Szukaj 

Używany jest tytan. Tytan jest metalem. Właściwości tytanu. Zastosowanie tytanu. Gatunki i skład chemiczny tytanu. ciekawe fakty na temat tytanu

Jest jednym z najważniejszych materiałów konstrukcyjnych, ponieważ łączy w sobie wytrzymałość, twardość i lekkość. Pozostałe właściwości metalu są jednak bardzo specyficzne, co sprawia, że ​​proces otrzymywania substancji jest trudny i kosztowny. A dzisiaj rozważymy globalną technologię produkcji tytanu, o której krótko wspomnimy i.

Metal występuje w dwóch modyfikacjach.

  • α-Ti– występuje do temperatury 883 C, ma gęstą sześciokątną siatkę.
  • β-Ti– ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała.

Przejście następuje przy bardzo małej zmianie gęstości, ponieważ ta ostatnia stopniowo maleje po podgrzaniu.

  • Podczas eksploatacji wyrobów tytanowych w większości przypadków mają one do czynienia z fazą α. Ale podczas topienia i wytwarzania stopów metalurdzy pracują z modyfikacją β.
  • Drugą cechą materiału jest anizotropia. Współczynnik sprężystości i podatność magnetyczna substancji zależą od kierunku, a różnica jest dość zauważalna.
  • Trzecią cechą jest zależność właściwości metalu od jego czystości. Zwykły tytan techniczny nie nadaje się np. do stosowania w rakietach, gdyż na skutek zanieczyszczeń traci swoją odporność cieplną. W tej dziedzinie przemysłu stosowane są wyłącznie wyjątkowo czyste substancje.

W tym filmie dowiesz się o składzie tytanu:

Produkcja tytanu

Zastosowanie metalu rozpoczęło się dopiero w latach 50. ubiegłego wieku. Jego wydobycie i produkcja jest procesem złożonym, dlatego ten stosunkowo pospolity pierwiastek został zaliczony do warunkowo rzadkich. Następnie przyjrzymy się technologii i wyposażeniu zakładów produkcyjnych tytanu.

Surowy materiał

Tytan zajmuje 7. miejsce pod względem obfitości w przyrodzie. Najczęściej są to tlenki, tytaniany i tytanokrzemiany. Maksymalna ilość substancje zawarte są w dwutlenkach - 94–99%.

  • Rutyl– najbardziej stabilna modyfikacja, to minerał o niebieskawej, brązowo-żółtej, czerwonej barwie.
  • Anataz- dość rzadki minerał, w temperaturze 800–900 C zamienia się w rutyl.
  • Brookit– kryształ o układzie rombowym, w temperaturze 650 C nieodwracalnie przekształca się w rutyl wraz ze spadkiem objętości.
  • Bardziej powszechne są związki metalu i żelaza ilmenit(do 52,8% tytanu). To jest geikilit, pirofanit, crichton - skład chemiczny Ilmenit jest bardzo złożony i bardzo zróżnicowany.
  • Wynik wietrzenia ilmenitu wykorzystuje się do celów przemysłowych - leukoksen. Zachodzi tu dość złożona reakcja chemiczna, podczas której z sieci ilmenitu usuwana jest część żelaza. W rezultacie zwiększa się ilość tytanu w rudzie – aż do 60%.
  • Używają również rudy, w której metal nie jest związany z żelazem żelaznym, jak w ilmenicie, ale pojawia się w postaci tytanianu żelazawego - to arizonit, pseudobrookit.

Najważniejszymi złożami są ilmenit, rutyl i tytanomagnetyt. Dzielą się na 3 grupy:

  • ogniowy– są związane z obszarami rozmieszczenia skał ultrazasadowych i zasadowych, czyli innymi słowy z rozmieszczeniem magmy. Najczęściej są to rudy ilmenitowe, tytanowomagnetytowe ilmenitowo-hematytowe;
  • złoża egzogenne– osady osadowe i resztkowe, aluwialne, aluwialno-jeziorne ilmenitu i rutylu. A także placery przybrzeżno-morskie, tytan, rudy anatazu w skorupach wietrzących. Największe znaczenie mają przybrzeżne statki morskie;
  • osady metamorficzne– piaskowce z rudami leukoksenowymi, ilmenitowo-magnetytowymi, ciągłe i rozproszone.

Złoża egzogeniczne – osady resztkowe lub placerowe, zagospodarowywane są metodą odkrywkową. Wykorzystuje się do tego pogłębiarki i koparki.

Rozwój złóż pierwotnych wiąże się z zatapianiem kopalń. Powstała ruda jest kruszona i wzbogacana na miejscu. Stosuje się wzbogacanie grawitacyjne, flotację i separację magnetyczną.

Jako surowiec można zastosować żużel tytanowy. Zawiera aż 85% dwutlenku metalu.

Technologia odbioru

Proces wytwarzania metalu z rud ilmenitu składa się z kilku etapów:

  • wytapianie redukcyjne w celu otrzymania żużla tytanowego;
  • chlorowanie żużla;
  • produkcja metali poprzez renowację;
  • Rafinacja tytanu – z reguły przeprowadzana jest w celu poprawy właściwości produktu.

Proces jest złożony, wieloetapowy i kosztowny. W rezultacie dość przystępny metal okazuje się bardzo drogi w produkcji.

W tym filmie dowiesz się o produkcji tytanu:

Odbiór żużla

Ilmenit to połączenie tlenku tytanu z żelazem. Dlatego celem pierwszego etapu produkcji jest oddzielenie dwutlenku od tlenków żelaza. Aby to zrobić, tlenki żelaza są redukowane.

Proces odbywa się w elektrycznych piecach łukowych. Koncentrat ilmenitu ładuje się do pieca, następnie wprowadza się środek redukujący - węgiel drzewny, antracyt, koks i podgrzewa do 1650 C. W tym przypadku żelazo jest redukowane z tlenku. Żeliwo otrzymuje się ze zredukowanego i nawęglonego żelaza, a tlenek tytanu zamienia się w żużel. Ten ostatni ostatecznie zawiera 82–90% tytanu.

Żeliwo i żużel wlewa się do oddzielnych form. Żeliwo wykorzystywane jest w produkcji metalurgicznej.

Chlorowanie żużla

Celem procesu jest otrzymanie czterochlorku metalu do dalszego wykorzystania. Bezpośrednie chlorowanie koncentratu ilmenitu okazuje się niemożliwe ze względu na powstawanie dużej ilości chlorku żelazowego – związek bardzo szybko niszczy sprzęt. Dlatego nie można obejść się bez etapu wstępnego usuwania tlenku żelaza. Chlorowanie przeprowadza się w chloratorach kopalnianych lub solnych. Proces jest nieco inny.

  • Mój chlorator– wyłożona cylindryczna konstrukcja o wysokości do 10 m i średnicy do 2 m. Brykiety pokruszonego żużla układane są na górze chloratora, a przez dysze podawany jest gaz z elektrolizerów magnezu zawierający 65–70% chloru. . Reakcja żużla tytanowego z chlorem zachodzi wraz z wydzieleniem ciepła, które zapewnia energię potrzebną do procesu reżim temperaturowy. Gazowy czterochlorek tytanu jest usuwany od góry, a pozostały żużel jest w sposób ciągły usuwany od dołu.
  • Chlorator soli, komorę wyłożoną szamotem i do połowy wypełnioną zużytym elektrolitem z elektrolizerów magnezowych. Stop zawiera chlorki metali – sodu, potasu, magnezu i wapnia. Kruszony żużel tytanowy i koks wprowadza się do wytopu od góry, a chlor wprowadza się od dołu. Ponieważ reakcja chlorowania jest egzotermiczna, reżim temperaturowy jest utrzymywany przez sam proces.

Czterochlorek tytanu oczyszcza się kilkakrotnie. Gaz może zawierać dwutlenek węgla, tlenek węgla i inne zanieczyszczenia, dlatego oczyszczanie odbywa się w kilku etapach.

Zużyty elektrolit jest okresowo wymieniany.

Produkcja metalu

Metal redukuje się z czterochlorku magnezem lub sodem. Redukcja zachodzi wraz z wydzieleniem ciepła, co pozwala na prowadzenie reakcji bez dodatkowego ogrzewania.

Do renowacji wykorzystywane są piece oporowe elektryczne. Najpierw do komory umieszcza się zamkniętą kolbę ze stopów chromu o wysokości 2–3 m. Po ogrzaniu pojemnika do temperatury +750 C wprowadza się do niej magnez. Następnie dostarczany jest czterochlorek tytanu. Posuw jest regulowany.

1 cykl regeneracyjny trwa 30–50 godzin, aby temperatura nie wzrosła powyżej 800–900 C, retortę przedmuchuje się powietrzem. W rezultacie otrzymuje się od 1 do 4 ton gąbczastej masy - metal osadza się w postaci okruchów, które spieka się w porowatą masę. Ciekły chlorek magnezu jest okresowo spuszczany.

Porowata masa pochłania dość dużo chlorku magnezu. Dlatego po redukcji przeprowadza się destylację próżniową. W tym celu retortę podgrzewa się do 1000 C, wytwarza się w niej próżnię i utrzymuje przez 30–50 godzin. W tym czasie zanieczyszczenia odparowują.

Redukcja za pomocą sodu przebiega w podobny sposób. Różnica dotyczy tylko ostatniego etapu. Aby usunąć zanieczyszczenia chlorkiem sodu, gąbkę tytanową rozdrabnia się i wypłukuje z niej sól zwykłą wodą.

Rafinacja

Tytan techniczny otrzymany w opisany powyżej sposób całkiem nadaje się do produkcji urządzeń i pojemników dla przemysłu chemicznego. Jednak w obszarach, w których wymagana jest wysoka odporność na ciepło i jednorodność właściwości, metal nie jest odpowiedni. W tym przypadku uciekają się do rafinacji.

Rafinacja odbywa się w termostacie, gdzie utrzymuje się temperaturę 100–200 C. Do komory umieszcza się retortę z gąbką tytanową, a następnie za pomocą specjalnego urządzenia w zamkniętej komorze rozbija się kapsułkę z jodem. Jod reaguje z metalem tworząc jodek tytanu.

W retorcie napinane są druty tytanowe, przez które przepływa prąd elektryczny. Drut nagrzewa się do 1300–1400 C, powstały jodek rozkłada się na drucie, tworząc kryształy najczystszego tytanu. Jod jest uwalniany i reaguje. Z nową porcją gąbki tytanowej proces trwa aż do wyczerpania się metalu. Produkcja zostaje zatrzymana, gdy w wyniku wzrostu tytanu średnica drutu osiągnie 25–30 mm. W jednym takim aparacie można uzyskać 10 kg metalu z udziałem 99,9–99,99%.

Jeżeli konieczne jest uzyskanie metalu ciągliwego w postaci wlewków, należy postępować inaczej. Aby to zrobić, gąbkę tytanową topi się w próżniowym piecu łukowym, ponieważ metal aktywnie pochłania gazy w wysokich temperaturach. Elektrodę zużywalną uzyskuje się z odpadów tytanowych i gąbki. Ciekły metal krzepnie w aparacie w krystalizatorze chłodzonym wodą.

Topienie powtarza się zwykle dwukrotnie, aby poprawić jakość wlewków.

