte si o Rusku a dalších zemích produkujících titan níže.

Populární výrobci

Trh výroby titanu je docela uzavřený. Země, které produkují velké množství kovu, jsou zpravidla samy jeho spotřebiteli.

V Rusku je největší a snad jedinou společností zabývající se výrobou titanu VSMPO-Avisma. Je považován za největšího výrobce kovů, ale není to tak úplně pravda. Společnost vyrábí pětinu titanu, ale celosvětová spotřeba vypadá jinak: asi 5 % jde na produkty a přípravu slitin a 95 % na výrobu oxidu.

Takže výroba titanu ve světě podle zemí:

  • Přední producentskou zemí je Čína. Země má maximální zásoby titanových rud. Z 18 slavné továrny pro výrobu titanové houby 9 se nacházejí v Číně.
  • Japonsko je na druhém místě. Zajímavé je, že pouze 2–3 % kovu se v zemi spotřebuje v leteckém průmyslu, zatímco zbytek se používá v chemickém průmyslu.
  • Třetí místo na světě ve výrobě titanu zaujímá Rusko a jeho četné továrny. Pak přichází Kazachstán.
  • USA, další producentská země na seznamu, spotřebovává titan tradičním způsobem: 60–75 % titanu se používá v leteckém průmyslu.

Výroba titanu je technologicky složitý, drahý a časově náročný proces. Poptávka po tomto materiálu je však tak velká, že se předpokládá výrazný nárůst tavení kovů.

Toto video vám řekne, jak se titan řeže v jednom z výrobních závodů v Rusku:

Fyzikální a chemické vlastnosti titanu, výroba titanu

Použití titanu v čisté formě a ve formě slitin, použití titanu ve formě sloučenin, fyziologický účinek titanu

Sekce 1. Historie a výskyt titanu v přírodě.

Titan -Tento prvek sekundární podskupiny čtvrté skupiny, čtvrté periody periodického systému chemických prvků D.I. Mendělejeva, s atomovým číslem 22. Jednoduchá látka titan (číslo CAS: 7440-32-6) je lehký kov stříbřité barvy. -bílá barva. Existuje ve dvou krystalických modifikacích: α-Ti s šestihrannou těsně uzavřenou mřížkou, β-Ti s kubickým tělesem centrovaným balením, teplota polymorfní přeměny α↔β je 883 °C. Teplota tání 1660 ± 20 °C.

Historie a výskyt titanu v přírodě

Titan byl pojmenován po starověkých řeckých postavách Titánů. Německý chemik Martin Klaproth jej takto pojmenoval ze svých osobních důvodů, na rozdíl od Francouzů, kteří se snažili pojmenovat prvek v souladu s chemickými vlastnostmi prvku, ale protože vlastnosti prvku nebyly v té době známy, byl zvolen tento název. .

Titan je 10. prvek z hlediska množství na naší planetě. Množství titanu v zemské kůře je 0,57 % hmotnosti a 0,001 miligramu na 1 litr mořské vody. Ložiska titanu se nacházejí na těchto územích: Jižní Afrika, Ukrajina, Rusko, Kazachstán, Japonsko, Austrálie, Indie, Cejlon, Brazílie a Jižní Korea.


Titan je podle svých fyzikálních vlastností lehký stříbřitý kov, navíc se vyznačuje vysokou viskozitou při obrábění a je náchylný k přilnutí k řeznému nástroji, proto se k odstranění tohoto efektu používají speciální maziva nebo nástřik. Při pokojové teplotě je pokryta lasifikačním filmem oxidu TiO2, díky kterému je odolná vůči korozi ve většině agresivních prostředí, kromě alkálií. Titanový prach má tendenci explodovat, s bodem vzplanutí 400 °C. Titanové piliny představují nebezpečí požáru.

K výrobě titanu v jeho čisté formě nebo jeho slitin se ve většině případů používá oxid titaničitý s malým počtem sloučenin, které jsou v něm obsaženy. Například rutilový koncentrát získaný obohacováním titanových rud. Zásoby rutilu jsou však extrémně malé, a proto se používá tzv. syntetický rutil nebo titanová struska, získaná zpracováním koncentrátů ilmenitu.

Za objevitele titanu je považován 28letý anglický mnich William Gregor. V roce 1790, když prováděl mineralogické průzkumy ve své farnosti, si všiml rozšíření a neobvyklých vlastností černého písku v údolí Menacan v jihozápadní Anglii a začal jej studovat. V písku kněz objevil zrnka černého lesklého minerálu, který byl přitahován obyčejným magnetem. Nejčistší titan získaný v roce 1925 Van Arkelem a de Boerem pomocí jodidové metody se ukázal být tažným a vyrobitelným kovem s mnoha cennými vlastnostmi, které přitahovaly pozornost širokého spektra konstruktérů a inženýrů. V roce 1940 navrhl Kroll hořčíkovou tepelnou metodu získávání titanu z rud, která je dodnes hlavní metodou. V roce 1947 bylo vyrobeno prvních 45 kg komerčně čistého titanu.


V Mendělejevově periodické tabulce prvků má titan pořadové číslo 22. Atomová hmotnost přírodního titanu, vypočtená z výsledků studií jeho izotopů, je 47,926. Takže jádro neutrálního atomu titanu obsahuje 22 protonů. Počet neutronů, tedy neutrálních nenabitých částic, je různý: obvykle 26, ale může se pohybovat od 24 do 28. Proto je počet izotopů titanu různý. Dnes je známo celkem 13 izotopů prvku č. 22 Přírodní titan tvoří směs pěti stabilních izotopů, nejhojněji zastoupený je titan-48, jeho podíl v přírodních rudách je 73,99 %. Titan a další prvky podskupiny IVB jsou svými vlastnostmi velmi podobné prvkům podskupiny IIIB (skupina skandium), i když se od posledně jmenovaných liší svou schopností vykazovat větší mocenství. Podobnost titanu se skandiem, yttriem a také s prvky podskupiny VB - vanadem a niobem je vyjádřena tím, že v přírodních minerálech se titan často vyskytuje společně s těmito prvky. S jednomocnými halogeny (fluor, brom, chlor a jod) může tvořit di- a tetrasloučeniny, se sírou a prvky své skupiny (selen, telur) - mono- a disulfidy, s kyslíkem - oxidy, oxidy a trioxidy.


Titan také tvoří sloučeniny s vodíkem (hydridy), dusíkem (nitridy), uhlíkem (karbidy), fosforem (fosfidy), arsenem (arsides), stejně jako sloučeniny s mnoha kovy - intermetalické sloučeniny. Titan tvoří nejen jednoduché, ale i četné komplexní sloučeniny, je známo mnoho jeho sloučenin s organickými látkami. Jak je vidět ze seznamu sloučenin, na kterých se může titan podílet, je chemicky velmi aktivní. Titan je zároveň jedním z mála kovů s výjimečně vysokou odolností proti korozi: je prakticky věčný na vzduchu, ve studené i vroucí vodě a je velmi odolný v mořské vodě, v roztocích mnoha solí, anorganických a organických kyselin . Svou korozní odolností v mořské vodě předčí všechny kovy s výjimkou ušlechtilých - zlato, platina atd., většinu druhů nerezové oceli, nikl, měď a další slitiny. Ve vodě a v mnoha agresivních prostředích čistý titan nepodléhá korozi. Titan odolává erozivní korozi, ke které dochází v důsledku kombinace chemických a mechanických účinků na kov. V tomto ohledu není podřadný nejlepší značky nerezové oceli, slitiny na bázi mědi a další konstrukční materiály. Titan také dobře odolává únavové korozi, která se často projevuje v podobě porušení celistvosti a pevnosti kovu (praskání, lokální koroze atd.). Chování titanu v mnoha agresivních prostředích, jako je dusičná, chlorovodíková, sírová, aqua regia a další kyseliny a zásady, vyvolává překvapení a obdiv k tomuto kovu.


Titan je velmi žáruvzdorný kov. Po dlouhou dobu se věřilo, že taje při 1800 ° C, ale v polovině 50. Angličtí vědci Deardorff a Hayes stanovili bod tání čistého elementárního titanu. Dosahoval 1668±3° C. Z hlediska žáruvzdornosti je titan na druhém místě za kovy jako wolfram, tantal, niob, rhenium, molybden, kovy skupiny platiny, zirkonium a mezi hlavními konstrukčními kovy je na prvním místě. Nejdůležitější vlastností titanu jako kovu jsou jeho jedinečné fyzikální a chemické vlastnosti: nízká hustota, vysoká pevnost, tvrdost atd. Hlavní je, že se tyto vlastnosti výrazně nemění s vysoké teploty.

