Materjali titaan omadused. Üldised omadused. Avastamise ajalugu. Titaani avastamise ajalugu

Titaani nimetas algselt "gregoriidiks" Briti keemik, reverend William Gregor, kes avastas selle 1791. aastal. Seejärel avastas titaani iseseisvalt 1793. aastal saksa keemik M. H. Klaproth. Ta nimetas selle titaaniks kreeka mütoloogia titaanide järgi - "loomuliku jõu kehastus". Alles 1797. aastal avastas Klaproth, et tema titaan on Gregori poolt varem avastatud element.

Omadused ja omadused

Titaan on keemiline element sümboliga Ti ja aatomnumbriga 22. See on hõbedase värvusega, madala tihedusega ja suure tugevusega läikiv metall. See on merevees ja klooris korrosioonikindel.

Element ilmneb mitmetes maapõues ja litosfääris laialt levinud maavaramaardlates, peamiselt rutiilis ja ilmeniidis.

Titaani kasutatakse tugevate kergsulamite tootmiseks. Metalli kaks kõige kasulikumat omadust on korrosioonikindlus ja selle kõvaduse ja tiheduse suhe, mis on metallielementidest kõrgeim. Legeerimata olekus on see metall sama tugev kui mõned terased, kuid vähem tihe.

Metalli füüsikalised omadused

See on vastupidav metall madala tihedusega, üsna plastiline (eriti hapnikuvabas keskkonnas), läikiv ja metalloidne valge. Selle suhteliselt kõrge sulamistemperatuur üle 1650 °C (või 3000 °F) muudab selle kasulikuks tulekindla metallina. See on paramagnetiline ning sellel on üsna madal elektri- ja soojusjuhtivus.

Mohsi skaalal on titaani kõvadus 6. Selle näitaja järgi jääb see veidi alla karastatud terasele ja volframile.

Kaubanduslikult puhta (99,2%) titaani tõmbetugevus on umbes 434 MPa, mis on sarnane tavaliste madala kvaliteediga terasesulamitega, kuid titaan on palju kergem.

Titaani keemilised omadused

Nagu alumiinium ja magneesium, oksüdeeruvad ka titaan ja selle sulamid õhuga kokkupuutel koheselt. See reageerib ümbritseva õhu temperatuuril aeglaselt vee ja õhuga, sest see moodustab passiivse oksiidkatte, mis kaitseb puistemetalli edasise oksüdeerumise eest.

Atmosfääri passiveerimine annab titaanile suurepärase korrosioonikindluse, mis on peaaegu samaväärne plaatinaga. Titaan on võimeline vastu pidama lahjendatud väävel- ja vesinikkloriidhappe, kloriidilahuste ja enamiku orgaaniliste hapete rünnakutele.

Titaan on üks väheseid elemente, mis põleb puhtas lämmastikus, reageerides temperatuuril 800 °C (1470 °F), moodustades titaannitriidi. Tänu nende kõrgele reageerimisvõimele hapniku, lämmastiku ja mõnede muude gaasidega kasutatakse titaanfilamente titaanisublimatsioonipumpades nende gaaside absorbeerijatena. Need pumbad on odavad ja toodavad ülikõrge vaakumsüsteemides usaldusväärselt ülimadalat rõhku.

Levinud titaani sisaldavad mineraalid on anataas, brookiit, ilmeniit, perovskiit, rutiil ja titaniit (sfeen). Nendest mineraalidest ainult rutiil ja ilmeniidil on majanduslik tähtsus, kuid isegi neid on suurtes kontsentratsioonides raske leida.

Titaani leidub meteoriitides ja seda on leitud Päikesest ja M-tüüpi tähtedest, mille pinnatemperatuur on 3200 °C (5790 °F).

Praegu tuntud meetodid titaani ekstraheerimiseks erinevatest maakidest on töömahukad ja kallid.

Tootmine ja valmistamine

Praegu on välja töötatud ja kasutatud umbes 50 klassi titaani ja titaanisulameid. Tänapäeval tunnustatakse 31 titaanmetalli ja -sulamite klassi, millest klassid 1–4 on kaubanduslikult puhtad (legeerimata). Need erinevad tõmbetugevuse poolest sõltuvalt hapnikusisaldusest, kusjuures klass 1 on kõige plastilisem (madalaim tõmbetugevus 0,18% hapnikuga) ja klass 4 kõige vähem plastiline (kõrgeim tõmbetugevus 0,40% hapnikuga).

Ülejäänud klassid on sulamid, millest igaühel on spetsiifilised omadused:

plastist;
tugevus;
kõvadus;
elektritakistus;
erikorrosioonikindlus ja nende kombinatsioonid.

Lisaks nendele spetsifikatsioonidele toodetakse titaanisulameid ka nii, et need vastaksid kosmosetööstusele ja sõjavarustust(SAE-AMS, MIL-T), ISO standardid ja riigipõhised spetsifikatsioonid ning lõppkasutaja nõuded kosmose-, sõja-, meditsiini- ja tööstuslike rakenduste jaoks.

Kaubanduslikult puhast lamedat toodet (leht, plaat) saab hõlpsasti vormida, kuid töötlemisel tuleb arvestada sellega, et metallil on "mälu" ja kalduvus tagasi põrkuda. See kehtib eriti mõne ülitugeva sulami kohta.

Titaani kasutatakse sageli sulamite valmistamiseks:

alumiiniumiga;
vanaadiumiga;
vasega (karastamiseks);
rauaga;
mangaaniga;
molübdeeni ja teiste metallidega.

Kasutusvaldkonnad

Leht-, plaadi-, varda-, traadi- ja valuvormis titaanisulamid leiavad rakendust tööstus-, kosmose-, vabaaja- ja arenevatel turgudel. Titaanipulbrit kasutatakse pürotehnikas eredate põlevate osakeste allikana.

Kuna titaanisulamitel on kõrge tõmbetugevuse ja tiheduse suhe, kõrge korrosioonikindlus, väsimuskindlus, kõrge pragunemiskindlus ja võime taluda mõõdukalt kõrgeid temperatuure, kasutatakse neid lennukites, soomustes, merelaevad, kosmoselaevad ja raketid.

Nende rakenduste jaoks legeeritakse titaan alumiiniumi, tsirkooniumi, nikli, vanaadiumi ja muude elementidega, et toota erinevaid komponente, sealhulgas kriitilisi konstruktsioonielemente, tulemüüre, telikuid, väljalasketorusid (helikopterid) ja hüdrosüsteemid. Tegelikult kasutatakse umbes kaks kolmandikku toodetud titaanmetallist lennukite mootorites ja raamides.

Kuna titaanisulamid on merevee korrosioonikindlad, kasutatakse neid sõukruvide võllide, soojusvaheti taglase jms jaoks. Neid sulameid kasutatakse teaduse ja sõjaväe jaoks mõeldud ookeaniseire- ja seireseadmete korpustes ja komponentides.

Konkreetseid sulameid kasutatakse puuraukudes ja naftakaevud ja nikli hüdrometallurgia nende suure tugevuse tõttu. Tselluloosi- ja paberitööstus kasutab titaani tehnoloogilised seadmed kokku puutuda söövitava keskkonnaga, nagu naatriumhüpoklorit või märg kloorgaas (pleegitamisel). Muud rakendused hõlmavad ultraheli keevitamist, lainejootmist.

Lisaks kasutatakse neid sulameid autotööstuses, eriti auto- ja mootorrataste võidusõidus, kus väike kaal, suur tugevus ja jäikus on olulised.

Titaani kasutatakse paljudes spordikaupades: tennisereketid, golfikepid, lakrossi šahtid; kriketi-, hoki-, lakrossi- ja jalgpallikiivrid, samuti jalgrattaraamid ja komponendid.

Tänu oma vastupidavusele on titaan muutunud populaarsemaks disainerehete (eriti titaanist sõrmuste) jaoks. Selle inertsus muudab selle hea valiku allergikutele või neile, kes kannavad ehteid keskkonnas, näiteks basseinis. Titaani legeeritakse ka kullaga, et saada sulam, mida saab müüa 24-karaadise kullana, sest 1% Ti sulamist ei piisa madalama kvaliteediklassi nõudmiseks. Saadud sulam on ligikaudu 14-karaadise kulla kõvadusega ja tugevam kui puhas 24-karaadine kuld.