Ze względu na właściwości substancji - reakcje z tlenem, azotem i absorpcję gazów, produkcja wszystkich stopów tytanu możliwa jest również wyłącznie w łukowych piecach próżniowych.

Poniżej przeczytasz o Rosji i innych krajach produkujących tytan.

Popularni producenci

Rynek produkcji tytanu jest dość zamknięty. Z reguły kraje produkujące duże ilości metalu same są jego konsumentami.

W Rosji największą i być może jedyną firmą zajmującą się produkcją tytanu jest VSMPO-Avisma. Uważany jest za największego producenta metali, ale nie jest to do końca prawdą. Firma produkuje jedną piątą tytanu, ale światowe zużycie wygląda inaczej: około 5% przeznacza się na produkty i przygotowanie stopów, a 95% na produkcję dwutlenku.

Tak więc produkcja tytanu na świecie według kraju:

  • Wiodącym krajem produkującym są Chiny. Kraj posiada maksymalne zasoby rud tytanu. Z 18 słynne fabryki do produkcji gąbki tytanowej 9 znajduje się w Chinach.
  • Japonia jest na drugim miejscu. Co ciekawe, tylko 2-3% metalu zużywa się w sektorze lotniczym w kraju, resztę wykorzystuje się w przemyśle chemicznym.
  • Rosja i jej liczne fabryki zajmują trzecie miejsce na świecie w produkcji tytanu. Potem przyszedł Kazachstan.
  • Stany Zjednoczone, kolejny na liście kraj produkujący, zużywają tytan w tradycyjny sposób: 60–75% tytanu wykorzystuje przemysł lotniczy.

Produkcja tytanu jest procesem złożonym technologicznie, kosztownym i czasochłonnym. Jednak zapotrzebowanie na ten surowiec jest tak duże, że przewiduje się znaczny wzrost wytapiania metali.

W tym filmie dowiesz się, jak tnie się tytan w jednym z zakładów produkcyjnych w Rosji:

Właściwości fizyczne i chemiczne tytanu, produkcja tytanu

Zastosowanie tytanu w postaci czystej i w postaci stopów, zastosowanie tytanu w postaci związków, fizjologiczne działanie tytanu

Rozdział 1. Historia i występowanie tytanu w przyrodzie.

Tytan -Ten pierwiastek drugorzędnej podgrupy czwartej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 22. Prosta substancja tytan (numer CAS: 7440-32-6) jest metalem lekkim o srebrzystym kolorze -biały kolor. Występuje w dwóch odmianach krystalicznych: α-Ti z sześciokątną, gęsto upakowaną siatką, β-Ti z sześciennym upakowaniem skupionym na ciele, temperatura transformacji polimorficznej α↔β wynosi 883 °C. Temperatura topnienia 1660±20°C.

Historia i występowanie tytanu w przyrodzie

Tytan został nazwany na cześć starożytnych greckich znaków Tytanów. Niemiecki chemik Martin Klaproth nazwał go tak z powodów osobistych, w przeciwieństwie do Francuzów, którzy próbowali nadawać nazwy zgodnie z właściwościami chemicznymi pierwiastka, ale ponieważ właściwości pierwiastka nie były wówczas znane, wybrano tę nazwę .

Tytan jest dziesiątym pod względem ilości pierwiastkiem na naszej planecie. Ilość tytanu w skorupie ziemskiej wynosi 0,57% masowych i 0,001 miligrama na 1 litr wody morskiej. Złoża tytanu zlokalizowane są na terytoriach: Republika Południowej Afryki, Ukraina, Rosja, Kazachstan, Japonia, Australia, Indie, Cejlon, Brazylia i Korea Południowa.


Tytan ze względu na swoje właściwości fizyczne jest metalem o kolorze jasnosrebrzystym; ponadto charakteryzuje się dużą lepkością podczas obróbki i ma skłonność do przyklejania się do narzędzia skrawającego, dlatego w celu wyeliminowania tego efektu stosuje się specjalne smary lub natryskiwanie. W temperaturze pokojowej pokryty jest lasyzującą warstwą tlenku TiO2, dzięki czemu jest odporny na korozję w najbardziej agresywnych środowiskach, z wyjątkiem zasad. Pył tytanu ma tendencję do eksplozji, a jego temperatura zapłonu wynosi 400°C. Wióry tytanowe są niebezpieczne dla ognia.

Do produkcji tytanu w czystej postaci lub jego stopów w większości przypadków stosuje się dwutlenek tytanu z niewielką liczbą zawartych w nim związków. Na przykład koncentrat rutylu otrzymywany ze wzbogacania rud tytanu. Jednak zasoby rutylu są niezwykle małe, dlatego stosuje się tzw. Syntetyczny żużel rutylowy lub tytanowy otrzymywany w wyniku przetwarzania koncentratów ilmenitowych.

Za odkrywcę tytanu uważa się 28-letniego angielskiego mnicha Williama Gregora. W 1790 roku, przeprowadzając badania mineralogiczne w swojej parafii, zauważył występowanie i niezwykłe właściwości czarnego piasku w dolinie Menacan w południowo-zachodniej Anglii i zaczął go badać. W piasku ksiądz odkrył ziarna czarnego, błyszczącego minerału, który przyciągnął zwykły magnes. Najczystszy tytan uzyskany w 1925 roku przez Van Arkela i de Boera metodą jodkową okazał się plastycznym i podatnym na obróbkę metalem o wielu cennych właściwościach, który przyciągnął uwagę szerokiego grona projektantów i inżynierów. W 1940 roku Kroll zaproponował magnezowo-termiczną metodę ekstrakcji tytanu z rud, która do dziś jest główną metodą. W 1947 roku wyprodukowano pierwsze 45 kg czystego tytanu na skalę przemysłową.


W układzie okresowym pierwiastków Mendelejewa tytan ma numer seryjny 22. Masa atomowa naturalnego tytanu, obliczona na podstawie wyników badań jego izotopów, wynosi 47,926. Zatem jądro obojętnego atomu tytanu zawiera 22 protony. Liczba neutronów, czyli obojętnych, nienaładowanych cząstek, jest różna: zwykle 26, ale może wynosić od 24 do 28. Dlatego też liczba izotopów tytanu jest inna. Obecnie znanych jest 13 izotopów pierwiastka nr 22. Tytan naturalny składa się z mieszaniny pięciu stabilnych izotopów, najczęściej reprezentowanym jest tytan-48, jego udział w rudach naturalnych wynosi 73,99%. Tytan i inne pierwiastki podgrupy IVB mają bardzo podobne właściwości do pierwiastków podgrupy IIIB (grupa skandowa), chociaż różnią się od tych ostatnich zdolnością do wykazywania większej wartościowości. Podobieństwo tytanu do skandu, itru, a także do pierwiastków podgrupy VB - wanadu i niobu wyraża się w tym, że w naturalnych minerałach tytan często występuje razem z tymi pierwiastkami. Z jednowartościowymi halogenami (fluorem, bromem, chlorem i jodem) może tworzyć di- i tetrazwiązki, z siarką i pierwiastkami jej grupy (selen, tellur) - mono- i disiarczki, z tlenem - tlenki, dwutlenki i trójtlenki.


Tytan tworzy także związki z wodorem (wodorki), azotem (azotki), węglem (węgliki), fosforem (fosforyki), arsenem (arzydy), a także związki z wieloma metalami – związki międzymetaliczne. Tytan tworzy nie tylko proste, ale także liczne złożone związki; znanych jest wiele jego związków z substancjami organicznymi. Jak wynika z listy związków, w których może uczestniczyć tytan, jest on bardzo aktywny chemicznie. A jednocześnie tytan jest jednym z niewielu metali o wyjątkowo wysokiej odporności na korozję: jest praktycznie wieczny w powietrzu, w zimnej i wrzącej wodzie oraz jest bardzo odporny na wodę morską, w roztworach wielu soli, kwasów nieorganicznych i organicznych . Pod względem odporności na korozję w wodzie morskiej przewyższa wszystkie metale, z wyjątkiem metali szlachetnych - złota, platyny itp., Większość rodzajów stali nierdzewnej, niklu, miedzi i innych stopów. W wodzie i w wielu agresywnych środowiskach czysty tytan nie ulega korozji. Tytan jest odporny na korozję erozyjną, która powstaje w wyniku połączenia oddziaływania chemicznego i mechanicznego na metal. Pod tym względem nie jest gorszy najlepsze marki stale nierdzewne, stopy miedzi i inne materiały konstrukcyjne. Tytan jest również dobrze odporny na korozję zmęczeniową, co często objawia się naruszeniem integralności i wytrzymałości metalu (pękanie, miejscowa korozja itp.). Zachowanie tytanu w wielu agresywnych środowiskach, takich jak azotowy, solny, siarkowy, woda królewska oraz inne kwasy i zasady, budzi zdziwienie i podziw dla tego metalu.


Tytan jest metalem bardzo ogniotrwałym. Przez długi czas uważano, że topi się w temperaturze 1800 ° C, ale w połowie lat 50. Angielscy naukowcy Deardorff i Hayes ustalili temperaturę topnienia czystego tytanu pierwiastkowego. Wynosiła ona 1668±3° C. Pod względem ogniotrwałości tytan ustępuje jedynie takim metalom jak wolfram, tantal, niob, ren, molibden, metale z grupy platynowców, cyrkon i wśród głównych metali konstrukcyjnych zajmuje pierwsze miejsce. Najważniejszą cechą tytanu jako metalu są jego unikalne właściwości fizyczne i chemiczne: niska gęstość, wysoka wytrzymałość, twardość itp. Najważniejsze jest to, że właściwości te nie zmieniają się znacząco wraz ze wzrostem wysokie temperatury.

Tytan jest metalem lekkim, jego gęstość w temperaturze 0°C wynosi zaledwie 4,517 g/cm8, a w temperaturze 100°C – 4,506 g/cm3. Tytan należy do grupy metali o ciężarze właściwym mniejszym niż 5 g/cm3. Obejmuje to wszystkie metale alkaliczne (sód, kad, lit, rubid, cez) o ciężarze właściwym 0,9–1,5 g/cm3, magnez (1,7 g/cm3), aluminium (2,7 g/cm3) itp. Tytanu jest ponad Jest 1,5 razy cięższy od aluminium i na tym oczywiście z nim przegrywa, ale jest 1,5 razy lżejszy od żelaza (7,8 g/cm3). Jednak zajmując pozycję pośrednią między aluminium i żelazem pod względem gęstości właściwej, tytan jest wielokrotnie lepszy od nich pod względem właściwości mechanicznych.) Tytan ma znaczną twardość: jest 12 razy twardszy od aluminium, 4 razy twardszy od żelaza i miedzi. Kolejną ważną cechą metalu jest jego granica plastyczności. Im jest ona wyższa, tym lepiej części wykonane z tego metalu wytrzymują obciążenia eksploatacyjne. Granica plastyczności tytanu jest prawie 18 razy większa niż aluminium. Wytrzymałość właściwą stopów tytanu można zwiększyć 1,5–2 razy. Jego wysokie właściwości mechaniczne dobrze zachowują się w temperaturach do kilkuset stopni. Czysty tytan nadaje się do wszelkiego rodzaju obróbki na gorąco i na zimno: można go kuć jak żelazo, rozciągać, a nawet przerabiać na drut, zwijać w arkusze, paski i folię o grubości do 0,01 mm.