Titan je lehký kov, jeho hustota při 0°C je pouze 4,517 g/cm8 a při 100°C – 4,506 g/cm3. Titan patří do skupiny kovů s měrnou hmotností menší než 5 g/cm3. Patří sem všechny alkalické kovy (sodík, kadium, lithium, rubidium, cesium) s měrnou hmotností 0,9–1,5 g/cm3, hořčík (1,7 g/cm3), hliník (2,7 g/cm3) atd. Titan je více než 1,5x těžší než hliník a v tom na něj samozřejmě ztrácí, ale je 1,5x lehčí než železo (7,8 g/cm3). Nicméně, titan zaujímá střední pozici mezi hliníkem a železem, pokud jde o měrnou hustotu, ve svých mechanických vlastnostech je mnohonásobně převyšuje.) Titan má značnou tvrdost: je 12krát tvrdší než hliník, 4krát tvrdší než železo a měď. Další důležitou vlastností kovu je jeho mez kluzu. Čím je vyšší, tím lépe odolávají díly vyrobené z tohoto kovu provoznímu zatížení. Mez kluzu titanu je téměř 18krát vyšší než u hliníku. Měrnou pevnost titanových slitin lze zvýšit 1,5–2krát. Jeho vysoké mechanické vlastnosti jsou dobře zachovány při teplotách až několik set stupňů. Čistý titan je vhodný pro všechny druhy zpracování za tepla i za studena: lze jej kovat jako železo, táhnout a dokonce z něj vyrábět drát, válcovat do plechů, pásů a fólií až do tloušťky 0,01 mm.


Na rozdíl od většiny kovů má titan významný elektrický odpor: pokud je elektrická vodivost stříbra 100, pak je elektrická vodivost mědi 94, hliníku - 60, železa a platiny -15 a titanu - pouze 3,8. Titan je paramagnetický kov, nemagnetizuje se jako železo v magnetickém poli, ale není z něj vytlačován jako měď. Jeho magnetická susceptibilita je velmi slabá, tuto vlastnost lze využít ve stavebnictví. Titan má relativně nízkou tepelnou vodivost, pouze 22,07 W/(mK), což je přibližně 3krát nižší než tepelná vodivost železa, 7krát nižší než tepelná vodivost hořčíku, 17–20krát nižší než u hliníku a mědi. V souladu s tím je koeficient lineární tepelné roztažnosti titanu nižší než u jiných konstrukčních materiálů: při 20 C je 1,5krát nižší než u železa, 2krát nižší než u mědi a téměř 3krát nižší než u hliníku. Titan je tedy špatným vodičem elektřiny a tepla.


Dnes jsou slitiny titanu široce používány v letecké technice. Slitiny titanu byly poprvé v průmyslovém měřítku použity v leteckých konstrukcích. proudové motory. Použití titanu v konstrukci proudových motorů umožňuje snížit jejich hmotnost o 10...25%. Z titanových slitin jsou vyrobeny zejména kotouče a lopatky kompresoru, části sání vzduchu, vodicí lopatky a upevňovací prvky. Titanové slitiny jsou pro nadzvuková letadla nepostradatelné. Zvýšení rychlosti letu letadlo vedlo ke zvýšení teploty kůže, v důsledku čehož hliníkové slitiny již nesplňují požadavky kladené letadly při nadzvukových rychlostech. Teplota opláštění v tomto případě dosahuje 246...316 °C. Za těchto podmínek se jako nejvhodnější materiál ukázaly slitiny titanu. V 70. letech výrazně vzrostlo použití titanových slitin pro draky civilních letadel. V letounu středního doletu TU-204 je celková hmotnost dílů vyrobených ze slitin titanu 2570 kg. Použití titanu ve vrtulnících se postupně rozšiřuje, zejména pro části rotorového systému, pohonu a řídicích systémů. Slitiny titanu zaujímají v raketové vědě důležité místo.

Díky vysoké odolnosti proti korozi v mořské vodě se titan a jeho slitiny používají při stavbě lodí k výrobě lodních šroubů, pokovování námořních plavidel, ponorky, torpéda atd. Skořápky neulpívají na titanu a jeho slitinách, což prudce zvyšuje odolnost plavidla při jeho pohybu. Postupně se oblasti použití titanu rozšiřují. Titan a jeho slitiny se používají v chemickém, petrochemickém, celulózovém a papírenském a potravinářském průmyslu, neželezné metalurgii, energetice, elektronice, jaderné technice, galvanizaci, při výrobě zbraní, k výrobě pancéřových plátů, chirurgických nástrojů, chirurgické implantáty, odsolovací zařízení, díly závodních vozů, sportovní vybavení (golfové hole, horolezecké vybavení), díly hodinek a dokonce i šperky. Nitridace titanu vede k vytvoření zlatého filmu na jeho povrchu, který svou krásou není horší než skutečné zlato.

Téměř současně a nezávisle na sobě objevili TiO2 Angličan W. Gregor a německý chemik M. G. Klaproth. W. Gregor, který studoval složení magnetického železitého písku (Creed, Cornwall, Anglie, 1791), izoloval novou „zemi“ (oxid) neznámého kovu, který nazval menaken. V roce 1795 objevil německý chemik Klaproth nový prvek v minerálu rutil a pojmenoval jej titan. O dva roky později Klaproth zjistil, že rutil a menaken země jsou oxidy stejného prvku, což dalo vznik názvu „titan“, který navrhl Klaproth. O deset let později byl titan objeven potřetí. Francouzský vědec L. Vauquelin objevil titan v anatasu a dokázal, že rutil a anatas jsou totožné oxidy titanu.

První vzorek kovového titanu získal v roce 1825 J. Ya Berzelius. Vzhledem k vysoké chemické aktivitě titanu a obtížnosti jeho čištění získali čistý vzorek Ti Holanďané A. van Arkel a I. de Boer v roce 1925 tepelným rozkladem par jodidu titanu TiI4.

Titan je na 10. místě z hlediska rozšíření v přírodě. Obsah v zemské kůře je 0,57 % hmotnosti, v mořské vodě 0,001 mg/l. V ultrabazických horninách 300 g/t, v bazických horninách - 9 kg/t, v kyselých horninách 2,3 kg/t, v jílech a břidlicích 4,5 kg/t. V zemské kůře je titan téměř vždy čtyřmocný a je přítomen pouze ve sloučeninách kyslíku. Nenalezeno ve volné formě. V podmínkách zvětrávání a srážek má titan geochemickou afinitu k Al2O3. Je koncentrován v bauxitech zvětrávací kůry a v mořských jílovitých sedimentech. Titan se přenáší ve formě mechanických úlomků minerálů a ve formě koloidů. V některých jílech se hromadí až 30 % hmotnosti TiO2. Titanové minerály jsou odolné vůči povětrnostním vlivům a tvoří velké koncentrace v sypačích. Je známo více než 100 minerálů obsahujících titan. Nejdůležitější z nich jsou: rutil TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetit FeTiO3 + Fe3O4, perovskit CaTiO3, titanit CaTiSiO5. Primární jsou titanové rudy - ilmenit-titanomagnetit a rýžovinové rudy - rutil-ilmenit-zirkon.

Hlavní rudy: ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanit (CaTiSiO5).


Od roku 2002 bylo 90 % vytěženého titanu použito k výrobě oxidu titaničitého TiO2. Světová produkce oxidu titaničitého byla 4,5 milionu tun ročně. Potvrzené zásoby oxidu titaničitého (bez Ruska) jsou asi 800 milionů tun Podle údajů US Geological Survey v roce 2006, pokud jde o oxid titaničitý a bez Ruska, zásoby ilmenitových rud dosahují 603-673 milionů tun a rutilové rudy. - 49,7- 52,7 mil. tun Při současném tempu produkce tedy prokázané světové zásoby titanu (vyjma Ruska) vydrží na více než 150 let.

Rusko má po Číně druhé největší zásoby titanu na světě. Základ nerostných surovin titanu v Rusku tvoří 20 ložisek (z nichž 11 je primárních a 9 aluviálních), poměrně rovnoměrně rozmístěných po celé zemi. Největší z prozkoumaných ložisek (Yaregskoye) se nachází 25 km od města Ukhta (Republika Komi). Zásoby ložiska se odhadují na 2 miliardy tun rudy s průměrným obsahem oxidu titaničitého asi 10 %.

Největší světový výrobce titanu - ruská společnost"VSMPO-AVISMA".

Obvykle, zdrojový materiál Pro výrobu titanu a jeho sloučenin se používá oxid titaničitý s relativně malým množstvím nečistot. Zejména se může jednat o rutilový koncentrát získaný obohacováním titanových rud. Zásoby rutilu ve světě jsou však velmi omezené a častěji se používá tzv. syntetický rutil neboli titanová struska, získávaná ze zpracování koncentrátů ilmenitu. Pro získání titanové strusky se koncentrát ilmenitu redukuje v elektrické obloukové peci, zatímco železo se odděluje na kovovou fázi (litinu) a neredukované oxidy titanu a nečistoty tvoří struskovou fázi. Bohatá struska se zpracovává chloridovou nebo kyselinou sírovou metodou.