Ettevaatusabinõud

Titaan on mittetoksiline isegi suurtes annustes. Olgu see pulbri või metallist viilu kujul, kujutab see endast tõsist tuleohtu ja õhu käes kuumutamisel plahvatusohtu.

Titaanisulamite omadused ja kasutusalad

Allpool on toodud klassidesse jagatud enimleitud titaanisulamite, nende omaduste, eeliste ja tööstuslike rakenduste ülevaade.

7. klass

7. klass on mehaaniliselt ja füüsiliselt samaväärne 2. klassi puhta titaaniga, välja arvatud vaheelemendi pallaadiumi lisamine, muutes selle sulamiks. Sellel on suurepärane keevitatavus ja elastsus, mis on kõigi seda tüüpi sulamite seas kõige korrosioonikindlam.

Klass 7 on kasutusel keemilised protsessid ja tootmisseadmete komponendid.

11. klass

Klass 11 on väga sarnane klassiga 1, välja arvatud pallaadiumi lisamine korrosioonikindluse parandamiseks, muutes selle sulamiks.

Muud kasulikud omadused hõlmavad optimaalset plastilisust, tugevust, sitkust ja suurepärast keevitatavust. Seda sulamit saab kasutada eriti rakendustes, kus korrosioon on probleemiks:

keemiline töötlemine;
kloraatide tootmine;
magestamine;
mererakendused.

Ti 6Al-4V, klass 5

Ti 6Al-4V sulam või 5. klassi titaan on kõige sagedamini kasutatav. See moodustab 50% kogu titaani tarbimisest maailmas.

Kasutuslihtsus seisneb selle paljudes eelistes. Ti 6Al-4V saab selle tugevuse suurendamiseks kuumtöödelda. Sellel sulamil on kõrge tugevus ja väike kaal.

See on parim sulam kasutamiseks mitmes tööstusharus, nagu kosmose-, meditsiini-, mere- ja keemiatööstus töötlev tööstus. Seda saab kasutada, et luua:

õhusõidukite turbiinid;
mootori komponendid;
õhusõiduki konstruktsioonielemendid;
kosmosesõiduki kinnitusdetailid;
suure jõudlusega automaatsed osad;
spordivarustus.

Ti 6AL-4V ELI, klass 23

Klass 23 - kirurgiline titaan. Ti 6AL-4V ELI sulam ehk klass 23 on Ti 6Al-4V kõrgema puhtusastmega versioon. See võib olla valmistatud rullidest, niitidest, traatidest või lamedast traadist. See parim valik igas olukorras, kus nõutakse suure tugevuse, väikese kaalu, hea korrosioonikindluse ja suure sitkuse kombinatsiooni. Sellel on suurepärane kahjustuskindlus.

Seda saab kasutada biomeditsiinilistes rakendustes, näiteks implanteeritavates komponentides, kuna see on bioühilduv ja hea väsimuskindlus. Seda saab kasutada ka kirurgilistes protseduurides järgmiste struktuuride valmistamiseks:

ortopeedilised tihvtid ja kruvid;
ligatuuriklambrid;
kirurgilised klambrid;
vedrud;
ortodontilised seadmed;
krüogeensed anumad;
luude fikseerimise seadmed.

12. klass

Titaani klass 12 on suurepärase kvaliteetse keevitatavusega. See on ülitugev sulam, mis tagab hea tugevuse kõrgetel temperatuuridel. 12. klassi titaanil on omadused, mis on sarnased 300-seeria roostevaba terasega.

Tänu sellele, et seda saab mitmel viisil kujundada, on see kasulik paljudes rakendustes. Sulami kõrge korrosioonikindlus muudab selle hindamatuks ka tootmisseadmete jaoks. Klassi 12 saab kasutada järgmistes tööstusharudes:

soojusvahetid;
hüdrometallurgilised rakendused;
keemiline tootmine kõrgendatud temperatuuriga;
mere- ja õhukomponendid.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2,5Sn on sulam, mis tagab hea keevitatavuse ja vastupidavuse. Sellel on ka kõrge temperatuuri stabiilsus ja kõrge tugevus.

Ti 5Al-2,5Sn kasutatakse peamiselt lennundussektoris ja ka krüogeensetes rakendustes.

Kõik, mida pead teadma titaani, lisaks kroomi ja volframi kohta

Paljusid huvitab küsimus: mis on maailma kõige kõvem metall? See on titaan. See tahke aine on suurema osa artiklist keskendunud. Teeme natuke tutvust ka selliste kõvade metallidega nagu kroom ja volfram.

9 huvitavaid fakte titaani kohta

1. Selle kohta, miks metall oma nime sai, on mitu versiooni. Üks teooria on see, et ta sai nime titaanide, kartmatute üleloomulike olendite järgi. Teise versiooni kohaselt pärineb nimi haldjate kuninganna Titanialt.
2. Titaani avastas 18. sajandi lõpus saksa ja inglise keemik.
3. Titaani pole selle loomuliku hapruse tõttu pikka aega kasutatud tööstuses.
4. 1925. aasta alguses, pärast mitmeid katseid, said keemikud titaani puhtal kujul.
5. Titaanlaastud on väga tuleohtlikud.
6. See on üks kergemaid metalle.
7. Titaan võib sulada ainult temperatuuril üle 3200 kraadi.
8. Keeb temperatuuril 3300 kraadi.
9. Titaanil on hõbedane värv.

Titaani avastamise ajalugu

Metalli, mida hiljem nimetati titaaniks, avastasid kaks teadlast – inglane William Gregor ja sakslane Martin Gregor Klaproth. Teadlased töötasid paralleelselt ega ristunud üksteisega. Avastuste vahe on 6 aastat.

William Gregor andis oma avastusele nime: manakiin.

Rohkem kui 30 aastat hiljem saadi esimene titaanisulam, mis osutus ülimalt rabedaks ja mida ei saanud kusagil kasutada. Arvatakse, et alles 1925. aastal eraldati puhtal kujul titaan, millest sai üks populaarsemaid metalle tööstuses.

On tõestatud, et Vene teadlasel Kirillovil õnnestus 1875. aastal ekstraheerida puhast titaani. Ta avaldas brošüüri, milles kirjeldas üksikasjalikult tema tööd. Vähetuntud venelase uurimistöö jäi aga tähelepanuta.

Üldteave titaani kohta

Titaanisulamid on mehaanikutele ja inseneridele pääste. Näiteks lennuki kere on valmistatud titaanist. Lennu ajal saavutab see helikiirusest mitu korda suurema kiiruse. Titaanist korpus kuumeneb temperatuurini üle 300 kraadi ja ei sula.

Metall sulgeb "Looduses kõige levinumate metallide" esikümne. Suuri maardlaid on avastatud Lõuna-Aafrikast, Hiinast ja palju titaani Jaapanist, Indiast ja Ukrainast.

Maailma titaanide koguvaru ulatub üle 700 miljoni tonni. Kui tootmismahud jäävad samaks, jätkub titaani veel 150-160 aastaks.

Suurim kõige kõvema metalli tootja maailmas - Vene ettevõte"VSMPO-Avisma", mis rahuldab kolmandiku maailma vajadustest.

Titaani omadused

1. Korrosioonikindlus.
2. Kõrge mehaaniline tugevus.
3. Madal tihedus.

Titaani aatommass on 47,88 amu, keemilise perioodilisuse tabelis on seerianumber 22. Väliselt on see väga sarnane terasele.

Metalli mehaaniline tihedus on 6 korda suurem kui alumiiniumil, 2 korda suurem kui raual. See võib ühineda hapniku, vesiniku, lämmastikuga. Süsinikuga sidudes moodustab metall uskumatult kõvad karbiidid.

Titaani soojusjuhtivus on 4 korda väiksem kui raual ja 13 korda väiksem kui alumiiniumil.

Titaani kaevandamise protsess

Maa sees on palju titaani, kuid selle kaevandamine sügavusest maksab palju raha. Tootmiseks kasutatakse jodiidimeetodit, mille autoriks peetakse Van Arkel de Boeri.

Meetod põhineb metalli võimel ühineda joodiga, pärast selle ühendi lagunemist on võimalik saada puhast titaani, mis ei sisalda võõrlisandeid.