W przeciwieństwie do większości metali tytan ma znaczną rezystancję elektryczną: jeśli przewodnictwo elektryczne srebra przyjmie się na poziomie 100, wówczas przewodność elektryczna miedzi wynosi 94, aluminium - 60, żelaza i platyny - 15, a tytanu - tylko 3,8. Tytan jest metalem paramagnetycznym; nie ulega namagnesowaniu jak żelazo w polu magnetycznym, ale nie jest z niego wypychany jak miedź. Jego podatność magnetyczna jest bardzo słaba, właściwość tę można wykorzystać w budownictwie. Tytan ma stosunkowo niską przewodność cieplną, zaledwie 22,07 W/(mK), czyli około 3 razy niższą przewodność cieplną żelaza, 7 razy niższą niż magnez, 17–20 razy mniejszą niż aluminium i miedź. W związku z tym współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej tytanu jest niższy niż innych materiałów konstrukcyjnych: w temperaturze 20 ° C jest 1,5 razy niższy niż żelaza, 2 razy niższy niż miedzi i prawie 3 razy niższy niż aluminium. Zatem tytan jest słabym przewodnikiem prądu i ciepła.


Obecnie stopy tytanu są szeroko stosowane w technologii lotniczej. Stopy tytanu po raz pierwszy zastosowano na skalę przemysłową w konstrukcjach lotniczych. silniki odrzutowe. Zastosowanie tytanu w konstrukcji silników odrzutowych umożliwia zmniejszenie ich masy o 10...25%. W szczególności tarcze i łopatki sprężarki, części wlotu powietrza, łopatki kierujące i elementy mocujące są wykonane ze stopów tytanu. Stopy tytanu są niezbędne w samolotach naddźwiękowych. Wzrost prędkości lotu samolot doprowadziło do wzrostu temperatury powłoki, w wyniku czego stopy aluminium nie spełniają już wymagań stawianych przez samoloty poruszające się z prędkościami naddźwiękowymi. Temperatura powłoki osiąga w tym przypadku 246...316°C. W tych warunkach najbardziej akceptowalnym materiałem okazały się stopy tytanu. W latach 70-tych znacznie wzrosło zastosowanie stopów tytanu w płatowcach samolotów cywilnych. W samolocie średniego zasięgu TU-204 łączna masa części wykonanych ze stopów tytanu wynosi 2570 kg. Stopniowo zwiększa się zastosowanie tytanu w helikopterach, głównie na elementy układu wirnika, układu napędowego i sterowania. Stopy tytanu zajmują ważne miejsce w nauce o rakietach.

Ze względu na wysoką odporność na korozję w wodzie morskiej tytan i jego stopy są stosowane w przemyśle stoczniowym do produkcji śmigieł, poszycia statki morskie, łodzie podwodne, torpedy itp. Muszle nie przyklejają się do tytanu i jego stopów, co znacznie zwiększa opory poruszania się statku. Stopniowo poszerzają się obszary zastosowań tytanu. Tytan i jego stopy znajdują zastosowanie w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, celulozowo-papierniczym, spożywczym, metalurgii metali nieżelaznych, energetyce, elektronice, inżynierii nuklearnej, galwanotechnice, przy produkcji broni, do produkcji płyt pancernych, narzędzi chirurgicznych, implanty chirurgiczne, odsalarki, części do samochodów wyścigowych, sprzęt sportowy (kije golfowe, sprzęt alpinistyczny), części do zegarków, a nawet biżuteria. Azotowanie tytanu prowadzi do powstania na jego powierzchni złotego filmu, który pod względem urody nie ustępuje prawdziwemu złotu.

Odkrycia TiO2 dokonali niemal jednocześnie i niezależnie od siebie Anglik W. Gregor i niemiecki chemik M. G. Klaproth. W. Gregor badając skład magnetycznego piasku żelazistego (Creed, Cornwall, Anglia, 1791) wyodrębnił nową „ziemię” (tlenek) nieznanego metalu, który nazwał menaken. W 1795 roku niemiecki chemik Klaproth odkrył nowy pierwiastek w mineralnym rutylu i nazwał go tytanem. Dwa lata później Klaproth ustalił, że rutyl i ziemia menakenowa są tlenkami tego samego pierwiastka, co dało podstawę do zaproponowanej przez Klaprotha nazwy „tytan”. Dziesięć lat później po raz trzeci odkryto tytan. Francuski naukowiec L. Vauquelin odkrył tytan w anatazie i udowodnił, że rutyl i anataz to identyczne tlenki tytanu.

Pierwszą próbkę tytanu metalicznego uzyskał w 1825 r. J. Ya. Ze względu na dużą aktywność chemiczną tytanu i trudność jego oczyszczenia, czystą próbkę Ti uzyskali Holendrzy A. van Arkel i I. de Boer w 1925 roku w wyniku termicznego rozkładu par jodku tytanu TiI4.

Tytan znajduje się na 10. miejscu pod względem rozpowszechnienia w przyrodzie. Zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,57% wagowo, w wodzie morskiej 0,001 mg/l. W skałach ultrazasadowych 300 g/t, w skałach zasadowych - 9 kg/t, w skałach kwaśnych 2,3 kg/t, w iłach i łupkach 4,5 kg/t. W skorupie ziemskiej tytan jest prawie zawsze czterowartościowy i występuje tylko w związkach tlenu. Nie znaleziono w darmowej formie. W warunkach atmosferycznych i opadów tytan wykazuje powinowactwo geochemiczne z Al2O3. Koncentruje się w boksytach zwietrzałych skorupy i w morskich osadach ilastych. Tytan przenosi się w postaci mechanicznych fragmentów minerałów oraz w postaci koloidów. W niektórych glinach gromadzi się do 30% wagowych TiO2. Minerały tytanu są odporne na warunki atmosferyczne i tworzą duże stężenia w podkładkach. Znanych jest ponad 100 minerałów zawierających tytan. Najważniejsze z nich to: rutyl TiO2, ilmenit FeTiO3, tytanomagnetyt FeTiO3 + Fe3O4, perowskit CaTiO3, tytanit CaTiSiO5. Wyróżnia się pierwotne rudy tytanu – ilmenit-tytanowomagnetyt i rudy placerowe – rutyl-ilmenit-cyrkon.

Główne rudy: ilmenit (FeTiO3), rutyl (TiO2), tytanit (CaTiSiO5).


Od 2002 r. 90% wydobytego tytanu wykorzystywano do produkcji dwutlenku tytanu TiO2. Światowa produkcja dwutlenku tytanu wynosiła 4,5 miliona ton rocznie. Potwierdzone zasoby dwutlenku tytanu (bez Rosji) wynoszą około 800 mln ton. Według US Geological Survey, w 2006 roku, w przeliczeniu na dwutlenek tytanu i bez Rosji, zasoby rud ilmenitowych wynoszą 603-673 mln ton, a rud rutylowych. - 49,7-52,7 mln ton Zatem przy obecnym tempie wydobycia potwierdzone światowe zasoby tytanu (z wyłączeniem Rosji) wystarczą na ponad 150 lat.

Rosja posiada drugie po Chinach największe zasoby tytanu na świecie. Baza zasobów mineralnych tytanu w Rosji składa się z 20 złóż (w tym 11 złóż pierwotnych i 9 aluwialnych), dość równomiernie rozmieszczonych na terenie całego kraju. Największe ze zbadanych złóż (Yaregskoje) położone jest 25 km od miasta Uchta (Republika Komi). Zasoby złoża szacowane są na 2 miliardy ton rudy o średniej zawartości dwutlenku tytanu na poziomie około 10%.

Największy na świecie producent tytanu - Rosyjska firma„VSMPO-AVISMA”.

Zazwyczaj, materiał źródłowy Do produkcji tytanu i jego związków wykorzystuje się dwutlenek tytanu ze stosunkowo niewielką ilością zanieczyszczeń. W szczególności może to być koncentrat rutylu otrzymywany ze wzbogacania rud tytanu. Jednakże zasoby rutylu na świecie są bardzo ograniczone i coraz częściej stosuje się tzw. żużel rutylowy syntetyczny lub tytanowy, otrzymywany z przerobu koncentratów ilmenitowych. Aby otrzymać żużel tytanowy, koncentrat ilmenitu redukuje się w elektrycznym piecu łukowym, żelazo oddziela się na fazę metaliczną (żeliwo), a niezredukowane tlenki tytanu i zanieczyszczenia tworzą fazę żużlową. Żużel bogaty przerabia się metodą chlorkową lub kwasowo-siarkową.

W czystej postaci i w postaci stopów

Tytanowy pomnik Gagarina na Leninskim Prospekcie w Moskwie

Metal znajduje zastosowanie w: przemyśle chemicznym (reaktory, rurociągi, pompy, armatura rurociągów), przemyśle wojskowym (kamizelki kuloodporne, pancerze lotnicze i bariery ogniowe, kadłuby okrętów podwodnych), procesach przemysłowych (odsalalnie, procesy celulozowo-papiernicze), przemyśle motoryzacyjnym, przemysł rolniczy, spożywczy, biżuteria do piercingu, przemysł medyczny (protezy, osteoprotezy), instrumenty stomatologiczne i endodontyczne, implanty dentystyczne, artykuły sportowe, biżuteria (Aleksander Khomov), telefony komórkowe, stopy lekkie itp. Jest najważniejszym materiałem konstrukcyjnym w lotnictwo, rakieta, przemysł stoczniowy.

Odlewanie tytanu odbywa się w piecach próżniowych do form grafitowych. Stosowane jest również odlewanie próżniowe metodą traconego wosku. Ze względu na trudności technologiczne stosowany jest w ograniczonym zakresie w odlewnictwie artystycznym. Pierwszą na świecie monumentalną rzeźbą odlaną z tytanu jest pomnik Jurija Gagarina na placu jego imienia w Moskwie.

Tytan jest dodatkiem stopowym w wielu stalach stopowych i większości stopów specjalnych.

Nitinol (nikiel-tytan) to stop z pamięcią kształtu stosowany w medycynie i technologii.

Glinki tytanu są bardzo odporne na utlenianie i żaroodporne, co z kolei zdecydowało o ich zastosowaniu w przemyśle lotniczym i samochodowym jako materiałów konstrukcyjnych.

Tytan jest jednym z najpowszechniejszych materiałów getterowych stosowanych w pompach wysokopróżniowych.

Biały dwutlenek tytanu (TiO2) stosowany jest w farbach (m.in. biel tytanowa) oraz przy produkcji papieru i tworzyw sztucznych. Dodatek do żywności E171.

Związki tytanoorganiczne (np. tetrabutoksytytan) stosowane są jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym oraz farbiarskim i lakierniczym.

Nieorganiczne związki tytanu są stosowane w przemyśle elektroniki chemicznej i włókien szklanych jako dodatki lub powłoki.

Węglik tytanu, dwuborek tytanu, węglikoazotek tytanu są ważnymi składnikami materiałów supertwardych do obróbki metali.

Azotek tytanu stosowany jest do powlekania instrumentów, kopuł kościołów oraz do produkcji biżuterii kostiumowej, ponieważ... ma kolor podobny do złota.


Tytanian baru BaTiO3, tytanian ołowiu PbTiO3 i szereg innych tytanianów to ferroelektryki.