V čisté formě i ve formě slitin

Titanový pomník Gagarinovi na Leninském prospektu v Moskvě

Kov se používá v: chemickém průmyslu (reaktory, potrubí, čerpadla, potrubní armatury), vojenském průmyslu (neprůstřelné vesty, letecké pancéřování a protipožární bariéry, trupy ponorek), průmyslových procesech (odsolovací závody, celulózové a papírenské procesy), automobilovém průmyslu, zemědělský průmysl, potravinářský průmysl, piercingové šperky, lékařský průmysl (protézy, osteoprotézy), dentální a endodontické nástroje, zubní implantáty, sportovní potřeby, šperky (Alexander Khomov), mobilní telefony, lehké slitiny atd. Je nejdůležitějším konstrukčním materiálem v letectví, raketa, stavba lodí.

Odlévání titanu se provádí ve vakuových pecích do grafitových forem. Používá se také vakuové lití do ztraceného vosku. Kvůli technologickým potížím se v omezené míře používá při uměleckém odlévání. První monumentální litou titanovou sochou na světě je pomník Jurije Gagarina na po něm pojmenovaném náměstí v Moskvě.

Titan je legovací přísada do mnoha legovaných ocelí a většiny speciálních slitin.

Nitinol (nikl-titan) je slitina s tvarovou pamětí používaná v lékařství a technologii.

Aluminidy titanu jsou velmi odolné vůči oxidaci a žáruvzdorné, což následně předurčilo jejich použití v letecké a automobilové výrobě jako konstrukční materiály.

Titan je jedním z nejběžnějších getrových materiálů používaných ve vysokovakuových vývěvách.

Bílý oxid titaničitý (TiO2) se používá v barvách (jako je titanová běloba) a při výrobě papíru a plastů. Potravinářské aditivum E171.

Organo-titanové sloučeniny (např. tetrabutoxytitan) se používají jako katalyzátor a tvrdidlo v chemickém průmyslu a průmyslu barev a laků.

Anorganické sloučeniny titanu se používají v chemické elektronice a průmyslu skleněných vláken jako přísady nebo povlaky.

Karbid titanu, diborid titanu, karbonitrid titanu jsou důležité složky supertvrdých materiálů pro zpracování kovů.

Nitrid titanu se používá k potahování nástrojů, kostelních kopulí a při výrobě bižuterie, protože... má barvu podobnou zlatu.


Titaničitan barnatý BaTiO3, titaničitan olovnatý PbTiO3 a řada dalších titaničitanů jsou feroelektrika.

Existuje mnoho slitin titanu s různými kovy. Legující prvky se v závislosti na jejich vlivu na teplotu polymorfní přeměny dělí do tří skupin: beta stabilizátory, alfa stabilizátory a neutrální zpevňovače. První snižují transformační teplotu, druhé ji zvyšují, třetí ji neovlivňují, ale vedou k rozpouštěcímu zpevnění matrice. Příklady alfa stabilizátorů: hliník, kyslík, uhlík, dusík. Beta stabilizátory: molybden, vanad, železo, chrom, nikl. Neutrální tužidla: zirkon, cín, křemík. Beta stabilizátory se zase dělí na beta izomorfní a beta eutektoid tvořící. Nejběžnější slitinou titanu je slitina Ti-6Al-4V (v ruské klasifikaci - VT6).

60 % - barva;

20 % - plast;

13 % - papír;

7 % - strojírenství.

15-25 $ za kilogram, v závislosti na čistotě.

Čistota a kvalita hrubého titanu (titanové houby) je obvykle určena jeho tvrdostí, která závisí na obsahu nečistot. Nejběžnější značky jsou TG100 a TG110.

Cena ferrotitanu (minimálně 70 % titanu) k 22. prosinci 2010 je 6,82 $ za kilogram. Od 1. ledna 2010 byla cena 5,00 $ za kilogram.

V Rusku byly ceny titanu na začátku roku 2012 1200-1500 rublů/kg.

výhody:

nízká hustota (4500 kg/m3) pomáhá snižovat hmotnost použitého materiálu;

vysoká mechanická pevnost. Stojí za zmínku, že při zvýšených teplotách (250-500 °C) mají slitiny titanu lepší pevnost než vysoce pevné hliníkové a hořčíkové slitiny;

neobvykle vysoká odolnost proti korozi díky schopnosti titanu tvořit tenké (5-15 mikronů) souvislé filmy oxidu TiO2 na povrchu, pevně spojené s hmotou kovu;

měrná pevnost (poměr pevnosti a hustoty) nejlepších slitin titanu dosahuje 30-35 i více, což je téměř dvojnásobek měrné pevnosti legovaných ocelí.


nedostatky:

vysoké náklady na výrobu, titan je mnohem dražší než železo, hliník, měď, hořčík;

aktivní interakce za vysokých teplot, zejména v kapalném stavu, se všemi plyny, které tvoří atmosféru, v důsledku čehož lze titan a jeho slitiny tavit pouze ve vakuu nebo v prostředí inertních plynů;

potíže se začleněním titanového odpadu do výroby;

špatné kluzné vlastnosti kvůli přilnavosti titanu k mnoha materiálům, titan spárovaný s titanem nemůže fungovat pro tření;

vysoká náchylnost titanu a mnoha jeho slitin k vodíkové křehkosti a korozi solí;

špatná obrobitelnost, podobná obrobitelnosti austenitických korozivzdorných ocelí;

vysoká chemická aktivita, tendence k růstu zrn při vysokých teplotách a fázové přeměny během svařovacího cyklu způsobují potíže při svařování titanu.


Převážná část titanu se spotřebuje na potřeby letecké a raketové techniky a na stavbu námořních lodí. Titan (ferrotitan) se používá jako ligační přísada do kvalitní oceli a jako deoxidační činidlo. Technický titan se používá k výrobě nádob, chemických reaktorů, potrubí, armatur, čerpadel, ventilů a dalších produktů pracujících v agresivním prostředí. Kompaktní titan se používá k výrobě sítí a dalších částí elektrických vakuových zařízení pracujících při vysokých teplotách.

Z hlediska použití jako konstrukčního materiálu je titan na 4. místě, druhý za Al, Fe a Mg. Aluminidy titanu jsou velmi odolné vůči oxidaci a žáruvzdorné, což následně předurčilo jejich použití v letecké a automobilové výrobě jako konstrukční materiály. Biologická bezpečnost titanu z něj dělá vynikající materiál pro potravinářský průmysl a rekonstrukční chirurgii.

Titan a jeho slitiny našly široké uplatnění v technologii díky své vysoké mechanické pevnosti, která se udržuje při vysokých teplotách, odolnosti proti korozi, tepelné odolnosti, měrné pevnosti, nízké hustotě a dalším užitným vlastnostem. Vysoká cena titanu a jeho slitin je v mnoha případech kompenzována jejich vyšší výkonností a v některých případech jsou jediným materiálem, ze kterého lze vyrobit zařízení nebo konstrukce, které mohou fungovat za daných specifických podmínek.

Titanové slitiny hrají velkou roli v letecké technice, kde se snaží získat co nejlehčí konstrukci v kombinaci s potřebnou pevností. Titan je lehký ve srovnání s jinými kovy, ale zároveň může pracovat při vysokých teplotách. Slitiny titanu se používají k výrobě krytu, upevňovacích dílů, napájecí sady, dílů podvozku a různých jednotek. Tyto materiály se používají i při konstrukci leteckých proudových motorů. To umožňuje snížit jejich hmotnost o 10-25%. Slitiny titanu se používají k výrobě kotoučů a lopatek kompresorů, dílů sání vzduchu a vodicích lopatek a spojovacích prvků.

Titan a jeho slitiny se také používají v raketové vědě. Vlivem krátkodobého provozu motorů a rychlého průchodu hustých vrstev atmosféry v raketové vědě do značné míry odpadají problémy únavové pevnosti, statické odolnosti a částečně tečení.

Technický titan není pro svou nedostatečně vysokou tepelnou pevnost vhodný pro použití v letectví, ale pro svou mimořádně vysokou odolnost proti korozi je v některých případech nepostradatelný v chemickém průmyslu a stavbě lodí. Používá se tedy při výrobě kompresorů a čerpadel pro čerpání tak agresivních médií, jako je kyselina sírová a chlorovodíková a jejich soli, potrubí, uzavírací ventily, autoklávy, různé typy nádob, filtry atd. Odolnost proti korozi má pouze titan. prostředí, jako je mokrý chlór, vodné a kyselé roztoky chlóru, proto se z tohoto kovu vyrábí zařízení pro chlórový průmysl. Výměníky tepla jsou vyrobeny z titanu a pracují v korozivním prostředí, např. kyselina dusičná (nekuřácké). Při stavbě lodí se titan používá k výrobě vrtulí, pokovování lodí, ponorek, torpéd atd. Skořápky neulpívají na titanu a jeho slitinách, což prudce zvyšuje odolnost plavidla při jeho pohybu.