Titaanist valmistatud kõige huvitavamad asjad:

proteesid meditsiinis;
mobiilseadmete tahvlid;
kosmoseuuringute raketisüsteemid;
torustikud, pumbad;
markiisid, karniisid, hoonete välisvooder;
enamik osi (šassii, trimm).

Titaani kasutusvaldkonnad

Titaani kasutatakse aktiivselt sõjalises sfääris, meditsiinis ja ehete valmistamisel. Sellele anti mitteametlik nimi "tuleviku metall". Paljud ütlevad, et see aitab unistusi reaalsuseks muuta.

Algselt kasutati maailma kõige kõvemat metalli sõja- ja kaitsevaldkonnas. Tänapäeval on titaantoodete peamine tarbija lennukitööstus.

Titaan on universaalne ehitusmaterjal. Aastaid kasutati seda lennukiturbiinide loomiseks. Lennukimootorites on ventilaatorielemendid, kompressorid ja kettad valmistatud titaanist.

Kaasaegne disain lennukid võib sisaldada kuni 20 tonni titaanisulamit.

Titaani peamised kasutusvaldkonnad lennukiehituses:

ruumikujulised tooted (uste servad, luugid, vooderdised, põrandakate);
sõlmed ja komponendid, mis on allutatud suurele koormusele (tiivaklambrid, telik, hüdrosilindrid);
mootoriosad (korpus, kompressori labad).

Titaan kosmoses, raketi- ja laevaehituses

Tänu titaanile suutis inimene läbida helibarjääri ja murda kosmosesse. Seda kasutati mehitatud loomiseks raketisüsteemid. Titan talub kosmilist kiirgust, temperatuurimuutusi ja liikumiskiirust.

Sellel metallil on madal tihedus, mis on laevaehitustööstuses oluline. Titaanist valmistatud tooted on kerged, mis tähendab, et kaal väheneb ning manööverdusvõime, kiirus ja ulatus on suurenenud. Kui laeva kere on kaetud titaaniga, ei pea seda värvima mitu aastat – titaan ei roosteta merevees (korrosioonikindlus).

Kõige sagedamini kasutatakse seda metalli laevaehituses turbiinmootorite, aurukatelde ja kondensaatoritorude tootmiseks.

Naftatööstus ja titaan

Ülisügavat puurimist peetakse titaanisulamite kasutamise paljulubavaks valdkonnaks. Maa-aluste ressursside uurimiseks ja kaevandamiseks on vaja tungida sügavale maa alla - üle 15 tuhande meetri. Näiteks alumiiniumist puurtorud purunevad oma raskusjõu tõttu ja ainult titaanisulamid võivad jõuda tõeliselt suure sügavusega.

Mitte nii kaua aega tagasi hakati titaani aktiivselt kasutama mereriiulitel kaevude loomiseks. Spetsialistid kasutavad seadmetena titaanisulameid:

õlitootmisrajatised;
kõrgsurveanumad;
süvamerepumbad, torustikud.

Titaan spordis, meditsiinis

Titaan on oma tugevuse ja kerguse tõttu spordialal ülipopulaarne. Mitu aastakümmet tagasi valmistati jalgratas titaanisulamitest, millest valmistati esimene spordivarustus kõva materjal maailmas. Moodne jalgratas koosneb titaankerest, samast pidurist ja istmevedrudest.

Jaapanis on loodud titaanist golfikepid. Need seadmed on kerged ja vastupidavad, kuid äärmiselt kallid.

Enamik mägironijate ja reisijate seljakotis olevaid esemeid on valmistatud titaanist - lauanõud, toiduvalmistamiskomplektid, riiulid telkide tugevdamiseks. Titaanist jäänaasklid on väga populaarsed spordivahendid.

Selle metalli järele on meditsiinitööstuses suur nõudlus. Enamik kirurgilisi instrumente on valmistatud titaanist – kerge ja mugav.

Teine tuleviku metalli kasutusvaldkond on proteeside loomine. Titaan "ühendub" suurepäraselt inimkehaga. Arstid nimetasid seda protsessi "tõeliseks suguluseks". Titaanstruktuurid on ohutud lihastele ja luudele, põhjustavad harva allergilist reaktsiooni ja neid ei hävita kehas leiduv vedelik. Titaanproteesid on vastupidavad ja taluvad tohutuid füüsilisi koormusi.

Titaan on hämmastav metall. See aitab inimesel saavutada erinevates eluvaldkondades enneolematuid kõrgusi. Seda armastatakse ja austatakse selle tugevuse, kerguse ja pikkade tööaastate pärast.

Kroom on üks kõvemaid metalle.

Huvitavad faktid kroomi kohta

1. Metalli nimi tuleneb kreekakeelsest sõnast “chroma”, mis tähendab värvi.
2. Looduskeskkonnas ei leidu kroomi puhtal kujul, vaid ainult kroomi rauamaagi, topeltoksiidi kujul.
3. Metalli suurimad leiukohad asuvad Lõuna-Aafrikas, Venemaal, Kasahstanis ja Zimbabwes.
4. Metalli tihedus – 7200 kg/m3.
5. Kroom sulab temperatuuril 1907 kraadi.
6. Keeb temperatuuril 2671 kraadi.
7. Absoluutselt puhast ilma lisanditeta kroomi iseloomustab plastilisus ja viskoossus. Hapniku, lämmastiku või vesinikuga kombineerimisel muutub metall hapraks ja väga kõvaks.
8. Selle hõbevalge metalli avastas prantslane Louis Nicolas Vauquelin 18. sajandi lõpus.

Kroommetalli omadused

Kroom on väga kõva ja võib klaasi lõigata. Seda ei oksüdeeru õhk ega niiskus. Kui metalli kuumutatakse, toimub oksüdeerumine ainult pinnal.

Aastas kulub üle 15 000 tonni puhast kroomi. Inglise ettevõtet Bell Metals peetakse puhta kroomi tootmise liidriks.

Suurimad kogused kroomi tarbitakse USA-s, Lääne-Euroopas ja Jaapanis. Kroomiturg on muutlik ja hinnad ulatuvad laias valikus.

Kroomi kasutusvaldkonnad

Kõige sagedamini kasutatakse sulamite ja galvaaniliste kattekihtide loomiseks (transpordiks kroomimine).

Terasele lisatakse kroomi, mis parandab füüsikalised omadused metallist Need sulamid on mustmetallurgias kõige nõudlikumad.

Kõige populaarsem terase klass koosneb kroomist (18%) ja niklist (8%). Sellised sulamid on suurepärase oksüdatsiooni- ja korrosioonikindlusega ning vastupidavad ka kõrgetel temperatuuridel.

Kütteahjud on valmistatud terasest, mis sisaldab kolmandiku kroomi.

Mida veel kroomist tehakse?

1. Tulirelvade torud.
2. Keha allveelaevad.
3. Tellised, mida kasutatakse metallurgias.

Teine äärmiselt kõva metall on volfram.

Huvitavad faktid volframi kohta

1. Metalli nimi saksa keelest tõlgituna (“Wolf Rahm”) tähendab “hundivaht”.
2. See on kõige tulekindlam metall maailmas.
3. Volframil on helehall toon.
4. Metalli avastas 18. sajandi lõpus (1781) rootslane Karl Scheele.
5. Volfram sulab temperatuuril 3422 kraadi, keeb 5900.
6. Metalli tihedus on 19,3 g/cm³.
7. Aatommass – 183,85, Mendelejevi perioodilisuse süsteemi VI rühma element (järjekorranumber – 74).

Volframi kaevandamise protsess

Volfram kuulub suurde haruldaste metallide rühma. See sisaldab ka rubiidiumi ja molübdeeni. Seda rühma iseloomustab metallide vähene esinemine looduses ja vähene tarbimine.

Volframi tootmine koosneb kolmest etapist:

metalli eraldamine maagist, selle akumuleerimine lahuses;
ühendi eraldamine, selle puhastamine;
eraldamine puhas metall valmis keemilisest ühendist.
Volframi tootmise lähtematerjalid on šeeliit ja volframiit.

Volframi rakendused

Volfram on enamiku tugevate sulamite alus. Nad teevad sellest välja lennukimootorid, elektriliste vaakumseadmete osad, hõõgniidid.
Metalli suur tihedus võimaldab kasutada volframi ballistiliste rakettide, kuulide, vastukaalude ja suurtükimürskude loomiseks.