Istnieje wiele stopów tytanu z różnymi metalami. Dodatki stopowe dzielą się na trzy grupy, w zależności od ich wpływu na temperaturę przemiany polimorficznej: stabilizatory beta, stabilizatory alfa i wzmacniacze neutralne. Pierwsze obniżają temperaturę przemiany, drugie ją podwyższają, trzecie nie wpływają na nią, lecz prowadzą do umocnienia roztworowego osnowy. Przykłady stabilizatorów alfa: glin, tlen, węgiel, azot. Stabilizatory beta: molibden, wanad, żelazo, chrom, nikiel. Utwardzacze neutralne: cyrkon, cyna, krzem. Z kolei stabilizatory beta dzielą się na beta izomorficzne i beta eutektoidalne. Najpopularniejszym stopem tytanu jest stop Ti-6Al-4V (w klasyfikacji rosyjskiej - VT6).

60% - farba;

20% - plastik;

13% - papier;

7% - inżynieria mechaniczna.

15-25 dolarów za kilogram, w zależności od czystości.

O czystości i gatunku surowego tytanu (gąbki tytanowej) decyduje się zazwyczaj na podstawie jego twardości, która zależy od zawartości zanieczyszczeń. Najpopularniejsze marki to TG100 i TG110.

Cena ferrotytanu (minimum 70% tytanu) na dzień 22 grudnia 2010 r. wynosi 6,82 dolara za kilogram. Od 1 stycznia 2010 roku cena wynosiła 5,00 dolarów za kilogram.

W Rosji ceny tytanu na początku 2012 roku kształtowały się na poziomie 1200-1500 rubli/kg.

Zalety:

niska gęstość (4500 kg/m3) pozwala zmniejszyć masę użytego materiału;

wysoka wytrzymałość mechaniczna. Warto zauważyć, że w podwyższonych temperaturach (250-500°C) stopy tytanu mają wyższą wytrzymałość niż wysokowytrzymałe stopy aluminium i magnezu;

niezwykle wysoka odporność na korozję dzięki zdolności tytanu do tworzenia na powierzchni cienkich (5-15 mikronów) ciągłych warstw tlenku TiO2, silnie związanych z masą metalu;

wytrzymałość właściwa (stosunek wytrzymałości do gęstości) najlepszych stopów tytanu osiąga 30-35 lub więcej, co stanowi prawie dwukrotność wytrzymałości właściwej stali stopowych.


Wady:

wysoki koszt produkcji, tytan jest znacznie droższy niż żelazo, aluminium, miedź, magnez;

aktywne oddziaływanie w wysokich temperaturach, szczególnie w stanie ciekłym, ze wszystkimi gazami tworzącymi atmosferę, w wyniku czego tytan i jego stopy można topić jedynie w próżni lub w środowisku gazów obojętnych;

trudności z włączeniem odpadów tytanu do produkcji;

słabe właściwości przeciwcierne ze względu na przyczepność tytanu do wielu materiałów; tytan w połączeniu z tytanem nie może przeciwdziałać tarciu;

wysoka podatność tytanu i wielu jego stopów na kruchość wodorową i korozję solną;

słaba skrawalność, podobna do obrabialności austenitycznych stali nierdzewnych;

wysoka aktywność chemiczna, tendencja do rozrostu ziaren w wysokich temperaturach oraz przemiany fazowe podczas cyklu spawania powodują trudności w spawaniu tytanu.


Większość tytanu jest wydawana na potrzeby lotnictwa i technologii rakietowej oraz przemysłu stoczniowego. Tytan (ferrotytan) stosowany jest jako dodatek ligujący stale jakościowe oraz jako środek odtleniający. Tytan techniczny wykorzystywany jest do produkcji zbiorników, reaktorów chemicznych, rurociągów, armatury, pomp, zaworów i innych produktów pracujących w agresywnym środowisku. Tytan kompaktowy służy do wykonywania siatek i innych części elektrycznych urządzeń próżniowych pracujących w wysokich temperaturach.

Pod względem zastosowania jako materiał konstrukcyjny tytan zajmuje 4. miejsce, ustępując jedynie Al, Fe i Mg. Glinki tytanu są bardzo odporne na utlenianie i żaroodporne, co z kolei zdecydowało o ich zastosowaniu w przemyśle lotniczym i samochodowym jako materiałów konstrukcyjnych. Bezpieczeństwo biologiczne tytanu sprawia, że ​​jest on doskonałym materiałem dla przemysłu spożywczego i chirurgii rekonstrukcyjnej.

Tytan i jego stopy znalazły szerokie zastosowanie w technologii ze względu na ich wysoką wytrzymałość mechaniczną, która utrzymuje się w wysokich temperaturach, odporność na korozję, odporność na ciepło, wytrzymałość właściwą, niską gęstość i inne przydatne właściwości. Wysoki koszt tytanu i jego stopów jest w wielu przypadkach równoważony ich większą wydajnością, a w niektórych przypadkach jest to jedyny materiał, z którego można wykonać sprzęt lub konstrukcje, które mogą pracować w danych określonych warunkach.

Grają stopy tytanu duża rola w technologii lotniczej, gdzie dążą do uzyskania jak najlżejszej konstrukcji połączonej z niezbędną wytrzymałością. Tytan jest lekki w porównaniu do innych metali, ale jednocześnie może pracować w wysokich temperaturach. Ze stopów tytanu wykonuje się obudowę, elementy mocujące, zestaw napędowy, części podwozia i różne zespoły. Materiały te wykorzystywane są także do budowy silników odrzutowych samolotów. Pozwala to na zmniejszenie ich wagi o 10-25%. Stopy tytanu są wykorzystywane do produkcji tarcz i łopatek sprężarek, części wlotów powietrza i łopatek kierujących oraz elementów złącznych.

Tytan i jego stopy są również wykorzystywane w nauce o rakietach. Ze względu na krótkotrwałą eksploatację silników i szybkie przejście gęstych warstw atmosfery w rakietach, problemy wytrzymałości zmęczeniowej, wytrzymałości statycznej i częściowego pełzania są w dużym stopniu eliminowane.

Tytan techniczny ze względu na niewystarczająco wysoką wytrzymałość cieplną nie nadaje się do stosowania w lotnictwie, natomiast ze względu na wyjątkowo wysoką odporność na korozję w niektórych przypadkach jest niezastąpiony w przemyśle chemicznym i stoczniowym. Tym samym wykorzystuje się go do produkcji sprężarek i pomp do pompowania tak agresywnych mediów jak kwas siarkowy i solny oraz ich sole, rurociągów, zaworów odcinających, autoklawów, różnego rodzaju zbiorników, filtrów itp. Tylko tytan posiada odporność na korozję w takich środowiskach jak mokry chlor, wodne i kwaśne roztwory chloru, dlatego też z tego metalu wykonywane są urządzenia dla przemysłu chlorowego. Wymienniki ciepła wykonane są z tytanu i pracują w środowiskach korozyjnych, np. kwasu azotowego (dla niepalących). W przemyśle stoczniowym tytan wykorzystuje się do produkcji śmigieł, poszycia statków, łodzi podwodnych, torped itp. Muszle nie przyklejają się do tytanu i jego stopów, co znacznie zwiększa opory poruszania się statku.

Stopy tytanu są obiecujące do zastosowania w wielu innych zastosowaniach, ale ich rozpowszechnienie w technologii utrudnia wysoki koszt i niedobór tytanu.

Związki tytanu są również szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Węglik tytanu charakteryzuje się dużą twardością i wykorzystywany jest do produkcji narzędzi skrawających oraz materiałów ściernych. Biały dwutlenek tytanu (TiO2) stosowany jest w farbach (m.in. biel tytanowa) oraz przy produkcji papieru i tworzyw sztucznych. Związki tytanoorganiczne (np. tetrabutoksytytan) stosowane są jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym oraz farbiarskim i lakierniczym. Nieorganiczne związki tytanu są stosowane w przemyśle elektroniki chemicznej i włókien szklanych jako dodatki. Dwuborek tytanu jest ważnym składnikiem supertwardych materiałów do obróbki metali. Do powlekania instrumentów stosuje się azotek tytanu.

Biorąc pod uwagę obecne wysokie ceny tytanu, wykorzystywany jest on przede wszystkim do produkcji sprzętu wojskowego, gdzie główną rolę nie należy do wartości, ale Specyfikacja techniczna. Niemniej jednak znane są przypadki wykorzystania unikalnych właściwości tytanu dla potrzeb cywilnych. Wraz ze spadkiem cen tytanu i wzrostem jego produkcji, wykorzystanie tego metalu do celów wojskowych i cywilnych będzie coraz szersze.


Lotnictwo. Niski ciężar właściwy i duża wytrzymałość (szczególnie w podwyższonych temperaturach) tytanu i jego stopów czynią je bardzo cennymi materiałami lotniczymi. W budowie samolotów i produkcji silników lotniczych tytan coraz częściej zastępuje aluminium i stal nierdzewną. Wraz ze wzrostem temperatury aluminium szybko traci swoją wytrzymałość. Z drugiej strony tytan ma wyraźną przewagę pod względem wytrzymałości w temperaturach do 430°C, a podwyższone temperatury tego rzędu występują przy dużych prędkościach na skutek nagrzewania aerodynamicznego. Zaletą zastąpienia stali tytanem w lotnictwie jest redukcja masy bez utraty wytrzymałości. Ogólna redukcja masy przy zwiększonych osiągach w podwyższonych temperaturach pozwala na zwiększenie ładowności, zasięgu i zwrotności samolotu. Wyjaśnia to wysiłki zmierzające do rozszerzenia zastosowania tytanu w konstrukcji samolotów, do produkcji silników, konstrukcji kadłuba, produkcji poszycia, a nawet elementów złącznych.

W konstrukcji silników odrzutowych tytan wykorzystywany jest przede wszystkim do produkcji łopatek sprężarek, tarcz turbin i wielu innych części tłoczonych. W tym przypadku tytan zastępuje stal nierdzewną i stopową ulepszaną cieplnie. Oszczędność jednego kilograma masy silnika pozwala zaoszczędzić do 10 kg całkowitej masy samolotu dzięki lżejszemu kadłubowi. W przyszłości planuje się wykorzystanie blach tytanowych do produkcji osłon komór spalania silników.

W konstrukcji samolotów tytan jest szeroko stosowany do produkcji części kadłuba pracujących w podwyższonych temperaturach. Blacha tytanowa wykorzystywana jest do produkcji wszelkiego rodzaju osłon, osłon ochronnych kabli i prowadnic pocisków. Różne usztywnienia, ramy kadłuba, żebra itp. Wykonane są z arkuszy stopowego tytanu.

Obudowy, klapy, osłony kabli i prowadnice pocisków wykonane są z niestopowego tytanu. Tytan stopowy stosowany jest do produkcji ram kadłubów, wręgów, rurociągów i przegród przeciwpożarowych.


Tytan jest coraz częściej stosowany w konstrukcji samolotów F-86 i F-100. W przyszłości z tytanu będą wykonywane drzwi do podwozia, rurociągi instalacji hydraulicznych, rury i dysze wydechowe, dźwigary, klapy, rozpórki składane itp.

Tytanu można używać do produkcji płyt pancernych, łopatek śmigieł i skrzynek na łuski.