Slitiny titanu jsou slibné pro použití v mnoha dalších aplikacích, ale jejich rozšíření v technologii brání vysoká cena a nedostatek titanu.

Sloučeniny titanu jsou také široce používány v různých průmyslových odvětvích. Karbid titanu má vysokou tvrdost a používá se při výrobě řezných nástrojů a brusiva. Bílý oxid titaničitý (TiO2) se používá v barvách (jako je titanová běloba) a při výrobě papíru a plastů. Organo-titanové sloučeniny (např. tetrabutoxytitan) se používají jako katalyzátor a tvrdidlo v chemickém průmyslu a průmyslu barev a laků. Anorganické sloučeniny titanu se používají v chemické elektronice a průmyslu skleněných vláken jako přísady. Diborid titanu je důležitou součástí supertvrdých materiálů pro zpracování kovů. Nitrid titanu se používá k potahování nástrojů.

Vzhledem k současným vysokým cenám titanu se používá především pro výrobu vojenské techniky, kde hlavní roli nepatří k hodnotě, ale Technické specifikace. Přesto jsou známy případy využití unikátních vlastností titanu pro civilní potřeby. Vzhledem k tomu, že ceny titanu klesají a jeho produkce se zvyšuje, bude se stále více rozšiřovat využití tohoto kovu pro vojenské i civilní účely.


Letectví. Nízká měrná hmotnost a vysoká pevnost (zejména při zvýšených teplotách) titanu a jeho slitin z nich činí velmi cenné letecké materiály. V oblasti konstrukce letadel a výroby leteckých motorů titan stále častěji nahrazuje hliník a nerezovou ocel. Jak teplota stoupá, hliník rychle ztrácí svou pevnost. Na druhou stranu titan má jasná výhoda z hlediska pevnosti při teplotách do 430 °C a zvýšené teploty tohoto řádu se vyskytují při vysokých rychlostech v důsledku aerodynamického ohřevu. Výhodou nahrazení oceli titanem v letectví je snížení hmotnosti bez ztráty pevnosti. Celkové snížení hmotnosti se zvýšeným výkonem při zvýšených teplotách umožňuje zvýšit užitečné zatížení, dolet a manévrovatelnost letadla. To vysvětluje snahy o rozšíření použití titanu v konstrukci letadel při výrobě motorů, konstrukce trupu, výroby potahů a dokonce i spojovacích prostředků.

Při konstrukci proudových motorů se titan používá především pro výrobu lopatek kompresorů, kotoučů turbín a mnoha dalších lisovaných dílů. Titan zde nahrazuje nerezovou a tepelně zpracovatelnou legovanou ocel. Úspora jednoho kilogramu hmotnosti motoru umožňuje ušetřit až 10 kg na celkové hmotnosti letadla díky lehčímu trupu. Do budoucna se počítá s použitím titanových plechů pro výrobu plášťů spalovacích komor motorů.

V konstrukci letadel je titan široce používán pro části trupu pracující při zvýšených teplotách. Titanový plech se používá k výrobě všech druhů pouzder, ochranných pouzder na kabely a vodítek na střely. Různé výztuhy, rámy trupu, žebra atd. jsou vyrobeny z plechů legovaného titanu.

Pouzdra, klapky, kryty kabelů a vedení střel jsou vyrobeny z nelegovaného titanu. Legovaný titan se používá k výrobě trupových rámů, rámů, potrubí a požárních přepážek.


Titan se stále častěji používá při konstrukci letounů F-86 a F-100. V budoucnu se bude titan používat k výrobě podvozkových dveří, potrubí hydraulického systému, výfukových potrubí a trysek, nosníků, klapek, skládacích vzpěr atd.

Titan lze použít k výrobě pancéřových plátů, listů vrtulí a schránek na nábojnice.

Titan se v současnosti používá při stavbě letadel vojenské letectví Douglas X-3 pro stahování kůže, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 a Boeing B-52.

Titan se používá také při konstrukci civilních letadel DC-7. Firma Douglas výměnou hliníkových slitin a nerezové oceli za titan při výrobě motorové gondoly a požárních přepážek již dosáhla úspory hmotnosti konstrukce letadla cca 90 kg. V současné době je hmotnost titanových dílů v tomto letadle 2% a toto číslo se plánuje zvýšit na 20% celkové hmotnosti letadla.

Použití titanu umožňuje snížit hmotnost vrtulníků. Titanové plechy se používají na podlahy a dveře. Výrazného snížení hmotnosti vrtulníku (asi 30 kg) bylo dosaženo výměnou legované oceli za titan pro zakrytí listů jeho rotorů.

námořnictvo. Odolnost proti korozi titanu a jeho slitin z nich činí vysoce hodnotný materiál na moři. Americké ministerstvo námořnictva provádí rozsáhlý výzkum odolnosti titanu proti korozi vůči působení kouřových plynů, páry, ropy a mořské vody. Vysoká měrná síla titanu je téměř stejně důležitá v námořních záležitostech.

Nízká měrná hmotnost kovu v kombinaci s odolností proti korozi zvyšuje manévrovatelnost a dolet lodí a také snižuje náklady na údržbu a opravy materiálu.


Námořní aplikace titanu zahrnují tlumiče výfuku pro ponorkové dieselové motory, přístrojové disky a tenkostěnné trubky pro kondenzátory a výměníky tepla. Podle odborníků může titan, jako žádný jiný kov, prodloužit životnost tlumičů výfuku o ponorky. Při aplikaci na kotouče měřicích přístrojů pracujících ve styku se slanou vodou, benzínem nebo olejem zajistí titan lepší odolnost. Zkoumá se možnost použití titanu pro výrobu trubek výměníků tepla, které musí být odolné vůči korozi v mořské vodě, která trubky omývá venku, a zároveň odolávat účinkům kondenzátu z výfuku proudícího uvnitř. Uvažuje se o možnosti výroby antén a komponentů radarových instalací z titanu, u kterých je požadována odolnost vůči účinkům spalin a mořské vody. Titan lze také použít pro výrobu dílů jako jsou ventily, vrtule, díly turbín atd.

Dělostřelectvo. Zřejmě největším potenciálním konzumentem titanu může být dělostřelectvo, kde v současnosti probíhá intenzivní výzkum různých prototypů. V této oblasti však byla standardizována výroba pouze jednotlivých dílů a dílů vyrobených z titanu. Velmi omezené použití titanu v dělostřelectvu, navzdory velkému rozsahu výzkumu, se vysvětluje jeho vysokou cenou.

Různé části dělostřelecké výzbroje byly zkoumány z pohledu možnosti náhrady titanu za konvenční materiály při poklesu cen titanu. Hlavní důraz byl kladen na díly, u kterých je významná úspora hmotnosti (ručně přenášené a vzduchem přepravované díly).

Základová deska malty vyrobena z titanu místo oceli. Touto výměnou a po určitém přepracování bylo možné místo ocelového plechu ze dvou polovin o celkové hmotnosti 22 kg vytvořit jeden díl o hmotnosti 11 kg. Díky této náhradě lze snížit počet obsluhujícího personálu ze tří na dva. Uvažuje se o možnosti použití titanu pro výrobu pojistek plamene zbraní.

Testují se držáky zbraní, příčníky lafet a válce zpětného rázu vyrobené z titanu. Titan může být široce používán při výrobě řízených střel a střel.

První studie titanu a jeho slitin ukázaly možnost výroby pancéřových plátů z nich. Nahrazení ocelového pancíře (tloušťka 12,7 mm) titanovým pancířem se stejnou odolností vůči střelám (tloušťka 16 mm) umožňuje podle těchto studií úsporu hmotnosti až 25 %.


Titanové slitiny zlepšené kvality nám umožňují doufat v možnost nahrazení ocelových plátů titanovými pláty stejné tloušťky, což vede k úspoře hmotnosti až 44 %. Průmyslové použití titanu zajistí větší manévrovatelnost, zvýší přepravní dosah a odolnost zbraně. Současná úroveň rozvoje letecké dopravy ukazuje výhody lehkých obrněných automobilů a dalších vozidel vyrobených z titanu. Dělostřelecké oddělení hodlá v budoucnu vybavit pěchotu přilbami, bajonety, granátomety a ručními plamenomety z titanu. Titanová slitina byla poprvé použita v dělostřelectvu k výrobě pístu některých automatických zbraní.

Doprava. Mnoho výhod použití titanu v obrněných vozidlech platí i pro vozidla.

Nahrazení konstrukčních materiálů, které v současnosti spotřebovávají podniky dopravního strojírenství titanem, by mělo vést ke snížení spotřeby paliva, zvýšení nosnosti, zvýšení meze únavy dílů klikových mechanismů atd. Na železnici je mimořádně důležité snížit mrtvé zatížení. Výrazné snížení celkové hmotnosti kolejových vozidel díky použití titanu umožní úsporu trakce, zmenšení rozměrů čepů a nápravových skříní.