Volframipõhiseid ühendeid kasutatakse muude metallide töötlemiseks, sh mäetööstus(kaevude puurimine), värv ja lakk, tekstiilitööstus (orgaanilise sünteesi katalüsaatorina).

Keerulistest volframiühenditest valmistatakse:

juhtmed – kasutatakse küttekolletes;
teibid, foolium, plaadid, lehed - valtsimiseks ja lamedaks sepistamiseks.

Titaan, kroom ja volfram on nimekirja "Enim kõvad metallid maailmas". Neid kasutatakse paljudes inimtegevuse valdkondades - lennunduses ja raketitööstuses, sõjanduses, ehituses ja samal ajal pole see metallide täielik kasutusvaldkond.

Titaani ja selle sulameid kasutatakse laialdaselt kõige enam erinevad valdkonnad. Esiteks on titaanisulamid leidnud laialdast rakendust erinevate seadmete ehitamisel nende kõrge korrosioonikindluse, mehaanilise tugevuse, madala tiheduse, kuumakindluse ja paljude muude omaduste tõttu. Arvestades titaani omadusi ja rakendusi, ei saa jätta märkimata selle üsna kõrget hinda. Kuid selle kompenseerivad täielikult materjali omadused ja vastupidavus.

Titaanil on kõrge tugevus ja sulamistemperatuur ning see erineb teistest metallidest vastupidavuse poolest.

Titaani põhiomadused

Titaan kuulub keemiliste elementide perioodilisuse tabeli neljanda perioodi IV rühma. Kõige stabiilsemates ja olulisemates ühendites on element neljavalentne. Väliselt meenutab titaan terast. See on üleminekuelement. Sulamistemperatuur ulatub peaaegu 1700 ° -ni ja keemistemperatuur - 3300 °. Mis puutub sellistesse omadustesse nagu sulamis- ja aurustumissoojus, siis titaanil on see peaaegu 2 korda kõrgem kui raual.

Sellel on 2 allotroopset modifikatsiooni:

Madal temperatuur, mis võib eksisteerida kuni temperatuurini 882,5°.
Kõrge temperatuur, stabiilne temperatuurist 882,5° kuni sulamistemperatuurini.

Sellised omadused nagu erisoojusmaht ja tihedus asetavad titaani kahe kõige laialdasema ehitusliku kasutusega materjali vahele: raud ja alumiinium. Titaani mehaaniline tugevus on peaaegu 2 korda kõrgem kui puhtal raual ja peaaegu 6 korda kõrgem kui alumiiniumil. Titaani omadused on aga sellised, et see on võimeline absorbeerima suures koguses vesinikku, hapnikku ja lämmastikku, mis mõjutab negatiivselt materjali plastilisi omadusi.

Materjali iseloomustab väga madal soojusjuhtivus. Võrdluseks, raua puhul on see 4 korda kõrgem ja alumiiniumil 12 korda suurem.Mis puutub sellisesse omadusse nagu soojuspaisumistegur, siis toatemperatuuril on see suhteliselt madala väärtusega ja suureneb temperatuuri tõustes.

Titaanil on madal elastsusmoodul. Kui temperatuur tõuseb 350°-ni, hakkavad need peaaegu lineaarselt vähenema. Just see punkt on materjali oluline puudus.

Titaani iseloomustab üsna kõrge elektritakistuse väärtus. See võib kõikuda üsna suurtes piirides ja sõltub lisandite sisaldusest.

Titaan on paramagnetiline materjal. Selliseid aineid iseloomustab magnetilise tundlikkuse vähenemine kuumutamise ajal. Titaan on aga erand – temperatuuri tõustes suureneb oluliselt selle magnetiline vastuvõtlikkus.

Titaani kasutusvaldkonnad

Titaanisulamist valmistatud meditsiiniinstrumente iseloomustab kõrge korrosioonikindlus, bioloogiline vastupidavus ja elastsus.

Materjali omadused pakuvad selle kasutamiseks üsna laia valikut valdkondi. Seega kasutatakse titaanisulameid suurtes kogustes laevade ja erinevate seadmete ehitamisel. Materjali on kasutatud kõrgkvaliteetsete teraste legeeriva lisandina ja deoksüdeeriva ainena. Nikliga sulamid on leidnud rakendust tehnoloogias ja meditsiinis. Sellistel ühenditel on ainulaadsed omadused, eriti neil on kujumälu.

On kindlaks tehtud kompaktse titaani kasutamine kõrgel temperatuuril kasutatavate elektriliste vaakumseadmete osade tootmisel. Tehnilise titaani omadused võimaldavad seda kasutada ventiilide, torustike, pumpade, liitmike ja muude agressiivsetes tingimustes kasutamiseks loodud toodete tootmisel.

Sulamitele on iseloomulik ebapiisav termiline tugevus, kuid need on kõrged korrosioonikindlus. See võimaldab keemiavaldkonnas kasutada erinevaid titaanipõhiseid sulameid. Näiteks kasutatakse materjali väävel- ja vesinikkloriidhappe pumpamiseks mõeldud pumpade valmistamisel. Tänapäeval saab klooritööstuse eri tüüpi seadmete tootmiseks kasutada ainult sellel materjalil põhinevaid sulameid.

Titaani kasutamine transporditööstuses

Sellel materjalil põhinevaid sulameid kasutatakse soomukite valmistamisel. Ja mitmesuguste transporditööstuses kasutatavate konstruktsioonielementide asendamine võib vähendada kütusekulu, suurendada kandevõimet, suurendada toodete väsimuspiiri ja parandada paljusid muid omadusi.

Seadmete tootmisel keemiatööstus Titaani kõige olulisem omadus on metalli korrosioonikindlus.

Materjal sobib hästi ehituses kasutamiseks raudteetransport. Üks peamisi probleeme, mis tuleb lahendada raudteed, on seotud surnud kaalu vähenemisega. Titaanist valmistatud varraste ja lehtede kasutamine võib oluliselt vähendada kompositsiooni kogumassi, vähendada teljepukside ja tihvtide suurust ning säästa veojõudu.

Haagiste puhul on ka kaal üsna märkimisväärne. Titaani kasutamine terase asemel rataste ja telgede tootmisel suurendab oluliselt ka kandevõimet.

Materjali omadused võimaldavad seda kasutada autotööstuses. Materjali iseloomustab heitgaaside eemaldamise süsteemide ja spiraalvedrude tugevuse ja kaalu omaduste optimaalne kombinatsioon. Titaani ja selle sulamite kasutamine võib oluliselt vähendada heitgaaside mahtu, vähendada kütusekulusid ning laiendada vanaraua ja tööstusjäätmete kasutamist nende ümbersulatamise teel. Seda sisaldaval materjalil ja sulamitel on võrreldes teiste kasutatud lahendustega palju eeliseid.

Uute osade ja konstruktsioonide väljatöötamise põhiülesanne on nende massi vähendamine, millest sõltub ühel või teisel määral ka sõiduki enda liikumine. Liikuvate komponentide ja osade kaalu vähendamine võimaldab potentsiaalselt vähendada kütusekulusid. Titaandetailid on oma töökindlust korduvalt tõestanud. Neid kasutatakse üsna laialdaselt kosmosetööstus ja võidusõiduautode kujundused.

Selle materjali kasutamine võimaldab mitte ainult vähendada osade kaalu, vaid ka lahendada heitgaaside mahu vähendamise probleemi.

Titaani ja selle sulamite kasutamine ehituses

Titaani ja tsingi sulamit kasutatakse ehituses laialdaselt. Seda sulamit iseloomustavad kõrged mehaanilised omadused ja korrosioonikindlus ning kõrge jäikus ja elastsus. Sulam sisaldab kuni 0,2% legeerivaid lisandeid, mis toimivad struktuuri modifikaatoritena. Tänu alumiiniumile ja vasele on tagatud vajalik elastsus. Lisaks võimaldab vase kasutamine tõsta materjali ülimat tõmbetugevust ning keemiliste elementide kombinatsioon aitab vähendada paisumistegurit. Sulamit kasutatakse ka heade esteetiliste omadustega pikkade ribade ja lehtede tootmiseks.