Tytan jest obecnie stosowany w budowie samolotów lotnictwo wojskowe Douglas X-3 do skórowania, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 i Boeing B-52.

Tytan wykorzystuje się także w konstrukcji samolotów cywilnych DC-7. Firma Douglas zastępując stopy aluminium i stal nierdzewną tytanem w produkcji gondoli silnika i przegród przeciwpożarowych osiągnęła już oszczędności w masie konstrukcji samolotu wynoszącej około 90 kg. Obecnie masa części tytanowych w tym samolocie wynosi 2%, a planuje się zwiększyć tę liczbę do 20% całkowitej masy samolotu.

Zastosowanie tytanu umożliwia zmniejszenie masy helikopterów. Do podłóg i drzwi stosuje się blachy tytanowe. Znaczącą redukcję masy helikoptera (około 30 kg) uzyskano w wyniku zastąpienia stali stopowej tytanem do pokrycia łopat wirnika.

Marynarka wojenna. Odporność na korozję tytanu i jego stopów sprawia, że ​​są one bardzo cennym materiałem na morzu. Departament Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych prowadzi szeroko zakrojone badania nad odpornością tytanu na korozję pod wpływem gazów spalinowych, pary wodnej, oleju i wody morskiej. Wysoka wytrzymałość właściwa tytanu jest prawie równie ważna w sprawach morskich.

Niski ciężar właściwy metalu w połączeniu z odpornością na korozję zwiększa zwrotność i zasięg statków, a także zmniejsza koszty konserwacji i naprawy materiału.


Tytan do zastosowań morskich obejmuje tłumiki wydechowe do podwodnych silników wysokoprężnych, tarcze przyrządów i cienkościenne rury do skraplaczy i wymienników ciepła. Zdaniem ekspertów tytan, jak żaden inny metal, może wydłużyć żywotność tłumików wydechowych łodzie podwodne. Tytan nałożony na tarcze przyrządów pomiarowych pracujących w kontakcie ze słoną wodą, benzyną lub olejem zapewni większą trwałość. Badana jest możliwość wykorzystania tytanu do produkcji rur wymienników ciepła, który musi być odporny na korozję w wodzie morskiej wypłukującej rury na zewnątrz, a jednocześnie odporny na działanie przepływającego wewnątrz nich kondensatu spalin. Rozważana jest możliwość wytwarzania anten i elementów instalacji radarowych z tytanu, od których wymagana jest odporność na działanie gazów spalinowych i wody morskiej. Tytan można również wykorzystać do produkcji części takich jak zawory, śmigła, części turbin itp.

Artyleria. Najwyraźniej największym potencjalnym konsumentem tytanu może być artyleria, gdzie obecnie trwają intensywne badania nad różnymi prototypami. Jednakże w tym obszarze ujednolicono produkcję wyłącznie pojedynczych części i części wykonanych z tytanu. Bardzo ograniczone zastosowanie tytanu w artylerii, pomimo dużego zakresu badań, tłumaczy się jego wysokim kosztem.

Zbadano różne części wyposażenia artyleryjskiego pod kątem możliwości zastąpienia tytanu materiałami konwencjonalnymi, przy obniżce cen tytanu. Skupiono się głównie na częściach, w przypadku których redukcja masy jest znacząca (części przenoszone ręcznie i transportowane drogą powietrzną).

Płyta podstawy zaprawy wykonana z tytanu zamiast stali. Dzięki tej wymianie i po pewnym przeróbkom, zamiast blachy stalowej składającej się z dwóch połówek o łącznej wadze 22 kg, udało się stworzyć jedną część o wadze 11 kg. Dzięki tej wymianie liczbę personelu serwisowego można zmniejszyć z trzech do dwóch. Rozważana jest możliwość wykorzystania tytanu do produkcji przerywaczy płomienia do broni.

Testowane są mocowania broni, poprzeczki karetki i cylindry odrzutu wykonane z tytanu. Tytan może być szeroko stosowany w produkcji rakiet kierowanych i rakiet.

Pierwsze badania tytanu i jego stopów wykazały możliwość wytwarzania z nich płyt pancernych. Według tych badań zastąpienie pancerza stalowego (o grubości 12,7 mm) pancerzem tytanowym o tej samej odporności na pociski (o grubości 16 mm) pozwala, według tych badań, zaoszczędzić na wadze aż do 25%.


Stopy tytanu o podwyższonej jakości pozwalają mieć nadzieję na możliwość zastąpienia blach stalowych płytkami tytanowymi o jednakowej grubości, co skutkuje oszczędnością masy aż do 44%. Przemysłowe zastosowanie tytanu zapewni większą zwrotność, zwiększy zasięg transportu i trwałość broni. Obecny poziom rozwoju transportu lotniczego uwydatnia zalety lekkich samochodów pancernych i innych pojazdów wykonanych z tytanu. Oddział artylerii zamierza w przyszłości wyposażyć piechotę w hełmy, bagnety, granatniki i ręczne miotacze ognia wykonane z tytanu. Stop tytanu został po raz pierwszy użyty w artylerii do produkcji tłoków niektórych pistoletów automatycznych.

Transport. Wiele korzyści wynikających ze stosowania tytanu w pojazdach opancerzonych dotyczy również pojazdów.

Zastąpienie materiałów konstrukcyjnych zużywanych obecnie przez przedsiębiorstwa inżynierii transportu tytanem powinno doprowadzić do zmniejszenia zużycia paliwa, zwiększenia ładowności, zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej części mechanizmów korbowych itp. Na kolei niezwykle ważne jest zmniejszenie ciężar własny. Znaczące zmniejszenie masy całkowitej taboru dzięki zastosowaniu tytanu pozwoli zaoszczędzić na trakcji, zmniejszając wymiary czopów i maźnic.

W przypadku pojazdów ciągniętych ważna jest także masa. W tym przypadku zastąpienie stali tytanem w produkcji osi i kół również zwiększyłoby ładowność.

Wszystkie te możliwości można by zrealizować poprzez obniżenie ceny tytanu z 15 do 2-3 dolarów za funt półproduktów tytanowych.

Przemysł chemiczny. W produkcji urządzeń dla przemysłu chemicznego największe znaczenie ma odporność metalu na korozję. Istotna jest także redukcja masy i zwiększenie wytrzymałości sprzętu. Logicznie rzecz biorąc, należy przyjąć, że tytan mógłby zapewnić szereg korzyści w produkcji urządzeń do transportu kwasów, zasad i soli nieorganicznych. Dodatkowe możliwości wykorzystania tytanu otwierają się przy produkcji urządzeń takich jak zbiorniki, kolumny, filtry i wszelkiego rodzaju butle wysokociśnieniowe.

Zastosowanie rurociągów tytanowych może zwiększyć wydajność wężownic grzewczych w autoklawach laboratoryjnych i wymiennikach ciepła. O przydatności tytanu do produkcji cylindrów, w których przez długi czas przechowywane są pod ciśnieniem gazy i ciecze, świadczy zastosowanie cięższej rurki szklanej do mikroanalizy produktów spalania (pokazane w górnej części zdjęcia). Ze względu na małą grubość ścianki i niski środek ciężkości probówkę tę można zważyć na mniejszej, bardziej czułej wadze analitycznej. Tutaj połączenie lekkości i odporności na korozję pozwala na większą dokładność Analiza chemiczna.

Inne aplikacje. Stosowanie tytanu jest wskazane w przemyśle spożywczym, naftowym i elektrycznym, a także do produkcji narzędzi chirurgicznych i samej chirurgii.

Stoły do ​​przygotowywania potraw i stoły do ​​gotowania na parze wykonane z tytanu przewyższają jakością produkty stalowe.

Na polach wiertniczych ropy i gazu walka z korozją ma ogromne znaczenie, dlatego zastosowanie tytanu umożliwi rzadszą wymianę korodujących prętów urządzeń. W produkcji katalitycznej i do produkcji rurociągów naftowych pożądane jest stosowanie tytanu, który zachowuje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach i ma dobrą odporność na korozję.

W przemyśle elektrycznym tytan może być stosowany do kabli zbrojeniowych ze względu na jego dobrą wytrzymałość właściwą, wysoką rezystancję elektryczną i właściwości niemagnetyczne.

Różne gałęzie przemysłu zaczynają stosować elementy złączne w takiej czy innej formie wykonane z tytanu. Dalszy rozwój zastosowania tytanu do produkcji narzędzi chirurgicznych jest możliwy głównie ze względu na jego odporność na korozję. Instrumenty tytanowe są pod tym względem lepsze od konwencjonalnych narzędzi chirurgicznych, jeśli są poddawane wielokrotnemu gotowaniu lub sterylizacji w autoklawie.

W chirurgii tytan okazał się lepszy od witalu i stali nierdzewnej. Obecność tytanu w organizmie jest całkiem akceptowalna. Tytanowa płytka i śruby do mocowania kości znajdowały się w ciele zwierzęcia przez kilka miesięcy, a kość wrosła w gwinty gwintów śrub i w otwór płytki.

Zaletą tytanu jest również to, że na płycie tworzy się tkanka mięśniowa.

Około połowa wyrobów tytanowych wytwarzanych na świecie trafia zwykle do przemysłu samolotów cywilnych, jednak jego upadek po słynnych tragicznych wydarzeniach zmusza wielu uczestników branży do poszukiwania nowych obszarów zastosowań tytanu. Ten materiał przedstawia pierwszą część wyboru publikacji w zagranicznej prasie metalurgicznej poświęconych perspektywom tytanu w nowoczesne warunki. Według szacunków jednego z wiodących amerykańskich producentów tytanu RT1, z całkowitego wolumenu produkcji tytanu w skali światowej na poziomie 50-60 tys. ton rocznie, segment lotniczy i kosmonautyczny odpowiada aż 40 zastosowaniom konsumpcyjnym, przemysłowym i zastosowania stanowią 34, a obszar wojskowy – 16, a około 10 wynika z zastosowania tytanu w produktach konsumenckich. Zastosowania przemysłowe tytanu obejmują procesy chemiczne, energię, Przemysłu naftowo-gazowego, instalacje odsalania. Zastosowania wojskowe poza lotnictwem obejmują przede wszystkim zastosowanie w artylerii i pojazdach bojowych. Sektory o znacznym zużyciu tytanu to motoryzacja, architektura i budownictwo, artykuły sportowe i biżuteria. Prawie wszystkie sztabki tytanu produkowane są w USA, Japonii i krajach WNP – Europa stanowi jedynie 3,6 światowego wolumenu. Regionalne rynki końcowego przeznaczenia tytanu są bardzo zróżnicowane – najbardziej uderzającym przykładem odrębności jest Japonia, gdzie cywilny sektor lotniczy i kosmiczny odpowiada jedynie za 2–3, podczas gdy wykorzystuje 30 całkowitego zużycia tytanu w sprzęcie i elementach konstrukcyjnych zakładów chemicznych. Około 20 całkowitego zapotrzebowania Japonii pochodzi z energia nuklearna i elektrownie na paliwo stałe, pozostała część przypada na architekturę, medycynę i sport. Odwrotny obraz obserwujemy w USA i Europie, gdzie niezwykle istotna jest konsumpcja w sektorze lotniczym – odpowiednio 60-75 i 50-60 dla każdego regionu. W USA tradycyjnie silnymi rynkami końcowymi są chemikalia, wyroby medyczne i sprzęt przemysłowy, podczas gdy w Europie największy udział mają branże naftowa i gazowa oraz budownictwo. Silne uzależnienie od przemysłu lotniczego i kosmicznego od dawna budzi obawy przemysłu tytanu, który stara się poszerzać zastosowania tytanu, co jest szczególnie istotne w kontekście obecnego pogorszenia koniunktury na rynku lotnictwo cywilne na globalną skalę. Według US Geological Survey, w pierwszym kwartale 2003 roku nastąpił znaczny spadek importu gąbki tytanowej – zaledwie 1319 ton, czyli o 62 mniej niż 3431 ton w tym samym okresie 2002 roku. Zdaniem Johna Barbera, dyrektora ds. rozwoju rynku gigantycznego amerykańskiego producenta i dostawcy tytanu Tipe, sektor lotniczy zawsze będzie jednym z wiodących rynków tytanu, musimy jednak stawić czoła wyzwaniu i zadbać o to, aby nasza branża nie podlegała cyklom koniunktury. wzrost i spadek w sektorze lotniczym. Niektórzy z wiodących producentów branży tytanowej dostrzegają rosnące możliwości na istniejących rynkach, z których jednym jest rynek sprzętu i materiałów prace podwodne. Według Martina Proko, kierownika sprzedaży i dystrybucji RT1, tytan jest stosowany w energetyce i przemyśle podmorskim już od początku lat 80. w niszy rynkowej. W obszarze podmorskim wzrost napędzany jest przede wszystkim odwiertami na większych głębokościach, gdzie tytan jest najbardziej odpowiednim materiałem. Jest, że tak powiem, pod wodą koło życia wynosi pięćdziesiąt lat, co stanowi normalny czas trwania projektów podmorskich. Obszary, w których prawdopodobnie wzrośnie wykorzystanie tytanu, wymieniono już powyżej. Jak zauważył kierownik sprzedaży Amerykańska firma Howmet Ti-Cast Bob Funnell, Stan aktulany Rynek można postrzegać jako rosnące możliwości w nowych obszarach, takich jak części obrotowe do turbosprężarek do samochodów ciężarowych, rakiety i pompy.