U tažených vozidel je důležitá i hmotnost. Zde by výměna oceli za titan při výrobě náprav a kol také zvýšila nosnost.

Všechny tyto možnosti bylo možné realizovat snížením ceny titanu z 15 na 2-3 dolary za libru titanových polotovarů.

Chemický průmysl. Při výrobě zařízení pro chemický průmysl má největší význam odolnost kovu proti korozi. Významné je také snížení hmotnosti a zvýšení pevnosti zařízení. Logicky by se mělo předpokládat, že titan by mohl poskytnout řadu výhod při výrobě zařízení pro přepravu kyselin, zásad a anorganických solí. Další možnosti využití titanu se otevírají při výrobě zařízení, jako jsou nádrže, kolony, filtry a všechny druhy vysokotlakých lahví.

Použití titanového potrubí může zvýšit účinnost topných hadů v laboratorních autoklávech a výměnících tepla. O použitelnosti titanu pro výrobu lahví, ve kterých jsou dlouhodobě skladovány plyny a kapaliny pod tlakem, svědčí použití těžší skleněné trubice pro mikroanalýzu zplodin hoření (zobrazeno v horní části obrázku). Vzhledem k malé tloušťce stěny a nízké specifická gravitace tuto zkumavku lze vážit na menších, citlivějších analytických vahách. Zde kombinace lehkosti a odolnosti proti korozi umožňuje zvýšenou přesnost chemický rozbor.

Jiné aplikace. Použití titanu je vhodné v potravinářském, ropném a elektrotechnickém průmyslu, stejně jako při výrobě chirurgických nástrojů a v samotné chirurgii.

Stoly pro přípravu jídel a napařovací stoly vyrobené z titanu svou kvalitou předčí ocelové výrobky.

V oblastech těžby ropy a zemního plynu má boj proti korozi vážný význam, takže použití titanu umožní méně často vyměňovat korodující tyče zařízení. V katalytické výrobě a pro výrobu ropovodů je žádoucí používat titan, který si zachovává mechanické vlastnosti při vysokých teplotách a má dobrou odolnost proti korozi.

V elektrotechnickém průmyslu lze titan použít pro pancéřování kabelů pro jeho dobrou měrnou pevnost, vysoký elektrický odpor a nemagnetické vlastnosti.

Různá průmyslová odvětví začínají používat spojovací prvky té či oné formy vyrobené z titanu. Další rozšíření použití titanu je možné pro výrobu chirurgických nástrojů především díky jeho odolnosti proti korozi. Titanové nástroje jsou v tomto ohledu lepší než běžné chirurgické nástroje, pokud jsou vystaveny opakovanému varu nebo autoklávování.

V oblasti chirurgie se ukázalo, že titan je lepší než vitalium a nerezové oceli. Přítomnost titanu v těle je celkem přijatelná. Titanová dlaha a šrouby pro připevnění kostí byly v těle zvířete několik měsíců a kost vrostla do závitů šroubových závitů a do otvoru dlahy.

Výhodou titanu je také to, že se na plotně tvoří svalová tkáň.

Přibližně polovina titanových produktů vyrobených ve světě je obvykle zasílána do civilního leteckého průmyslu, ale jeho úpadek po slavných tragických událostech nutí mnoho účastníků průmyslu hledat nové oblasti uplatnění titanu. Tento materiál představuje první část výběru publikací v zahraničním hutnickém tisku věnovaných perspektivám titanu v r. moderní podmínky. Podle odhadů jednoho z předních amerických výrobců titanu RT1 z celkového objemu produkce titanu v celosvětovém měřítku na úrovni 50-60 tisíc tun ročně připadá na letecký segment až 40 spotřeb, průmyslových aplikací a aplikace tvoří 34 a vojenská oblast 16 a asi 10 je způsobeno použitím titanu ve spotřebních výrobcích. Průmyslové aplikace titanu zahrnují chemické procesy, energetiku, ropný a plynárenský průmysl, odsolovací zařízení. Vojenské neletecké aplikace zahrnují především použití v dělostřelectvu a bojových vozidlech. Odvětví s významným objemem použití titanu jsou automobilový průmysl, architektura a stavebnictví, sportovní zboží a šperky. Téměř všechny titanové ingoty jsou vyráběny v USA, Japonsku a SNS - Evropa představuje pouze 3,6 z celosvětového objemu. Regionální trhy konečného použití titanu se značně liší – nejvýraznějším příkladem odlišnosti je Japonsko, kde civilní letecký sektor představuje pouze 2–3, přičemž 30 % celkové spotřeby titanu využívá v zařízeních a konstrukčních součástech chemických závodů. Přibližně 20 z celkové japonské poptávky pochází z nukleární energie a elektrárny na tuhá paliva, zbývající podíl pochází z architektury, medicíny a sportu. Opačný obrázek je pozorován v USA a Evropě, kde je spotřeba v leteckém sektoru extrémně důležitá – 60-75 a 50-60 pro každý region. V USA jsou tradičně silnými koncovými trhy chemikálie, lékařské přístroje, průmyslová zařízení, zatímco v Evropě tvoří největší podíl ropný a plynárenský průmysl a stavebnictví. Silná závislost na leteckém průmyslu je dlouhodobým zájmem titanového průmyslu, který se snaží rozšířit aplikace titanu, což je zvláště důležité v souvislosti se současným poklesem civilní letectví v celosvětovém měřítku. Podle US Geological Survey došlo v prvním čtvrtletí roku 2003 k výraznému poklesu dovozu titanové houby – pouze 1319 tun, což je o 62 méně než 3431 tun za stejné období roku 2002. Podle Johna Barbera, ředitele rozvoje trhu obřího amerického výrobce a dodavatele titanu Tipe, bude letecký sektor vždy jedním z předních trhů pro titan, ale musíme se postavit této výzvě a zajistit, aby se náš průmysl neřídil cykly růst a pokles v leteckém průmyslu. Někteří z předních výrobců titanového průmyslu vidí rostoucí příležitosti na stávajících trzích, z nichž jedním je trh se zařízením a materiály podvodní práce. Podle Martina Proka, manažera prodeje a distribuce společnosti RT1, se titan používá v energetice a podmořském průmyslu poměrně dlouho, od počátku 80. let, ale teprve v posledních pěti letech se tyto oblasti neustále rozvíjejí s odpovídajícím růstem. ve výklenku na trhu. V podmoří je růst poháněn především vrtáním ve větších hloubkách, kde je nejvhodnějším materiálem titan. Je takříkajíc pod vodou životní cyklus je padesát let, což je běžná doba trvání podmořských projektů. Oblasti, ve kterých se pravděpodobně zvýší používání titanu, jsou již uvedeny výše. Jak poznamenal vedoucí prodeje americká společnost Howmet Ti-Cast Bob Funnell, Současný stav Trh lze vnímat jako rostoucí příležitosti v nových oblastech, jako jsou rotační díly pro turbodmychadla nákladních automobilů, rakety a čerpadla.