Titaani kasutatakse kosmosetehnoloogias sageli selle kerguse, tugevuse ja tulekindluse tõttu.

Titaan-tsingi sulami põhiomaduste hulgas, mis on eriti olulised ehituse jaoks, võib märkida selliseid keemilisi ja füüsikalisi omadusi nagu kõrge korrosioonikindlus, hea välimus ning ohutus inimeste tervisele ja keskkonnale.

Materjal on hea plastilisusega ja probleemideta süvatõmmatav, mis võimaldab seda kasutada katusetöödel. Sulamil pole jootmisega probleeme. Seetõttu on erinevad mahulised struktuurid ja mittestandardsed arhitektuurielemendid, nagu kuplid ja tornid, valmistatud tsink-titaanist, mitte vasest või tsingitud terasest. Selliste probleemide lahendamisel on see sulam asendamatu.

Sulami kasutusala on väga lai. Seda kasutatakse fassaadi- ja katusetöödel, sellest valmistatakse erineva konfiguratsiooniga ja peaaegu igasuguse keerukusega tooteid, seda kasutatakse laialdaselt erinevate materjalide tootmisel. dekoratiivesemed nagu vihmaveerennid, mõõnad, katuseharjad jne.

Sellel sulamil on väga pikk kasutusiga. Rohkem kui sajandi jooksul ei vaja see värvimist ega sagedasi hooldustöid. Ka materjali oluliste eeliste hulgas tuleks esile tõsta selle taastumisvõimet. Väikesed kahjustused okste, lindude jms kriimustuste näol. Mõne aja pärast kaovad nad ise.

Ehitusmaterjalidele esitatavad nõuded muutuvad üha tõsisemaks ja karmimaks. Paljude riikide uurimisettevõtted on uurinud pinnast hoonete ümber, mis on ehitatud tsingi ja titaani sulamist. Uurimistulemused kinnitasid, et materjal on täiesti ohutu. Sellel ei ole kantserogeenseid omadusi ja see ei kahjusta inimeste tervist. Tsink-titaan on mittesüttiv ehitusmaterjal, mis suurendab veelgi ohutust.

Võttes arvesse kõiki loetletud positiivseid omadusi, on sellised ehitusmaterjal töökorras umbes 2 korda odavam kui katusekate.

Sulamil on kaks oksüdatsiooniastet. Aja jooksul muudab see värvi ja kaotab oma metallilise läike. Alguses muutub tsink-titaan helehalliks ja mõne aja pärast omandab see õilsa tumehalli tooni. Praegu on materjal sihilikult keemiliselt vanandatud.

Titaani ja selle sulamite kasutamine meditsiinis

Titaan sobib hästi inimese kudedega, seetõttu kasutatakse seda aktiivselt endoproteesimise valdkonnas.

Titaan on leidnud laialdast rakendust ka meditsiinivaldkonnas. Eeliste hulgas, mis võimaldasid sellel nii populaarseks saada, on selle kõrge tugevus ja korrosioonikindlus. Lisaks ei olnud ükski patsient titaani suhtes allergiline.

Meditsiinis kasutatakse kaubanduslikult puhast titaani ja Ti6-4Eli sulamit. Seda kasutatakse kirurgiliste instrumentide, mitmesuguste välis- ja siseproteeside, sealhulgas südameklappide valmistamiseks. Ratastoolid, kargud ja muud seadmed on valmistatud titaanist.

Mitmed uuringud ja katsed kinnitavad materjali ja selle sulamite suurepärast bioloogilist sobivust inimkehaga. Pehmed ja luukoed kasvavad nende materjalidega probleemideta kokku. Ja madal elastsusmoodul ja kõrge eritugevus muudavad titaani väga hea materjal endoproteesimiseks. See on märgatavalt kergem kui tina-, teras- ja koobaltipõhised sulamid.

Seega võimaldavad titaani omadused seda aktiivselt kasutada väga erinevates valdkondades – alates torude ja katuse valmistamisest kuni meditsiinilise proteesimise ja kosmoselaevade ehitamiseni.

Suurem osa titaanist kulutatakse lennunduse ja raketitehnoloogia ning merelaevaehituse vajadustele. Seda, nagu ka ferrotaaniumi, kasutatakse kõrgkvaliteetsete teraste legeeriva lisandina ja deoksüdeeriva ainena. Tehnilist titaani kasutatakse mahutite, keemiareaktorite, torustike, liitmike, pumpade, ventiilide ja muude agressiivses keskkonnas töötavate toodete valmistamiseks. Kompaktset titaani kasutatakse kõrgel temperatuuril töötavate elektriliste vaakumseadmete võrkude ja muude osade valmistamiseks.

Struktuurimaterjalina kasutamise poolest on Ti 4. kohal, Al, Fe ja Mg järel teisel kohal. Titaanaluminiidid on väga oksüdatsiooni- ja kuumakindlad, mis omakorda määras nende kasutamise lennunduses ja autotööstuses konstruktsioonimaterjalina. Selle metalli bioloogiline kahjutus teeb sellest suurepärase materjali Toidutööstus ja taastav kirurgia.

Titaani ja selle sulameid kasutatakse tehnoloogias laialdaselt nende kõrge mehaanilise tugevuse, mida hoitakse kõrgetel temperatuuridel, korrosioonikindluse, kuumakindluse, eritugevuse, madala tiheduse ja muude kasulike omaduste tõttu. Selle metalli ja sellel põhinevate materjalide kõrget hinda kompenseerib paljudel juhtudel nende suurem jõudlus ja mõnel juhul on need ainsad toorained, millest saab valmistada seadmeid või konstruktsioone, mis võivad nendes spetsiifilistes tingimustes töötada.

Titaanisulamid mängivad olulist rolli lennutehnoloogias, kus püütakse saavutada kergeim struktuur koos vajaliku tugevusega. Ti on teiste metallidega võrreldes kerge, kuid samal ajal võib see töötada kõrgel temperatuuril. Ti-põhiseid materjale kasutatakse korpuse, kinnitusdetailide, toitekomplekti, šassii osade ja erinevate sõlmede valmistamiseks. Neid materjale kasutatakse ka lennukite konstruktsioonides. reaktiivmootorid. See võimaldab teil vähendada nende kaalu 10-25%. Titaanisulamitest toodetakse kompressori kettaid ja labasid, mootorite õhuvõtuavade ja juhikute detaile ning erinevaid kinnitusvahendeid.

Teine rakendusvaldkond on raketitehnika. Mootorite lühiajalise töötamise ja atmosfääri tihedate kihtide kiire läbimise tõttu raketiteaduses jäävad suures osas ära väsimustugevuse, staatilise vastupidavuse ja osaliselt roomamise probleemid.

Tehniline titaan ei sobi oma ebapiisavalt kõrge termilise tugevuse tõttu lennunduses kasutamiseks, kuid erakordselt kõrge korrosioonikindluse tõttu on mõnel juhul keemiatööstuses ja laevaehituses asendamatu. Seega kasutatakse seda kompressorite ja pumpade valmistamisel selliste agressiivsete ainete pumpamiseks nagu väävel- ja vesinikkloriidhape ning nende soolad, torustikud, sulgeventiilid, autoklaavid, erinevat tüüpi mahutid, filtrid jne. Ainult Ti on korrosioonikindlusega sellised keskkonnad nagu märg kloor, kloori vesi- ja happelised lahused, seetõttu valmistatakse sellest metallist klooritööstuse seadmed. Seda kasutatakse ka söövitavas keskkonnas töötavate soojusvahetite valmistamiseks, näiteks lämmastikhape (mittesuitsetav). Laevaehituses kasutatakse titaani propellerite tootmiseks, laevade, allveelaevade, torpeedode jne plaadistamiseks. Selle materjali külge ei kleepu kestad, mis suurendab järsult anuma takistust selle liikumisel.

Titaanisulamid on paljutõotavad kasutamiseks paljudes teistes rakendustes, kuid nende levikut tehnoloogias takistab selle metalli kõrge hind ja ebapiisav arvukus.