Jednym z naszych bieżących projektów jest rozwój lekkich systemów artyleryjskich BAE Novitzer XM777 o kalibrze 155 mm. Howmet dostarczy 17 z 28 konstrukcyjnych odlewów tytanowych do każdego mocowania broni, a dostawy do jednostek USMC mają rozpocząć się w sierpniu 2004 roku. Przy całkowitej masie działa wynoszącej 9800 funtów, czyli około 4,44 tony, tytan stanowi około 2600 funtów z około 1,18 tony tytanu – przy użyciu stopu 6A14U z dużą liczbą odlewów – mówi Frank Hrster, menedżer systemów wsparcia ogniowego BAE 8u81et8. Ten system XM777 ma zastąpić obecny system M198 Hovitzer, który waży około 17 000 funtów (około 7,71 tony). Produkcja masowa planowana jest na lata 2006-2010 – początkowo dostawy planowane są do USA, Wielkiej Brytanii i Włoch, ale program może zostać rozszerzony o dostawy do krajów członkowskich NATO. John Barber z Timet wskazuje, że przykłady sprzętu wojskowego, w którym w swojej konstrukcji zastosowano znaczne ilości tytanu, obejmują czołg Abrams i pojazd bojowy Bradley. Od dwóch lat realizowany jest wspólny program NATO, Stanów Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii mający na celu intensyfikację wykorzystania tytanu w broni i systemach obronnych. Jak już nie raz zauważono, tytan bardzo dobrze nadaje się do zastosowania w przemyśle motoryzacyjnym, jednak udział tego kierunku jest dość skromny – około 1 całkowitej objętości zużywanego tytanu, czyli 500 ton rocznie, według włoskiego firma Poggipolini, producent komponentów i części tytanowych do motocykli Formuły 1 i wyścigowych. Szef działu badawczo-rozwojowego tej firmy, Daniele Stoppolini, uważa, że ​​obecne zapotrzebowanie na tytan w tym segmencie rynku kształtuje się na poziomie 500 ton, przy masowym wykorzystaniu tego materiału w konstrukcjach zaworów, sprężyn, wydechów ton, wałów napędowych, śrub, potencjalnie może wzrosnąć do poziomu prawie nie 16 tys. ton rocznie. Dodał, że jego firma dopiero zaczyna rozwijać zautomatyzowaną produkcję śrub tytanowych w celu obniżenia kosztów produkcji. Jego zdaniem czynnikami ograniczającymi, dzięki którym zastosowanie tytanu nie wzrosło znacząco w przemyśle motoryzacyjnym, jest nieprzewidywalność popytu i niepewność w zakresie dostaw surowców. Jednocześnie w przemyśle motoryzacyjnym pozostaje duża potencjalna nisza dla tytanu, który łączy w sobie optymalną masę i właściwości wytrzymałościowe dla sprężyn śrubowych i układów wydechowych. Niestety na rynku amerykańskim powszechne zastosowanie tytanu w tych układach zaznacza jedynie dość ekskluzywny półsportowy model Chevrolet Corvette Z06, który w żadnym wypadku nie może pretendować do miana samochodu produkowanego masowo. Jednakże ze względu na ciągłe wyzwania związane z oszczędnością paliwa i odpornością na korozję perspektywy dla tytanu w tym obszarze pozostają. W celu zatwierdzenia na rynkach pozalotniczych i wojskowych, niedawno utworzono w jej imieniu spółkę joint venture UNITI, będącą grą słów jedność – jedność i Ti – oznaczenie tytanu w układzie okresowym jako część wiodącego na świecie tytanu producenci – amerykański Allegheny Technologies i rosyjski VSMPO-Avisma. Jak powiedział prezes nowej spółki, Karl Moulton, rynki te zostały celowo wykluczone – chcemy, aby nowa firma stała się wiodącym dostawcą dla branż wykorzystujących części i zespoły tytanowe, przede wszystkim petrochemicznej i energetycznej. Ponadto zamierzamy aktywnie działać na rynku w obszarach urządzeń odsalających, pojazdów, produktów konsumenckich i elektroniki. Wierzę, że nasze zaplecze produkcyjne dobrze się uzupełnia - VSMPO ma wybitne możliwości produkcyjne produkty końcowe, Allegheny ma doskonałą tradycję w produkcji tytanu walcowanego na zimno i na gorąco. Oczekuje się, że produkty UNITI będą miały udział w światowym rynku tytanu na poziomie 45 milionów funtów, czyli około 20 411 ton. Rynek sprzętu medycznego można uznać za rynek stale rozwijający się – według angielskiej grupy Titanium International Group roczna zawartość tytanu na całym świecie w różnych implantach i protezach wynosi około 1000 ton, a liczba ta będzie wzrastać wraz ze wzrostem możliwości chirurgii zastępczej stawy ludzkie po wypadkach lub urazach Oprócz oczywistych zalet, takich jak elastyczność, wytrzymałość i lekkość, tytan jest wysoce kompatybilny z organizmem w sensie biologicznym ze względu na brak korozji tkanek i płynów w organizmie człowieka. W stomatologii gwałtownie rośnie również wykorzystanie protez i implantów – według Amerykańskiego Towarzystwa Stomatologicznego potroiło się w ciągu ostatnich dziesięciu lat, głównie ze względu na właściwości tytanu. Choć zastosowanie tytanu w architekturze sięga ponad 25 lat, jego powszechne zastosowanie w tym obszarze rozpoczęło się dopiero w ostatnich latach. Rozbudowa lotniska w Abu Zabi w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, której zakończenie zaplanowano na 2006 r., pochłonie do 1,5 miliona funtów z około 680 ton tytanu. Planowanych jest realizacja całkiem sporo różnych projektów architektonicznych i budowlanych z wykorzystaniem tytanu nie tylko w kraje rozwinięte USA, Kanada, Wielka Brytania, Niemcy, Szwajcaria, Belgia, Singapur, ale także w Egipcie i Peru.


Segment rynku dóbr konsumpcyjnych jest obecnie najszybciej rozwijającym się segmentem rynku tytanu. O ile jeszcze 10 lat temu segment ten stanowił jedynie 1-2 rynek tytanu, dziś urósł do 8-10 rynku. Ogólnie rzecz biorąc, zużycie tytanu w produktach konsumenckich wzrosło w przybliżeniu dwukrotnie szybciej niż cały rynek tytanu. Zastosowanie tytanu w sporcie jest najbardziej długoterminowe i zajmuje największy udział w wykorzystaniu tytanu w sporcie dobra konsumpcyjne . Powód popularności tytanu w sprzęcie sportowym jest prosty – pozwala osiągnąć stosunek masy do wytrzymałości lepszy niż jakikolwiek inny metal. Stosowanie tytanu w rowerach rozpoczęło się około 25-30 lat temu i było to pierwsze zastosowanie tytanu w sprzęcie sportowym. Zastosowane główne rury to stop Ti3Al-2,5V ASTM klasy 9. Inne części wykonane ze stopów tytanu obejmują hamulce, koła zębate i sprężyny siedziska. Zastosowanie tytanu w produkcji kijów golfowych po raz pierwszy rozpoczęło się pod koniec lat 80. i na początku lat 90. przez producentów klubów w Japonii. Do lat 1994-1995 takie zastosowanie tytanu było praktycznie nieznane w Stanach Zjednoczonych i Europie. Zmieniło się to, gdy Callaway wprowadził tytanowy miotacz Ruger Titanium o nazwie Great Big Bertha. Dzięki oczywistym korzyściom i dzięki przemyślanemu marketingowi Callaway kluby tytanowe błyskawicznie zyskały ogromną popularność. W krótkim czasie kije tytanowe przestały być ekskluzywnym i drogim sprzętem małej grupy golfistów, stały się szeroko stosowane przez większość golfistów, a jednocześnie są droższe od kijów stalowych. Chciałbym przytoczyć główne, moim zdaniem, trendy w rozwoju rynku golfowego; w krótkim okresie 4-5 lat przeszedł on od produkcji high-tech do produkcji masowej, podążając ścieżką innych branż o dużej sile roboczej. koszty, takie jak produkcja odzieży, zabawek i elektroniki użytkowej, produkcja kijów golfowych trafiła najpierw do krajów z najtańszą siłą roboczą na Tajwan, potem do Chin, a obecnie buduje się fabryki w krajach z jeszcze tańszą siłą roboczą, takich jak Wietnam i Tytan tajski jest zdecydowanie używany przez kierowców, gdzie jego doskonałe właściwości zapewniają wyraźną przewagę i uzasadniają wyższą cenę. Jednakże tytan nie znalazł jeszcze szerokiego zastosowania w kolejnych klubach, ponieważ znacznemu wzrostowi kosztów nie towarzyszyła odpowiednia poprawa gry. Obecnie przetworniki są produkowane głównie z kutą powierzchnią uderzającą, kutą lub odlewaną górną częścią odlane dno W ostatnim czasie Stowarzyszenie Profesjonalnego Golfa ROA pozwoliło na podwyższenie górnej granicy tzw. współczynnika zwrotności, w związku z czym wszyscy producenci kijów będą starali się zwiększyć właściwości sprężyste powierzchni uderzającej. Aby to zrobić, należy zmniejszyć grubość powierzchni uderzenia i zastosować do niej mocniejsze stopy, takie jak SP700, 15-3-3-3 i VT-23. Przyjrzyjmy się teraz zastosowaniu tytanu i jego stopów w innym sprzęcie sportowym. Rury do rowerów wyścigowych i innych części wykonane są ze stopu Ti3Al-2,5V ASTM Grade 9. Do produkcji noży nurkowych wykorzystuje się zaskakująco dużą ilość blachy tytanowej. Większość producentów stosuje stop Ti6Al-4V, jednak stop ten nie zapewnia trwałości krawędzi innych mocniejszych stopów. Niektórzy producenci przechodzą na stosowanie stopu VT23.