Jedním z našich aktuálních projektů je vývoj lehkých dělostřeleckých systémů BAE Novitzer XM777 ráže 155 mm. Howmet dodá 17 z 28 strukturálních titanových odlitků pro každý držák zbraně, přičemž se očekává, že bude zahájeno dodání do jednotek USMC v srpnu 2004. S celkovou hmotností zbraně 9 800 liber, přibližně 4,44 tuny, představuje titan asi 2 600 liber z přibližně 1,18 tuny titanu – při použití slitiny 6A14U s velkým počtem odlitků, říká Frank Hrster, manažer systémů palebné podpory BAE 8u81et8. Tento systém XM777 má nahradit současný systém M198 Hovitzer, který váží přibližně 17 000 liber (přibližně 7,71 tuny). Sériová výroba je plánována na období 2006 až 2010 - zpočátku jsou dodávky naplánovány do USA, Velké Británie a Itálie, ale program může být rozšířen o dodávky pro členské země NATO. John Barber z Timet poukazuje na to, že příklady vojenského vybavení, které ve své konstrukci používá značné množství titanu, zahrnují tank Abrams a bojové vozidlo Bradley. Již dva roky probíhá společný program NATO, Spojených států a Velké Británie na zintenzivnění používání titanu ve zbraních a obranných systémech. Jak bylo uvedeno více než jednou, titan je velmi vhodný pro použití v automobilovém průmyslu, nicméně podíl tohoto směru je poměrně skromný - přibližně 1 z celkového objemu spotřebovaného titanu, nebo 500 tun ročně, podle italského společnost Poggipolini, výrobce titanových komponentů a dílů pro Formule 1 a závodní motocykly. Vedoucí oddělení výzkumu a vývoje této společnosti Daniele Stoppolini se domnívá, že současná poptávka po titanu v tomto segmentu trhu je na úrovni 500 tun s masivním využitím tohoto materiálu v návrzích ventilů, pružin, výfuků systémy, převodové hřídele, šrouby, by mohly potenciálně vzrůst na téměř ne 16 000 tun za rok Dodal, že jeho společnost právě začíná vyvíjet automatizovanou výrobu titanových šroubů s cílem snížit výrobní náklady. Limitujícími faktory, kvůli kterým se použití titanu v automobilovém průmyslu výrazněji nerozšířilo, jsou podle jeho názoru nepředvídatelnost poptávky a nejistota v dodávkách surovin. Zároveň v automobilovém průmyslu zůstává velké potenciální místo pro titan, který kombinuje optimální hmotnostní a pevnostní charakteristiky pro vinuté pružiny a výfukové systémy výfukových plynů. Bohužel na americkém trhu je rozšířené použití titanu v těchto systémech poznamenáno pouze dosti exkluzivním polosportovním modelem Chevrolet Corvette Z06, který se v žádném případě nemůže hlásit k sériově vyráběnému vozu. Vzhledem k přetrvávajícím výzvám v oblasti spotřeby paliva a odolnosti proti korozi však vyhlídky pro titan v této oblasti zůstávají. Pro schválení na neleteckých a nevojenských trzích byl nedávno vytvořen společný podnik UNITI v jeho názvu, hra se slovem jednota - jednota a Ti - označení titanu v periodické tabulce jako součást předního světového titanu výrobci - americký Allegheny Technologies a ruský VSMPO-Avisma. Jak řekl prezident nové společnosti Karl Moulton, tyto trhy byly záměrně vyloučeny – máme v úmyslu učinit z nové společnosti předního dodavatele pro odvětví, která používají titanové díly a sestavy, především petrochemický a energetický. Kromě toho hodláme aktivně obchodovat v oblastech odsolovacích zařízení, vozidel, spotřebního zboží a elektroniky. Věřím, že naše výrobní zařízení se dobře doplňují - VSMPO má vynikající výrobní možnosti finální produkty, Allegheny má vynikající tradici ve výrobě za studena i za tepla válcovaného titanu. Očekává se, že produkty UNITI budou mít podíl na celosvětovém trhu s titanem ve výši 45 milionů liber, přibližně 20 411 tun. Trh se zdravotnickým vybavením lze považovat za stabilně se rozvíjející trh – podle anglické společnosti Titanium International Group je roční obsah titanu po celém světě v různých implantátech a protézách asi 1000 tun a toto číslo se bude zvyšovat s tím, jak budou možnosti chirurgie nahradit lidské klouby po nehodách nebo úrazech Kromě zjevných výhod pružnosti, pevnosti a lehkosti je titan vysoce kompatibilní s tělem v biologickém smyslu díky absenci koroze tkání a tekutin v lidském těle. Ve stomatologii také prudce narůstá používání zubních protéz a implantátů – podle Americké zubní asociace se za posledních deset let ztrojnásobilo, především díky vlastnostem titanu. Přestože se použití titanu v architektuře datuje před více než 25 lety, jeho široké využití v této oblasti začalo až v posledních letech. Rozšíření letiště Abu Dhabi ve Spojených arabských emirátech, které má být dokončeno v roce 2006, spotřebuje až 1,5 milionu liber přibližně 680 tun titanu. Poměrně mnoho různých architektonických a stavebních projektů využívajících titan se plánuje realizovat nejen v rozvinuté země USA, Kanadě, Velké Británii, Německu, Švýcarsku, Belgii, Singapuru, ale také v Egyptě a Peru.


Segment trhu spotřebního zboží je v současnosti nejrychleji rostoucím segmentem trhu s titanem. Zatímco před 10 lety tento segment tvořil pouze 1-2 podíl na trhu s titanem, dnes se rozrostl na 8-10 trhu. Celkově spotřeba titanu ve spotřebitelských produktech rostla přibližně dvakrát rychleji než celkový trh s titanem. Využití titanu ve sportu je nejdéle trvající a zaujímá největší podíl na využití titanu v spotřební zboží . Důvod popularity titanu ve sportovním vybavení je jednoduchý – umožňuje vám dosáhnout poměru hmotnosti a pevnosti, který převyšuje jakýkoli jiný kov. Použití titanu v jízdních kolech začalo přibližně před 25-30 lety a bylo prvním použitím titanu ve sportovním vybavení. Primární použité trubky jsou slitina Ti3Al-2,5V ASTM Grade 9. Další díly vyrobené ze slitin titanu zahrnují brzdy, řetězová kola a pružiny sedla. Použití titanu při výrobě golfových holí poprvé začalo koncem 80. a velmi začátkem 90. let výrobci holí v Japonsku. Až do let 1994-1995 byla tato aplikace titanu ve Spojených státech a v Evropě prakticky neznámá. To se změnilo, když Callaway představil svůj titanový putter Ruger Titanium s názvem Great Big Bertha. Díky zjevným výhodám a s pomocí promyšleného marketingu Callaway si titanové hole okamžitě získaly obrovskou popularitu. Během krátké doby se titanové hole změnily z exkluzivního a drahého vybavení malé skupiny golfistů na široce používané většinou golfistů, přičemž jsou stále dražší než ocelové hole. Rád bych uvedl hlavní, podle mého názoru, trendy ve vývoji golfového trhu, který v krátkém období 4-5 let přešel od high-tech k masové výrobě po cestě jiných odvětví s vysokou pracovní silou; náklady jako výroba oděvů, hraček a spotřební elektroniky šly do zemí s nejlevnější pracovní silou nejprve na Tchaj-wan, poté do Číny a nyní se staví továrny v zemích s ještě levnější pracovní silou, jako je Vietnam a Thajský titan se rozhodně používá u řidičů, kde jeho vynikající vlastnosti poskytují jasnou výhodu a ospravedlňují vyšší cenu. Titan však ještě nenašel příliš široké uplatnění na následných holích, protože výraznému nárůstu nákladů neodpovídalo odpovídající zlepšení hry V současné době se drivery vyrábějí hlavně s kovanou úderovou plochou, kovanou nebo litou horní částí a lité dno nedávno povolila Professional Golf Association ROA zvýšení horní hranice tzv. koeficientu návratnosti, v souvislosti s tím se budou všichni výrobci holí snažit zvýšit pružinové vlastnosti úderové plochy. K tomu je nutné zmenšit tloušťku dopadové plochy a použít k ní pevnější slitiny, jako je SP700, 15-3-3-3 a VT-23. Nyní se podívejme na použití titanu a jeho slitin na jiném sportovním vybavení. Trubky pro závodní kola a další díly jsou vyrobeny ze slitiny ASTM Grade 9 Ti3Al-2,5V. Při výrobě potápěčských nožů se používá překvapivě značné množství titanového plechu. Většina výrobců používá slitinu Ti6Al-4V, ale tato slitina neposkytuje odolnost hran jiných pevnějších slitin. Někteří výrobci přecházejí na použití slitiny VT23.


Maloobchodní cena titanových potápěčských nožů je přibližně 70 – 80 USD. Odlévané titanové podkovy poskytují výrazné snížení hmotnosti ve srovnání s ocelí a přitom stále poskytují potřebnou pevnost. Bohužel se toto použití titanu nenaplnilo, protože titanové podkovy jiskřily a strašily koně. Málokdo bude po prvních neúspěšných zkušenostech souhlasit s používáním titanových podkov. Společnost Titanium Beach se sídlem v Newport Beach v Kalifornii Newport Beach v Kalifornii vyvinula čepele bruslí vyrobené ze slitiny Ti6Al-4V. Zde je bohužel opět problém s odolností ostří čepele. Myslím, že tento produkt má šanci na život, pokud výrobci použijí pevnější slitiny jako 15-3-3-3 nebo VT-23. Titan je velmi široce používán v horolezectví a turistice, pro téměř všechny předměty, které horolezci a turisté nosí v batohu, láhve, kelímky, maloobchodní cena 20-30 dolarů, kuchyňské soupravy maloobchodní cena přibližně 50 dolarů, nádobí, většinou vyrobené z komerčního čistého titanu Grade 1 a 2. Další příklady horolezeckého a turistického vybavení jsou kompaktní vařiče, stanové tyče a držáky, cepíny a šrouby do ledu. Výrobci zbraní nedávno začali vyrábět titanové pistole jak pro sportovní střelbu, tak pro použití při vymáhání práva.