Titaaniühendeid kasutatakse laialdaselt ka erinevates tööstusharudes. Karbiidil (TiC) on kõrge kõvadus ja seda kasutatakse lõikeriistade ja abrasiivide tootmisel. Valget dioksiidi (TiO2) kasutatakse värvides (nt titaanvalge) ning paberi ja plasti tootmisel. Titaanorgaanilisi ühendeid (näiteks tetrabutoksütitaan) kasutatakse katalüsaatorina ja kõvendina keemia- ning värvi- ja lakitööstuses. Anorgaanilisi Ti ühendeid kasutatakse keemiaelektroonika ja klaaskiutööstuses lisandina. Diboriid (TiB 2) on ülikõvade materjalide oluline komponent metalli töötlemiseks. Nitriidi (TiN) kasutatakse tööriistade katmiseks.

1941 Keemistemperatuur 3560 Ud. sulamissoojus 18,8 kJ/mol Ud. aurustumissoojus 422,6 kJ/mol Molaarne soojusmahtuvus 25,1 J/(K mol) Molaarmaht 10,6 cm³/mol Lihtaine kristallvõre Võre struktuur kuusnurkne
tihedalt pakitud (α-Ti) Võre parameetrid a = 2,951 s = 4,697 (α-Ti) Suhtumine c/a 1,587 Debye temperatuur 380 Muud omadused Soojusjuhtivus (300 K) 21,9 W/(m K) CAS number 7440-32-6

Entsüklopeediline YouTube

1 / 5

✪ Titaan / Titaan. Keemia on tehtud lihtsaks

✪ Titaan – KÕIGE TUGEVAIM METALL MAA peal!

✪ Keemia 57. Element titaan. Element elavhõbe – Meelelahutusteaduste Akadeemia

✪ Titaani tootmine. Titan on üks kõige enam vastupidavad metallid maailmas!

✪ Iriidium on kõige haruldasem metall Maal!

Subtiitrid

Tere kõigile! Aleksander Ivanov on teiega ja see on projekt "Keemia – lihtne". Nüüd lõbutseme titaaniga! Nii näevad välja paar grammi puhast titaani, mis saadi juba ammu Manchesteri ülikoolist, kui see polnud veel ülikool.See proov on sealtsamast muuseumist.See on põhimineraal, millest pärit titaan ekstraheeritakse näeb välja näeb.See on Rutiil Kokku on teada üle 100 mineraali, mis sisaldavad titaani 1867. aastal mahtus õpikusse 1 leheküljele kõik, mida inimesed titaanist teadsid 20. sajandi alguseks polnud enam midagi muutunud 1791. aastal avastas inglise keemik ja mineraloog William Gregor mineraalis menakiniidi. uus element Pisut hiljem, aastal 1795, avastas saksa keemik Martin Klaproth teises mineraalis - rutiilis - uue keemilise elemendi. Titan sai oma nime Klaprothilt, kes andis sellele nime päkapikkude kuninganna Titania auks. , teise versiooni järgi pärineb elemendi nimi maajumalanna võimsatelt poegadelt titaanidelt - Gaia Kuid 1797. aastal selgus, et Gregor ja Klaproth avastasid sama keemilise elemendi, kuid nimi jäi samaks, mille andis Klaproth.Kuid ei Gregor ega Klaproth ei suutnud saada metallist titaani.Said valge kristallilise pulbri. , milleks oli titaandioksiid.Titaanmetalli sai esmalt vene teadlane D.K. Kirilov 1875. aastal Aga nagu ilma korraliku katteta juhtub, siis tema tööd ei märgatud.Pärast seda said puhta titaani rootslased L. Nilsson ja O. Peterson, samuti prantslane Moissan. Ja alles 1910. aastal ameerika keemik M. Hunter täiustas varasemaid titaani saamise meetodeid ja sai mitu grammi puhast 99% titaani.Seetõttu on enamikus raamatutes märgitud metalli titaani saanud teadlaseks just Hunter.Titaanile ei ennustanud keegi suurt tulevikku, kuna vähimatki koostises sisalduvad lisandid muutsid selle väga hapraks ja hapraks, mis ei võimaldanud mehaanilist katsetamist. Seetõttu leidsid mõned titaaniühendid oma laialdast kasutust varem kui metall ise. Titaantetrakloriidi kasutati esimest korda maailmasõda suitsukatete loomiseks Õues titaantetrakloriid hüdrolüüsitakse, moodustades titaanoksükloriidid ja titaanoksiidi. Valge suits, mida näeme, on oksükloriidide ja titaanoksiidi osakesed. Seda, et need on osakesed, saab kinnitada, kui tilgutame paar tilka titaantetrakloriidist veeks Metalltitaani saamiseks kasutatakse praegu tetrakloriidi titaani.Puhta titaani saamise meetod pole muutunud sada aastat.Kõigepealt muundatakse titaandioksiid kloori abil titaantetrakloriidiks, millest juba varem juttu oli.Seejärel kasutades magneesiumtermia, metalliline titaan saadakse titaantetrakloriidist, mis moodustub käsna kujul Protsess viiakse läbi temperatuuril 900°C terasretortides Reaktsiooni karmide tingimuste tõttu ei ole meil kahjuks võimalus seda protsessi näidata Tulemuseks on titaanist käsn, mis sulatatakse kompaktseks metalliks Ülipuhta titaani saamiseks kasutatakse jodiidi rafineerimise meetodit, millest räägime täpsemalt tsirkooniumi käsitlevas videos. olete juba märganud, et titaantetrakloriid on läbipaistev, värvitu vedelik, kui normaalsetes tingimustes Aga kui me võtame titaantrikloriidi, siis sellel tahkel purpursel ainel on molekulis ainult üks klooriaatom vähem ja see on teistsugune olek.Titaantrikloriid on hügroskoopne. Seetõttu saate sellega töötada ainult inertses atmosfääris Titaantrikloriid lahustub hästi vesinikkloriidhappes. See on protsess, mida praegu jälgite. Lahuses moodustub kompleksioon 3– Ma ütlen teile, mis on kompleksioonid järgmine kord. Seniks lihtsalt kohkuge :) Kui saadud lahusele lisada veidi lämmastikhapet, tekib titaannitraat ja eraldub pruun gaas, mida me tegelikult ka näeme.Titaanioonidele toimub kvalitatiivne reaktsioon.Laske vesinikperoksiid.Nagu näha, tekib reaktsioon erksavärvilise ühendi moodustumisega See on supratitaanhape 1908. aastal hakati USA-s valge tootmiseks kasutama titaandioksiidi, mis asendas valge, mis põhines pliil ja tsingil Titaanvalge ületas oluliselt plii ja tsingi analoogide kvaliteedi.Samuti kasutati emaili tootmiseks titaanoksiidi, mida kasutati laevaehituses metalli ja puidu katmiseks Praegu kasutatakse titaandioksiidi toiduainetööstuses valge värvainena - see on lisand E171, mida leidub krabipulkades, hommikusöögihelvestes, majoneesis, närimiskummis, piimatoodetes jne. Titaandioksiidi kasutatakse ka kosmeetikas - see on osa päikesekaitsekreemist “Kõik et sädelevad ei ole kuld” - seda ütlust oleme teadnud lapsepõlvest Ja seoses tänapäeva kiriku ja titaaniga toimib see otseses mõttes Ja tundub, et mis saab olla ühist kirikul ja titaanil? Siin on mis: kõigil kaasaegsetel kullast säravatel kirikukuplitel pole tegelikult kullaga midagi pistmist.Tegelikult on kõik kuplid kaetud titaannitriidiga.Titaannitriidiga on kaetud ka metallipuurid.Alles 1925. aastal saadi kõrge puhtusastmega titaan, mis võimaldas uurida selle füüsikalisi ja keemilisi omadusi Ja need osutusid fantastilisteks. Selgus, et titaan, olles rauast peaaegu poole väiksem, on tugevuselt parem kui paljud terased. Samuti, kuigi titaan on poolteist korda suurem alumiiniumist raskem, on temast kuus korda tugevam ja säilitab oma tugevuse kuni 500° C. -suure elektrijuhtivuse ja mittemagnetilisuse tõttu pakub titaan suurt huvi elektrotehnikas Titaanil on kõrge korrosioonikindlus. oma omadustele on titaanist saanud kosmosetehnoloogia materjal.Venemaal Verhnjaja Saldas tegutseb korporatsioon VSMPO-AVISMA, mis toodab titaani ülemaailmsele kosmosetööstusele.Verkhnyaya Salda titaanist valmistatakse Boeinge, Airbuse, Rolls-Royce , erinevaid keemiaseadmeid ja palju muud kallist rämpsu.Siiski saab igaüks endale soetada endale puhtast titaanist valmistatud labida või raudkangi! Ja see pole nali! Ja nii reageerib peen titaanipulber õhuhapnikuga. Tänu sellisele värvilisele põlemisele on titaan leidnud rakendust pürotehnikas. Ja see on kõik, tellige, hoidke pöidlaid, ärge unustage projekti toetada ja rääkige oma sõpradele! Hüvasti!