Cena detaliczna tytanowych noży do nurkowania wynosi około 70–80 dolarów. Odlewane podkowy z tytanu zapewniają znaczną redukcję masy w porównaniu ze stalą, jednocześnie zapewniając niezbędną wytrzymałość. Niestety, to zastosowanie tytanu nie przyniosło skutku, ponieważ tytanowe podkowy iskrzyły i płoszyły konie. Niewielu zgodzi się na użycie tytanowych podków po pierwszych nieudanych doświadczeniach. Firma Titanium Beach z siedzibą w Newport Beach w Kalifornii Newport Beach w Kalifornii opracowała ostrza do łyżew wykonane ze stopu Ti6Al-4V. Niestety, ponownie problemem jest trwałość krawędzi ostrza. Myślę, że ten produkt ma szansę przetrwać, jeśli producenci zastosują mocniejsze stopy takie jak 15-3-3-3 czy VT-23. Tytan jest bardzo szeroko stosowany w alpinizmie i pieszych wędrówkach, do prawie wszystkich przedmiotów, które wspinacze i wędrowcy noszą w plecakach, butelki, kubki, cena detaliczna 20-30 dolarów, zestawy kuchenne, cena detaliczna około 50 dolarów, zastawa stołowa, głównie wykonana z komercyjnego czystego tytanu klasy 1 oraz 2. Inne przykłady sprzętu alpinistycznego i turystycznego to kuchenki kompaktowe, maszty i uchwyty do namiotów, czekany i śruby lodowe. Producenci broni rozpoczęli niedawno produkcję pistoletów tytanowych zarówno do strzelectwa sportowego, jak i do użytku przez organy ścigania.

Elektronika użytkowa to dość nowy i szybko rozwijający się rynek tytanu. W wielu przypadkach zastosowanie tytanu w elektroniki użytkowej spowodowane nie tylko doskonałymi właściwościami, ale także atrakcyjnym wyglądem produktów. Komercyjnie czysty tytan klasy 1 jest używany do produkcji obudów do laptopów, telefonów komórkowych, telewizorów plazmowych z płaskim ekranem i innego sprzętu elektronicznego. Zastosowanie tytanu w produkcji głośników zapewnia lepsze właściwości akustyczne ze względu na lekkość tytanu w porównaniu do stali, co skutkuje zwiększoną wrażliwością akustyczną. Zegarki tytanowe, wprowadzone na rynek po raz pierwszy przez japońskich producentów, są obecnie jednymi z najtańszych i najbardziej rozpoznawalnych konsumenckich produktów tytanowych. Światowe zużycie tytanu do produkcji tradycyjnej i tzw. biżuterii ciała mierzone jest w kilkudziesięciu tonach. Coraz częściej można spotkać tytanowe obrączki ślubne, no i oczywiście osoby noszące biżuterię na ciele są po prostu zobowiązane do stosowania tytanu. Tytan jest szeroko stosowany w produkcji elementów złącznych i armatury morskiej, gdzie bardzo ważne jest połączenie wysokiej odporności na korozję i wytrzymałości. Atlas Ti z siedzibą w Los Angeles produkuje szeroką gamę tych produktów ze stopu VTZ-1. Zastosowanie tytanu do produkcji narzędzi po raz pierwszy zaczęto stosować w Związku Radzieckim na początku lat 80., kiedy na zlecenie rządu wyprodukowano lekkie i wygodne narzędzia ułatwiające pracę pracownikom. Radziecki gigant produkcji tytanu Zakład Obróbki Metali Wierchnie-Saldinskoje Stowarzyszenie Produkcyjne Produkowano wówczas łopaty tytanowe, ściągacze do gwoździ, łomy, topory i klucze.


Później japoński i Producenci amerykańscy Tools zaczęło używać tytanu w swoich produktach. Niedawno VSMPO zawarło umowę z Boeingiem na dostawę płyt tytanowych. Kontrakt ten niewątpliwie miał bardzo korzystny wpływ na rozwój produkcji tytanu w Rosji. Tytan jest szeroko stosowany w medycynie od wielu lat. Zaletami są wytrzymałość, odporność na korozję, a co najważniejsze, niektórzy ludzie są uczuleni na nikiel, niezbędny składnik stali nierdzewnych, podczas gdy nikt nie jest uczulony na tytan. Stosowanymi stopami są handlowo czysty tytan i Ti6-4Eli. Tytan wykorzystywany jest do produkcji narzędzi chirurgicznych, protez wewnętrznych i zewnętrznych, w tym tak krytycznych jak zastawka serca. Kule i wózki inwalidzkie wykonane są z tytanu. Początki zastosowania tytanu w sztuce sięgają 1967 roku, kiedy w Moskwie wzniesiono pierwszy tytanowy pomnik.

Obecnie na niemal wszystkich kontynentach wzniesiono znaczną liczbę tytanowych pomników i budynków, w tym tak znane, jak Muzeum Guggenheima, zbudowane przez architekta Franka Gehry'ego w Bilbao. Materiał jest bardzo popularny wśród artystów ze względu na kolor, wygląd, wytrzymałość i odporność na korozję. Z tych powodów tytan jest stosowany w pamiątkach i biżuterii, gdzie skutecznie konkuruje z metalami szlachetnymi, takimi jak srebro, a nawet złoto. Jak już wspomniano w jednej z publikacji na temat tytanu, jedną z głównych przyczyn powstrzymujących przełom tytanu w szerokim zakresie rynkach jest jego wysoki koszt. Jak zauważa Martin Proko z RTi, w USA Średnia cena gąbka tytanowa kosztuje 3,80 za funt, w Rosji 3,20 za funt. Ponadto cena metalu jest w dużym stopniu uzależniona od cykliczności komercyjnego przemysłu lotniczego. Rozwój wielu projektów mógłby gwałtownie przyspieszyć, gdyby udało się znaleźć sposoby na obniżenie kosztów produkcji i przetwarzania tytanu, technologii przetwarzania złomu i wytapiania, zauważa Markus Holz, dyrektor zarządzający niemieckiego Deutshe Titan. Przedstawiciel British Titanium zgadza się, że ekspansję wyrobów tytanowych utrudniają wysokie koszty produkcji i należy wprowadzić wiele ulepszeń, zanim tytan będzie mógł zostać wprowadzony do masowej produkcji. nowoczesne technologie.


Jednym z kroków w tym kierunku jest opracowanie tzw. procesu FFC, czyli nowego procesu elektrolitycznego wytwarzania tytanu metalicznego i jego stopów, którego koszt jest znacznie niższy. Według Daniele Stoppoliniego ogólna strategia w branży tytanu wymaga opracowania najodpowiedniejszych stopów, technologii produkcji dla każdego nowego rynku i zastosowania tytanu.

Źródła

Wikipedia – wolna encyklopedia, WikiPedia

metotech.ru - Metotechnika

housetop.ru - Dom na szczycie

atomsteel.com – Technologia atomowa

domremstroy.ru - DomRemStroy

Tytan (łac. Tytan; oznaczony symbolem Ti) to pierwiastek drugiej podgrupy czwartej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych, o liczbie atomowej 22. Prosta substancja tytan (numer CAS: 7440- 32-6) to metal lekki o srebrzystobiałej barwie.

Fabuła

Odkrycia TiO 2 dokonali niemal jednocześnie i niezależnie od siebie Anglik W. Gregor i niemiecki chemik M. G. Klaproth. W. Gregor badając skład magnetycznego piasku żelazistego (Creed, Cornwall, Anglia, 1789) wyodrębnił nową „ziemię” (tlenek) nieznanego metalu, który nazwał menaken. W 1795 roku niemiecki chemik Klaproth odkrył nowy pierwiastek w mineralnym rutylu i nazwał go tytanem. Dwa lata później Klaproth ustalił, że rutyl i ziemia menakenowa są tlenkami tego samego pierwiastka, co dało podstawę do zaproponowanej przez Klaprotha nazwy „tytan”. Dziesięć lat później po raz trzeci odkryto tytan. Francuski naukowiec L. Vauquelin odkrył tytan w anatazie i udowodnił, że rutyl i anataz to identyczne tlenki tytanu.
Pierwszą próbkę tytanu metalicznego uzyskał w 1825 r. J. Ya. Ze względu na dużą aktywność chemiczną tytanu i trudność jego oczyszczenia, czystą próbkę Ti uzyskali Holendrzy A. van Arkel i I. de Boer w 1925 roku w wyniku termicznego rozkładu par jodku tytanu TiI 4 .

pochodzenie imienia

Metal otrzymał swoją nazwę na cześć Tytanów, postaci ze starożytnej mitologii greckiej, dzieci Gai. Nazwę pierwiastka nadał Martin Klaproth, zgodnie ze swoimi poglądami na nomenklaturę chemiczną, w przeciwieństwie do francuskiej szkoły chemicznej, gdzie próbowano nazwać pierwiastek po jego właściwości chemiczne. Ponieważ sam niemiecki badacz zauważył niemożność określenia właściwości nowego pierwiastka jedynie na podstawie jego tlenku, wybrał dla niego nazwę z mitologii, analogicznie do odkrytego wcześniej uranu.
Jednak według innej wersji, opublikowanej w czasopiśmie „Technology-Youth” pod koniec lat 80. XX wieku, nowo odkryty metal zawdzięcza swoją nazwę nie potężnym tytanom ze starożytnych mitów greckich, ale Tytanii, królowej wróżek z mitologii germańskiej ( żona Oberona w „Śnie nocy letniej” Szekspira). Nazwa ta związana jest z niezwykłą „lekkością” (niską gęstością) metalu.

Paragon

Z reguły materiałem wyjściowym do produkcji tytanu i jego związków jest dwutlenek tytanu ze stosunkowo niewielką ilością zanieczyszczeń. W szczególności może to być koncentrat rutylu otrzymywany ze wzbogacania rud tytanu. Jednakże zasoby rutylu na świecie są bardzo ograniczone i coraz częściej stosuje się tzw. żużel rutylowy syntetyczny lub tytanowy, otrzymywany z przerobu koncentratów ilmenitowych. Aby otrzymać żużel tytanowy, koncentrat ilmenitu redukuje się w elektrycznym piecu łukowym, żelazo oddziela się na fazę metaliczną (żeliwo), a niezredukowane tlenki tytanu i zanieczyszczenia tworzą fazę żużlową. Żużel bogaty przerabia się metodą chlorkową lub kwasowo-siarkową.
Koncentrat rudy tytanu poddawany jest obróbce kwasem siarkowym lub pirometalurgii. Produktem obróbki kwasem siarkowym jest proszek dwutlenku tytanu TiO2. Metodą pirometalurgiczną rudę spieka się z koksem i poddaje działaniu chloru, w wyniku czego powstają pary tetrachlorku tytanu TiCl 4:
TiO2 + 2C + 2Cl2 = TiCl2 + 2CO

Powstałe pary TiCl 4 są redukowane magnezem w temperaturze 850 °C:
TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti

Powstałą „gąbkę” tytanową topi się i oczyszcza. Tytan rafinuje się metodą jodkową lub elektrolizą, oddzielając Ti od TiCl 4 . Aby uzyskać wlewki tytanowe, stosuje się obróbkę łukową, wiązką elektronów lub plazmą.