Spotřební elektronika je poměrně nový a rychle rostoucí trh pro titan. V mnoha případech je použití titanu v spotřební elektronika způsobené nejen svými vynikajícími vlastnostmi, ale také atraktivním vzhledem výrobků. Komerčně čistý titan třídy 1 se používá k výrobě pouzder pro notebooky, mobilní telefony, plazmové televizory s plochou obrazovkou a další elektronická zařízení. Použití titanu při výrobě reproduktorů poskytuje lepší akustické vlastnosti díky lehkosti titanu ve srovnání s ocelí, což má za následek zvýšenou akustickou citlivost. Titanové hodinky, které poprvé uvedli na trh japonští výrobci, jsou nyní jedním z nejdostupnějších a nejuznávanějších spotřebitelských titanových produktů. Světová spotřeba titanu při výrobě tradičních a tzv. tělových šperků se měří v řádu desítek tun. Stále častěji můžete vidět titanové snubní prsteny a samozřejmě lidé, kteří nosí šperky na svém těle, jsou prostě povinni používat titan. Titan je široce používán při výrobě námořních spojovacích prvků a armatur, kde je velmi důležitá kombinace vysoké odolnosti proti korozi a pevnosti. Společnost Atlas Ti se sídlem v Los Angeles vyrábí širokou škálu těchto produktů ze slitiny VTZ-1. Použití titanu při výrobě nástrojů poprvé začalo v Sovětském svazu na počátku 80. let, kdy byly na pokyn vlády vyrobeny lehké a pohodlné nástroje, které dělníkům usnadnily práci. Sovětský gigant na výrobu titanu Verkhne-Saldinskoe Metal Processing Plant Výrobní sdružení Tehdy vyráběla titanové lopaty, stahováky hřebíků, páčidla, sekery a klíče.


Později japonské a Američtí výrobci nástroje začaly ve svých výrobcích používat titan. Nedávno VSMPO uzavřelo smlouvu s Boeingem na dodávku titanových plátů. Tento kontrakt měl nepochybně velmi příznivý vliv na rozvoj výroby titanu v Rusku. Titan je v medicíně široce používán již mnoho let. Výhodou je pevnost, odolnost proti korozi a hlavně, někteří lidé jsou alergičtí na nikl, nezbytnou součást nerezových ocelí, zatímco na titan nikdo. Použité slitiny jsou komerčně čistý titan a Ti6-4Eli. Titan se používá při výrobě chirurgických nástrojů, vnitřních a vnějších protéz, včetně tak kritických, jako je srdeční chlopeň. Berle a invalidní vozíky jsou vyrobeny z titanu. Použití titanu v umění sahá až do roku 1967, kdy byl v Moskvě postaven první titanový monument.

V současné době je téměř na všech kontinentech postaveno značné množství titanových monumentů a budov, včetně takových slavných, jako je Guggenheimovo muzeum postavené architektem Frankem Gehrym v Bilbau. Materiál je mezi umělci velmi oblíbený pro svou barvu, vzhled, pevnost a odolnost proti korozi. Z těchto důvodů se titan používá v suvenýrech a bižuterii, kde úspěšně konkuruje drahým kovům, jako je stříbro a dokonce i zlato, jak již bylo uvedeno v jedné z publikací o titanu, jeden z hlavních důvodů brzdí průlom titanu do šířky trhů je jeho vysoká cena. Jak poznamenává Martin Proko z RTi, v USA průměrná cena titanová houba je 3,80 za libru, v Rusku 3,20 za libru. Kromě toho je cena kovu vysoce závislá na cyklické povaze komerčního leteckého průmyslu. Rozvoj mnoha projektů by se mohl prudce zrychlit, pokud se najdou způsoby, jak snížit náklady na výrobu a zpracování titanu, zpracování šrotu a technologie tavení, poznamenává Markus Holz, výkonný ředitel německého Deutshe Titan. Zástupce společnosti British Titanium souhlasí s tím, že expanzi titanových produktů brání vysoké výrobní náklady a než bude možné zavést titan do sériové výroby, je třeba provést mnoho vylepšení. moderní technologie.


Jedním z kroků v tomto směru je vývoj tzv. FFC procesu, což je nový elektrolytický proces výroby titanového kovu a slitin, jehož cena je výrazně nižší. Podle Daniele Stoppoliniho celková strategie v titanovém průmyslu vyžaduje vývoj nejvhodnějších slitin, výrobních technologií pro každý nový trh a uplatnění titanu.

Prameny

Wikipedia – The Free Encyclopedia, WikiPedia

metotech.ru - Metotechnika

housetop.ru - House Top

atomsteel.com – Atom Technology

domremstroy.ru - DomRemStroy

Titan (lat. Titanium; značí se symbolem Ti) je prvkem sekundární podskupiny čtvrté skupiny, čtvrté periody periodické tabulky chemických prvků, s atomovým číslem 22. Jednoduchá látka titan (číslo CAS: 7440- 32-6) je lehký kov stříbřitě bílé barvy.

Příběh

Téměř současně a nezávisle na sobě objevili TiO 2 Angličan W. Gregor a německý chemik M. G. Klaproth. W. Gregor, který studoval složení magnetického železitého písku (Creed, Cornwall, Anglie, 1789), izoloval novou „zemi“ (oxid) neznámého kovu, který nazval menaken. V roce 1795 objevil německý chemik Klaproth nový prvek v minerálu rutil a pojmenoval jej titan. O dva roky později Klaproth zjistil, že rutil a menaken země jsou oxidy stejného prvku, což dalo vznik názvu „titan“, který navrhl Klaproth. O deset let později byl titan objeven potřetí. Francouzský vědec L. Vauquelin objevil titan v anatasu a dokázal, že rutil a anatas jsou totožné oxidy titanu.
První vzorek kovového titanu získal v roce 1825 J. Ya Berzelius. Vzhledem k vysoké chemické aktivitě titanu a obtížnosti jeho čištění získali čistý vzorek Ti Holanďané A. van Arkel a I. de Boer v roce 1925 tepelným rozkladem par jodidu titanu TiI 4 .

původ jména

Kov dostal své jméno na počest Titánů, postav ze starověké řecké mytologie, dětí Gaie. Název prvku dal Martin Klaproth v souladu se svými názory na chemické názvosloví, na rozdíl od francouzské chemické školy, kde se snažili prvek pojmenovat jeho chemické vlastnosti. Protože německý badatel sám zaznamenal nemožnost určit vlastnosti nového prvku pouze z jeho oxidu, zvolil pro něj název z mytologie analogicky s uranem, který dříve objevil.
Podle jiné verze zveřejněné v časopise „Technology-Youth“ na konci 80. let však nově objevený kov nevděčí za své jméno mocným titánům ze starověkých řeckých mýtů, ale Titanii, královně víl v germánské mytologii (tzv. manželka Oberona v Shakespearově „Snu noci svatojánské“). Toto jméno je spojeno s mimořádnou „lehkostí“ (nízkou hustotou) kovu.

Účtenka

Výchozí surovinou pro výrobu titanu a jeho sloučenin je zpravidla oxid titaničitý s relativně malým množstvím nečistot. Zejména se může jednat o rutilový koncentrát získaný obohacováním titanových rud. Zásoby rutilu ve světě jsou však velmi omezené a častěji se používá tzv. syntetický rutil neboli titanová struska, získávaná ze zpracování koncentrátů ilmenitu. Pro získání titanové strusky se koncentrát ilmenitu redukuje v elektrické obloukové peci, zatímco železo se odděluje na kovovou fázi (litinu) a neredukované oxidy titanu a nečistoty tvoří struskovou fázi. Bohatá struska se zpracovává chloridovou nebo kyselinou sírovou metodou.
Koncentrát titanové rudy je podroben zpracování kyselinou sírovou nebo pyrometalurgickým zpracováním. Produktem zpracování kyselinou sírovou je práškový oxid titaničitý Ti02. Pomocí pyrometalurgické metody se ruda slinuje s koksem a zpracovává se chlorem, čímž se získá pára chloridu titaničitého TiCl 4:
Ti02 + 2C + 2Cl2 =TiCl2 + 2CO

Výsledné páry TiCl4 se redukují hořčíkem při 850 °C:
TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti

Výsledná titanová „houba“ se roztaví a vyčistí. Titan se rafinuje pomocí jodidové metody nebo elektrolýzy, přičemž se odděluje Ti od TiCl 4 . K získání titanových ingotů se používá obloukové, elektronové nebo plazmové zpracování.

Fyzikální vlastnosti

Titan je lehký stříbřitě bílý kov. Existuje ve dvou krystalových modifikacích: α-Ti s šestihrannou těsně uzavřenou mřížkou, β-Ti s kubickým tělesem centrovaným balením, teplota polymorfní přeměny α↔β je 883 °C.
Má vysokou viskozitu a při obrábění je náchylný k ulpívání na řezném nástroji, a proto vyžaduje nanášení speciálních povlaků na nástroj a různých maziv.
Za běžných teplot je pokryta ochranným pasivačním filmem oxidu TiO 2, díky čemuž je odolná vůči korozi ve většině prostředí (kromě alkalických).
Titanový prach má tendenci explodovat. Bod vzplanutí 400 °C. Titanové piliny představují nebezpečí požáru.