Lugu

TiO 2 avastamise tegi peaaegu samaaegselt ja iseseisvalt üks inglane W. Gregor?! ja saksa keemik M. G. Klaproth. W. Gregor, uurides magnetilise raudliiva koostist (Creed, Cornwall, Inglismaa), eraldas tundmatust metallist uue “maa” (oksiidi), mida nimetas menakeniks. 1795. aastal avastas saksa keemik Klaproth mineraalses rutiilis uue elemendi ja nimetas selle titaaniks. Kaks aastat hiljem tegi Klaproth kindlaks, et rutiil ja menakenmuld on sama elemendi oksiidid, millest saigi Klaprothi pakutud nimetus "titaan". Kümme aastat hiljem avastati titaan kolmandat korda. Prantsuse teadlane L. Vauquelin avastas anataasist titaani ja tõestas, et rutiil ja anataas on identsed titaanoksiidid.

Esimese metallilise titaani proovi sai 1825. aastal J. Ya. Berzelius. Titaani kõrge keemilise aktiivsuse ja selle puhastamise keerukuse tõttu said hollandlased A. van Arkel ja I. de Boer 1925. aastal titaanjodiidi auru TiI 4 termilise lagundamise teel puhta Ti proovi.

nime päritolu

Metall sai oma nime titaanide, Vana-Kreeka mütoloogia tegelaste, Gaia laste auks. Elemendi nime andis Martin Klaproth vastavalt oma seisukohtadele keemilise nomenklatuuri kohta, erinevalt Prantsuse keemiakoolkonnast, kus nad üritasid elementi nimetada selle keemiliste omaduste järgi. Kuna saksa teadlane ise märkis, et uue elemendi omadusi ei ole võimalik määrata ainult selle oksiidi järgi, valis ta sellele nime mütoloogiast, analoogselt varem avastatud uraaniga.

Looduses olemine

Titaan on looduses levimuse poolest 10. kohal. Maakoore sisaldus on 0,57 massiprotsenti, merevees - 0,001 mg/l. Ultramafilistes kivimites 300 g/t, aluselistes kivimites - 9 kg/t, happelistes kivimites 2,3 kg/t, savides ja kildades 4,5 kg/t. Maakoores on titaan peaaegu alati neljavalentne ja seda leidub ainult hapnikuühendites. Vabal kujul ei leitud. Ilmastikutingimuste ja sademete tingimustes on titaanil geokeemiline afiinsus Al 2 O 3 -ga. See on koondunud mureneva maakoore boksiididesse ja meresavitesse setetesse. Titaani transporditakse mineraalide mehaaniliste fragmentide ja kolloidide kujul. Osadesse savidesse koguneb kuni 30 massiprotsenti TiO 2. Titaanmineraalid on vastupidavad ilmastikumõjudele ja moodustavad suurtes kontsentratsioonides asetajates. Tuntakse üle 100 titaani sisaldava mineraali. Olulisemad neist on: rutiil TiO 2, ilmeniit FeTiO 3, titanomagnetiit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskiit CaTiO 3, titaniit CaTiSiO 5. Seal on primaarsed titaanmaagid - ilmeniit-titanomagnetiit ja platsermaagid - rutiil-ilmeniit-tsirkoon.

Sünnikoht

Titaani leiukohad asuvad Lõuna-Aafrikas, Venemaal, Ukrainas, Hiinas, Jaapanis, Austraalias, Indias, Tseilonis, Brasiilias, Lõuna-Korea, Kasahstan. SRÜ riikides on uuritud titaanimaakide varude esikohal Venemaa Föderatsioon (58,5%) ja Ukraina (40,2%). Venemaa suurim maardla on Jaregskoje.

Varud ja tootmine

2002. aasta seisuga kasutati 90% kaevandatud titaanist titaandioksiidi TiO 2 tootmiseks. Maailma titaandioksiidi toodang oli 4,5 miljonit tonni aastas. Kinnitatud titaandioksiidi varud (v.a Venemaa) on umbes 800 miljonit tonni.. 2006. aasta seisuga ulatuvad USA geoloogiakeskuse andmetel titaandioksiidi ja ilma Venemaata ilmeniidimaakide varud 603-673 miljoni tonnini ning rutiilimaakide varud. - 49. 7-52,7 miljonit tonni. Seega jätkub maailma tõestatud titaanivarudest (välja arvatud Venemaa) praeguse tootmistempo juures enam kui 150 aastaks.

Venemaal on Hiina järel suuruselt teine titaanivaru maailmas. Titaani maavarade baas Venemaal koosneb 20 maardlast (millest 11 on primaarsed ja 9 alluviaalsed), mis on üle kogu riigi üsna ühtlaselt jaotunud. Suurim uuritud maardlatest (Jaregskoje) asub 25 km kaugusel Ukhta linnast (Komi Vabariik). Maardla varud on hinnanguliselt 2 miljardit tonni maaki, mille keskmine titaandioksiidi sisaldus on umbes 10%.

Maailma suurim titaanitootja - Vene firma"VSMPO-AVISMA".

Kviitung

Reeglina on titaani ja selle ühendite tootmise lähteaineks titaandioksiid, milles on suhteliselt vähe lisandeid. Eelkõige võib see olla rutiili kontsentraat, mis saadakse titaanimaakide rikastamisest. Rutiili varud maailmas on aga väga piiratud ja sagedamini kasutatakse ilmeniidikontsentraatide töötlemisel saadavat nn sünteetilist rutiili ehk titaanräbu. Titaanräbu saamiseks redutseeritakse ilmeniidi kontsentraat elektrikaareahjus, samal ajal eraldatakse raud metallfaasiks (malm) ning redutseerimata titaanoksiidid ja lisandid moodustavad räbufaasi. Rikkalikku räbu töödeldakse kloriid- või väävelhappemeetodil.

Titaanimaagi kontsentraati töödeldakse väävelhappega või pürometallurgiliselt. Väävelhappega töötlemise saadus on titaandioksiidi pulber TiO 2. Pürometallurgilise meetodi abil paagutatakse maak koksiga ja töödeldakse klooriga, saades titaantetrakloriidi auru TiCl 4:

T i O 2 + 2 C + 2 Cl 2 → T i Cl 4 + 2 C O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2C+2Cl_(2)\paremnool TiCl_(4)+2CO)))

Saadud TiCl4 aurud redutseeritakse magneesiumiga temperatuuril 850 °C:

T i Cl 4 + 2 M g → 2 M g C l 2 + T i (\displaystyle (\mathsf (TiCl_(4)+2Mg\paremnool 2MgCl_(2)+Ti)))

Lisaks hakkab nüüd populaarsust koguma nn FFC Cambridge’i protsess, mis on saanud nime selle arendajate Derek Fray, Tom Farthingi ja George Cheni järgi ning Cambridge’i ülikool, kus see loodi. See elektrokeemiline protsess võimaldab titaani otsest ja pidevat redutseerimist selle oksiidist kaltsiumkloriidi ja kustutamata lubja sula segus. Selle protsessi käigus kasutatakse elektrolüütilist vanni, mis on täidetud kaltsiumkloriidi ja lubja seguga, grafiidist kaitseanoodi (või neutraalse) anoodi ja redutseeritavast oksiidist valmistatud katoodiga. Voolu läbimisel vannis jõuab temperatuur kiiresti ~1000-1100°C ning kaltsiumoksiidi sulam laguneb anoodil hapnikuks ja metalliliseks kaltsiumiks:

2 C a O → 2 C a + O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CaO\paremnool 2Ca+O_(2))))

Saadud hapnik oksüdeerib anoodi (grafiidi kasutamisel) ja kaltsium migreerub sulatis katoodile, kus redutseerib oksiidist titaani:

O 2 + C → C O 2 (\displaystyle (\mathsf (O_(2)+C\paremnool CO_(2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2Ca\paremnool Ti+2CaO)))

Saadud kaltsiumoksiid dissotsieerub uuesti hapnikuks ja metalliliseks kaltsiumiks ning protsessi korratakse, kuni katood on täielikult muudetud titaankäsnaks või kaltsiumoksiid on ammendatud. Selles protsessis kasutatakse kaltsiumkloriidi elektrolüüdina, et anda sulale elektrijuhtivus ja aktiivsete kaltsiumi- ja hapnikuioonide liikuvus. Kui kasutate inertset anoodi (nt tinaoksiidi), selle asemel süsinikdioksiid anoodil eraldub molekulaarne hapnik, mis põhjustab vähem reostust keskkond aga protsess muutub sel juhul vähem stabiilseks ja lisaks muutub teatud tingimustel kloriidi, mitte kaltsiumoksiidi lagunemine energeetiliselt soodsamaks, mis viib molekulaarse kloori vabanemiseni.