Właściwości fizyczne

Tytan to lekki srebrzystobiały metal. Występuje w dwóch odmianach krystalicznych: α-Ti z sześciokątną, gęsto upakowaną siatką, β-Ti z sześciennym upakowaniem skupionym na ciele, temperatura transformacji polimorficznej α↔β wynosi 883 °C.
Ma dużą lepkość i podczas obróbki ma skłonność do przyklejania się do narzędzia skrawającego, dlatego wymaga nanoszenia na narzędzie specjalnych powłok i różnych smarów.
W zwykłych temperaturach pokrywa się ochronną, pasywacyjną warstwą tlenku TiO 2, dzięki czemu jest odporny na korozję w większości środowisk (z wyjątkiem zasadowych).
Pył tytanowy ma tendencję do eksplozji. Temperatura zapłonu 400°C. Wióry tytanowe są niebezpieczne dla ognia.

Tytan zajmuje 4. miejsce pod względem dystrybucji w produkcji, jednak skuteczna technologia jego ekstrakcji została opracowana dopiero w latach 40. ubiegłego wieku. Jest metalem o srebrzystym kolorze, charakteryzującym się niskim ciężarem właściwym i unikalnymi właściwościami. Aby przeanalizować stopień rozpowszechnienia w przemyśle i innych dziedzinach, konieczne jest ogłoszenie właściwości tytanu i obszarów zastosowań jego stopów.

Główna charakterystyka

Metal ma niski ciężar właściwy - tylko 4,5 g/cm3. Właściwości antykorozyjne wynikają z trwałej warstwy tlenku utworzonej na powierzchni. Dzięki tej jakości tytan nie zmienia swoich właściwości pod wpływem długotrwałego przechowywania w wodzie lub kwasie solnym. Nie ma żadnych obszarów uszkodzonych na skutek naprężeń, co jest głównym problemem w przypadku stali.

W czystej postaci tytan ma następujące właściwości i właściwości:

  • nominalna temperatura topnienia - 1660°C;
  • wrze pod wpływem ciepła o temperaturze +3 227°C;
  • wytrzymałość na rozciąganie – do 450 MPa;
  • charakteryzuje się niskim wskaźnikiem elastyczności - do 110,25 GPa;
  • w skali HB twardość wynosi 103;
  • granica plastyczności jest jedną z najbardziej optymalnych wśród metali - do 380 MPa;
  • przewodność cieplna czystego tytanu bez dodatków – 16,791 W/m*C;
  • minimalny współczynnik rozszerzalności cieplnej;
  • ten element jest paramagnetykiem.

Dla porównania wytrzymałość tego materiału jest 2 razy większa niż czystego żelaza i 4 razy większa niż aluminium. Tytan ma również dwie fazy polimorficzne - niską temperaturę i wysoką temperaturę.

Czysty tytan nie jest wykorzystywany na potrzeby produkcyjne ze względu na jego wysoki koszt i wymagania cechy użytkowe. Aby zwiększyć sztywność, do kompozycji dodaje się tlenki, hybrydy i azotki. Mniej powszechna jest zmiana właściwości materiału w celu poprawy odporności na korozję. Główne rodzaje dodatków do produkcji stopów: stal, nikiel, aluminium. W niektórych przypadkach pełni funkcję dodatkowego elementu.

Obszary zastosowań

Tytan ze względu na niski ciężar właściwy i parametry wytrzymałościowe znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Jest stosowany jako główny materiał konstrukcyjny w czystej postaci. W szczególnych przypadkach tańsze stopy wytwarza się poprzez zmniejszenie odporności cieplnej. Jednocześnie jego odporność na korozję i wytrzymałość mechaniczna pozostają niezmienione.

Ponadto materiał z dodatkami tytanu znalazł zastosowanie w następujących obszarach:

  • Przemysł chemiczny. Jego odporność na prawie wszystkie agresywne środowiska, z wyjątkiem kwasów organicznych, umożliwia produkcję skomplikowany sprzęt z dobrą, bezobsługową żywotnością.
  • Produkcja pojazdów. Powodem jest niski ciężar właściwy i wytrzymałość mechaniczna. Wykonuje się z niego ramy lub elementy nośne konstrukcji.
  • Medycyna. Do celów specjalnych stosuje się specjalny stop nitinol (tytan i nikiel). Jego charakterystyczną właściwością jest pamięć kształtu. Aby zmniejszyć obciążenie pacjentów i zminimalizować prawdopodobieństwo negatywnych skutków dla organizmu, wiele szyn medycznych i podobnych wyrobów wykonanych jest z tytanu.
  • W przemyśle metal wykorzystywany jest do produkcji obudów i poszczególnych elementów wyposażenia.
  • Biżuteria tytanowa ma niepowtarzalny wygląd i właściwości.

W większości przypadków materiał jest przetwarzany w fabryce. Istnieje jednak wiele wyjątków – znajomość właściwości tego materiału jest częścią pracy nad zmianą wygląd Produkt i jego właściwości można wykonać w domowym warsztacie.

Funkcje przetwarzania

Aby nadać produktowi pożądany kształt, konieczne jest użycie specjalnego sprzętu - tokarki i frezarki. Ręczne cięcie lub frezowanie tytanu nie jest możliwe ze względu na jego twardość. Oprócz wyboru mocy i innych cech sprzętu, należy wybrać odpowiednie narzędzia skrawające: frezy, frezy, rozwiertaki, wiertła itp.

Pod uwagę brane są następujące niuanse:

  • Opiłki tytanu są wysoce łatwopalne. Konieczne jest wymuszone chłodzenie powierzchni części i praca przy minimalnych prędkościach.
  • Gięcie produktu odbywa się dopiero po podgrzaniu powierzchni. W przeciwnym razie istnieje duże prawdopodobieństwo pojawienia się pęknięć.
  • Spawalniczy. Należy przestrzegać specjalnych warunków.

Tytan to wyjątkowy materiał o dobrych właściwościach użytkowych i technicznych. Ale aby go przetworzyć, musisz znać specyfikę technologii i, co najważniejsze, środki ostrożności.

DEFINICJA

Tytan- dwudziesty drugi element układu okresowego. Oznaczenie - Ti od łacińskiego „tytanu”. Znajduje się w czwartym okresie, grupa IVB. Odnosi się do metali. Ładunek jądrowy wynosi 22.

Tytan występuje bardzo powszechnie w przyrodzie; Zawartość tytanu w skorupie ziemskiej wynosi 0,6% (wag.), tj. wyższa od zawartości metali powszechnie stosowanych w technologii, takich jak miedź, ołów i cynk.

W postaci prostej substancji tytan jest srebrzystobiałym metalem (ryc. 1). Odnosi się do metali lekkich. Oporny. Gęstość - 4,50 g/cm3. Temperatury topnienia i wrzenia wynoszą odpowiednio 1668 o C i 3330 o C. Jest odporny na korozję w powietrzu w zwykłych temperaturach, co tłumaczy się obecnością na jego powierzchni warstwy ochronnej z kompozycji TiO2.

Ryż. 1. Tytan. Wygląd.

Masa atomowa i cząsteczkowa tytanu

Względna masa cząsteczkowa substancji(M r) to liczba pokazująca, ile razy masa danej cząsteczki jest większa od 1/12 masy atomu węgla, oraz względna masa atomowa pierwiastka(A r) - ile razy średnia masa atomów pierwiastka chemicznego jest większa niż 1/12 masy atomu węgla.

Ponieważ w stanie wolnym tytan występuje w postaci jednoatomowych cząsteczek Ti, wartości jego mas atomowych i cząsteczkowych pokrywają się. Są one równe 47,867.

Izotopy tytanu

Wiadomo, że w naturze tytan występuje w postaci pięciu stabilnych izotopów 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti i 50 Ti. Ich liczby masowe wynoszą odpowiednio 46, 47, 48, 49 i 50. Jądro atomu izotopu tytanu 46 Ti zawiera dwadzieścia dwa protony i dwadzieścia cztery neutrony, a pozostałe izotopy różnią się od niego jedynie liczbą neutronów.

Istnieją sztuczne izotopy tytanu o liczbach masowych od 38 do 64, spośród których najbardziej stabilny jest 44 Ti z okresem półtrwania wynoszącym 60 lat, a także dwa izotopy jądrowe.

Jony tytanu

Na zewnętrznym poziomie energii atomu tytanu znajdują się cztery elektrony, które są wartościowością:

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

W wyniku interakcji chemicznej tytan oddaje swoje elektrony walencyjne, tj. jest ich dawcą i zamienia się w dodatnio naładowany jon:

Ti 0-2e → Ti 2+ ;

Ti 0 -3e → Ti 3+ ;

Ti 0 -4e → Ti 4+ .

Cząsteczka i atom tytanu

W stanie wolnym tytan występuje w postaci jednoatomowych cząsteczek Ti. Oto niektóre właściwości charakteryzujące atom i cząsteczkę tytanu:

Stopy tytanu

Główną właściwością tytanu, która przyczynia się do jego szerokiego zastosowania w nowoczesnych technologiach, jest wysoka odporność cieplna zarówno samego tytanu, jak i jego stopów z aluminium i innymi metalami. Dodatkowo stopy te są żaroodporne – odporne na zachowanie wysokich właściwości mechanicznych w podwyższonych temperaturach. Wszystko to sprawia, że ​​stopy tytanu są bardzo cennymi materiałami do produkcji samolotów i rakiet.

W wysokich temperaturach tytan łączy się z halogenami, tlenem, siarką, azotem i innymi pierwiastkami. Stanowi to podstawę do stosowania stopów tytanu i żelaza (ferrotytanu) jako dodatku do stali.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

PRZYKŁAD 2

Ćwiczenia Oblicz ilość ciepła wydzielonego podczas redukcji chlorku tytanu(IV) o masie 47,5 g magnezem. Równanie termochemiczne reakcji ma następującą postać:
Rozwiązanie Zapiszmy jeszcze raz termochemiczne równanie reakcji:

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

Zgodnie z równaniem reakcji wprowadzono do niego 1 mol chlorku tytanu (IV) i 2 mole magnezu. Obliczmy masę chlorku tytanu (IV) korzystając z równania, tj. masa teoretyczna (masa molowa - 190 g/mol):

m teor (TiCl 4) = n (TiCl 4) × M (TiCl 4);

m teor (TiCl 4) = 1 × 190 = 190 g.

Zróbmy proporcję:

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

Wówczas ilość ciepła wydzielonego podczas redukcji chlorku tytanu (IV) magnezem jest równa:

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

Qprac = 477 × 47,5/ 190 = 119,25 kJ.
Odpowiedź Ilość ciepła wynosi 119,25 kJ.