Titan je z hlediska distribuce ve výrobě na 4. místě, ale účinná technologie pro jeho extrakci byla vyvinuta až ve 40. letech minulého století. Jedná se o kov stříbrné barvy vyznačující se nízkou měrnou hmotností a jedinečnými vlastnostmi. Pro analýzu rozsahu rozšíření v průmyslu a dalších oblastech je nutné uvést vlastnosti titanu a oblasti použití jeho slitin.

Hlavní charakteristiky

Kov má nízkou specifickou hmotnost - pouze 4,5 g/cm³. Antikorozní vlastnosti jsou dány stabilním oxidovým filmem vytvořeným na povrchu. Díky této kvalitě titan nemění své vlastnosti při dlouhodobém skladování ve vodě nebo kyselině chlorovodíkové. Nedochází k poškození míst vlivem pnutí, což je u oceli velký problém.

Ve své čisté formě má titan následující vlastnosti a vlastnosti:

  • jmenovitá teplota tání - 1 660 °C;
  • vře při vystavení teplu při +3 227 °C;
  • pevnost v tahu – do 450 MPa;
  • vyznačující se nízkým indexem elasticity - až 110,25 GPa;
  • na stupnici HB je tvrdost 103;
  • mez kluzu je jedna z nejoptimálnějších mezi kovy - až 380 MPa;
  • tepelná vodivost čistého titanu bez přísad – 16,791 W/m*C;
  • minimální koeficient tepelné roztažnosti;
  • tento prvek je paramagnet.

Pro srovnání, pevnost tohoto materiálu je 2krát větší než u čistého železa a 4krát větší než u hliníku. Titan má také dvě polymorfní fáze – nízkou teplotu a vysokou teplotu.

Čistý titan se pro potřeby výroby nepoužívá kvůli jeho vysoké ceně a požadovanému výkonnostní kvality. Pro zvýšení tuhosti se do kompozice přidávají oxidy, hybridy a nitridy. Méně obvyklé je měnit vlastnosti materiálu pro zlepšení odolnosti proti korozi. Hlavní typy přísad pro výrobu slitin: ocel, nikl, hliník. V některých případech funguje jako doplňková součást.

Oblasti použití

Díky své nízké specifické hmotnosti a pevnostním parametrům je titan široce používán v leteckém a kosmickém průmyslu. Používá se jako hlavní konstrukční materiál v čisté formě. Ve speciálních případech se levnější slitiny vyrábějí snížením tepelné odolnosti. Jeho odolnost proti korozi a mechanická pevnost přitom zůstávají nezměněny.

Kromě toho našel materiál s přísadami titanu uplatnění v následujících oblastech:

  • Chemický průmysl. Jeho odolnost vůči téměř všem agresivním prostředím, kromě organických kyselin, umožňuje vyrábět komplexní vybavení s dobrou bezúdržbovou životností.
  • Výroba vozidel. Důvodem je nízká měrná hmotnost a mechanická pevnost. Vyrábí se z něj rámy nebo nosné prvky konstrukcí.
  • Lék. Pro speciální účely se používá speciální slitina nitinol (titan a nikl). Jeho charakteristickou vlastností je tvarová paměť. Aby se snížila zátěž pacientů a minimalizovala se pravděpodobnost negativních účinků na organismus, je mnoho lékařských dlah a podobných zařízení vyrobeno z titanu.
  • V průmyslu se kov používá k výrobě pouzder a jednotlivých prvků zařízení.
  • Titanové šperky mají jedinečný vzhled a vlastnosti.

Ve většině případů se materiál zpracovává v továrně. Existuje ale řada výjimek – znalost vlastností tohoto materiálu je součástí práce na změně vzhled Výrobek a jeho vlastnosti lze provádět v domácí dílně.

Vlastnosti zpracování

Aby výrobek získal požadovaný tvar, je nutné použít speciální zařízení - soustruh a frézku. Ruční řezání nebo frézování titanu není možné kvůli jeho tvrdosti. Kromě výběru výkonu a dalších vlastností zařízení je nutné zvolit správné řezné nástroje: frézy, frézy, výstružníky, vrtáky atd.

V úvahu se berou následující nuance:

  • Titanové piliny jsou vysoce hořlavé. Nutné je nucené chlazení povrchu součásti a provoz při minimálních otáčkách.
  • Ohýbání výrobku se provádí až po předehřátí povrchu. V opačném případě existuje vysoká pravděpodobnost vzniku trhlin.
  • Svařování. Je třeba dodržovat zvláštní podmínky.

Titan je jedinečný materiál s dobrým výkonem a technickými vlastnostmi. Ale abyste to mohli zpracovat, musíte znát specifika technologie, a co je nejdůležitější, bezpečnostní opatření.

DEFINICE

Titan- dvacátý druhý prvek periodické tabulky. Označení - Ti z latinského "titan". Nachází se ve čtvrtém období, skupina IVB. Vztahuje se na kovy. Jaderná nálož je 22.

Titan je v přírodě velmi běžný; Obsah titanu v zemské kůře je 0,6 % (hm.), tzn. vyšší než obsah kovů široce používaných v technologii, jako je měď, olovo a zinek.

Ve formě jednoduché látky je titan stříbřitě bílý kov (obr. 1). Vztahuje se na lehké kovy. Žáruvzdorné. Hustota - 4,50 g/cm3. Teploty tání a varu jsou 1668 °C a 3330 °C. Je odolný vůči korozi na vzduchu za běžných teplot, což se vysvětluje přítomností ochranného filmu složení TiO 2 na jeho povrchu.

Rýže. 1. Titan. Vzhled.

Atomová a molekulární hmotnost titanu

Relativní molekulová hmotnost látky(M r) je číslo ukazující, kolikrát je hmotnost dané molekuly větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku a relativní atomová hmotnost prvku(A r) - kolikrát je průměrná hmotnost atomů chemického prvku větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku.

Vzhledem k tomu, že titan existuje ve volném stavu ve formě monoatomických molekul Ti, hodnoty jeho atomových a molekulárních hmotností se shodují. Jsou rovny 47,867.

Izotopy titanu

Je známo, že titan lze v přírodě nalézt ve formě pěti stabilních izotopů 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti a 50 Ti. Jejich hmotnostní čísla jsou 46, 47, 48, 49 a 50. Jádro atomu izotopu titanu 46 Ti obsahuje dvacet dva protonů a dvacet čtyři neutronů a zbylé izotopy se od něj liší pouze počtem neutronů.

Existují umělé izotopy titanu s hmotnostními čísly od 38 do 64, z nichž nejstabilnější je 44 Ti s poločasem rozpadu 60 let, a také dva jaderné izotopy.

Titanové ionty

Na vnější energetické úrovni atomu titanu jsou čtyři elektrony, které jsou valenční:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 .

V důsledku chemické interakce se titan vzdává svých valenčních elektronů, tzn. je jejich dárcem a mění se v kladně nabitý iont:

Tio-2e → Ti2+;

Tio-3e → Ti3+;

Tio-4e → Ti4+.

Molekula a atom titanu

Ve volném stavu existuje titan ve formě monoatomických molekul Ti. Zde jsou některé vlastnosti charakterizující atom a molekulu titanu:

Titanové slitiny

Hlavní vlastností titanu, která přispívá k jeho širokému využití v moderních technologiích, je vysoká tepelná odolnost jak samotného titanu, tak jeho slitin s hliníkem a dalšími kovy. Navíc jsou tyto slitiny žáruvzdorné – odolné vůči udržení vysokých mechanických vlastností při zvýšených teplotách. To vše dělá ze slitin titanu velmi cenné materiály pro výrobu letadel a raket.

Při vysokých teplotách se titan slučuje s halogeny, kyslíkem, sírou, dusíkem a dalšími prvky. To je základem pro použití slitin titanu a železa (ferrotitanu) jako přísady do oceli.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

PŘÍKLAD 2

Cvičení Vypočítejte množství tepla uvolněného při redukci chloridu titaničitého o hmotnosti 47,5 g hořčíkem. Termochemická rovnice reakce má následující tvar:
Řešení Napišme znovu termochemickou rovnici reakce:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 = 477 kJ.

Podle reakční rovnice do něj vstoupil 1 mol chloridu titaničitého a 2 moly hořčíku. Vypočtěte hmotnost chloridu titanitého (IV) pomocí rovnice, tzn. teoretická hmotnost (molární hmotnost - 190 g/mol):

m teor (TiCl4) = n (TiCl4) x M (TiCl4);

m teor (TiCl4) = 1 x 190 = 190 g.

Udělejme poměr:

m prac (TiCl 4)/ m teor (TiCl 4) = Q prac / Q teor.

Potom se množství tepla uvolněného během redukce chloridu titaničitého hořčíkem rovná:

Q prac = Q teorie × m prac (TiCl 4)/ m teorie;

Q prac = 477 × 47,5/ 190 = 119,25 kJ.
Odpovědět Množství tepla je 119,25 kJ.