Saadud titaanist "käsn" sulatatakse ja puhastatakse. Titaani rafineerimiseks kasutatakse jodiidimeetodit või elektrolüüsi, eraldades Ti TiCl 4 -st. Titaani valuplokkide saamiseks kasutatakse kaare-, elektronkiire- või plasmatöötlust.

Füüsikalised omadused

Titaan on kerge hõbevalge metall. Esineb kahes kristalli modifikatsioonis: α-Ti kuusnurkse tihedalt pakitud võrega (a = 2,951 Å; c = 4,679 Å; z = 2; ruumirühm C6mmc), β-Ti kuubikujulise kehakeskse tihendiga (a = 3,269 Å; z = 2; ruumirühm Im3m), α↔β ülemineku temperatuur on 883 °C, ülemineku ΔH on 3,8 kJ/mol. Sulamistemperatuur 1660±20 °C, keemistemperatuur 3260 °C, α-Ti ja β-Ti tihedus on vastavalt 4,505 (20 °C) ja 4,32 (900 °C) g/cm³, aatomitihedus 5,71⋅10 22 at /cm³ [ ] . Plastik, keevitatav inertses atmosfääris. Takistus 0,42 µOom m kell 20 °C

Sellel on kõrge viskoossus, töötlemise ajal kipub see lõiketööriista külge kleepuma ja seetõttu on vaja tööriistale katta spetsiaalseid katteid ja erinevaid määrdeaineid.

Tavalistel temperatuuridel on see kaetud kaitsva passiveeriva TiO 2 oksiidi kilega, mis muudab selle enamikus keskkondades korrosioonikindlaks (välja arvatud leeliseline).

Titaani tolm kipub plahvatama. Leekpunkt - 400 °C. Titaanlaastud on tuleohtlikud.

Titaanil on koos terase, volframi ja plaatinaga kõrge stabiilsus vaakumis, mis koos kergusega muudab selle projekteerimisel paljulubavaks kosmoselaevad.

Keemilised omadused

Titaan on vastupidav paljude hapete ja leeliste lahjendatud lahustele (välja arvatud H 3 PO 4 ja kontsentreeritud H 2 SO 4).

Reageerib kergesti isegi nõrkade hapetega kompleksimoodustajate juuresolekul, näiteks interakteerub vesinikfluoriidhappega kompleksaniooni 2− moodustumise tõttu. Titaan on korrosioonile kõige vastuvõtlikum orgaanilises keskkonnas, kuna vee juuresolekul moodustub titaantoote pinnale tihe passiivne titaanoksiidide ja hüdriidi kile. Titaani korrosioonikindluse kõige märgatavam suurenemine on märgatav, kui veesisaldus agressiivses keskkonnas tõuseb 0,5–8,0%, mida kinnitavad titaani elektroodide potentsiaalide elektrokeemilised uuringud hapete ja leeliste lahustes vesi-orgaanilises segus. meedia.

Õhus temperatuurini 1200 °C kuumutamisel süttib Ti helevalge leegiga, moodustades muutuva koostisega TiO x oksiidifaase. Titaanisoolade lahustest sadestatakse TiO(OH) 2 ·xH 2 O hüdroksiid, mille hoolikas kaltsineerimine tekitab TiO 2 oksiidi. Hüdroksiid TiO(OH) 2 xH 2 O ja dioksiid TiO 2 on amfoteersed.

Rakendus

Puhtal kujul ja sulamite kujul

Titaan sulamite kujul on kõige olulisem konstruktsioonimaterjal lennuki-, raketi- ja laevaehituses.
Metalli kasutatakse: keemiatööstuses (reaktorid, torustikud, pumbad, toruliitmikud), sõjatööstuses (soomusrüüd, soomusrüüd ja tuletõkked lennunduses, allveelaevade kered), tööstusprotsessides (magestamistehased, tselluloosi- ja paberiprotsessid), autotööstuses , põllumajandustööstus, toiduainetööstus, augustamisehted, meditsiinitööstus (proteesid, osteoproteesid), hambaravi ja endodontilised instrumendid, hambaimplantaadid, sporditarbed, ehted, Mobiiltelefonid, kergsulamid jne.
Titaani valamine teostatakse vaakumahjudes grafiitvormidesse. Kasutatakse ka vaakumvahavalu. Tehnoloogiliste raskuste tõttu kasutatakse seda kunstilises castingus piiratud mahus. Esimene monumentaalne titaanist valatud skulptuur maailmapraktikas on Juri Gagarini monument Moskvas temanimelisel väljakul.
Titaan on legeeriv lisaaine paljudes legeerterastes ja enamikes erisulamites [ millised?] .
Nitinool (nikkel-titaan) on kujumälu sulam, mida kasutatakse meditsiinis ja tehnoloogias.
Titaanaluminiidid on väga oksüdatsiooni- ja kuumakindlad, mis omakorda määras nende kasutamise konstruktsioonimaterjalina lennunduses ja autotööstuses.
Titaan on üks levinumaid kõrgvaakumpumpades kasutatavaid gettermaterjale.

Ühenduste kujul

Valget titaandioksiidi (TiO 2 ) kasutatakse värvides (nt titaanvalge) ning paberi ja plasti tootmisel. Toidu lisaaine E171.
Titaanorgaanilisi ühendeid (näiteks tetrabutoksütitaan) kasutatakse keemia- ja värvitööstuses katalüsaatorina ja kõvendina.
Anorgaanilisi titaaniühendeid kasutatakse keemiaelektroonika- ja klaaskiutööstuses lisandite või kattekihtidena.
Titaankarbiid, titaandiboriid, titaankarbonitriid on metalli töötlemiseks kasutatavate ülikõvade materjalide olulised komponendid.
Titaannitriidi kasutatakse instrumentide, kirikukuplite katmiseks ja ehete valmistamisel, kuna sellel on kullale sarnane värv.
Baariumtitanaat BaTiO 3, pliititanaat PbTiO 3 ja mitmed teised titanaadid on ferroelektrikud.

Erinevate metallidega titaanisulameid on palju. Legeerivad elemendid jagunevad kolme rühma, sõltuvalt nende mõjust polümorfse muundumise temperatuurile: beeta-stabilisaatorid, alfa-stabilisaatorid ja neutraalsed tugevdajad. Esimesed alandavad transformatsiooni temperatuuri, teised tõstavad, kolmandad ei mõjuta seda, vaid toovad kaasa maatriksi lahuse tugevnemise. Alfa-stabilisaatorite näited: alumiinium, hapnik, süsinik, lämmastik. Beeta stabilisaatorid: molübdeen, vanaadium, raud, kroom, nikkel. Neutraalsed kõvendid: tsirkoonium, tina, räni. Beeta-stabilisaatorid jagunevad omakorda beeta-isomorfseteks ja beeta-eutektoide moodustavateks.

Kõige tavalisem titaanisulam on sulam Ti-6Al-4V (Vene klassifikatsioonis - VT6).

Tarbimisturgude analüüs

Kareda titaani (titaankäsna) puhtus ja klass määratakse tavaliselt selle kõvaduse järgi, mis sõltub lisandite sisaldusest. Levinumad kaubamärgid on TG100 ja TG110 [ ] .

Füsioloogiline toime

Nagu eespool mainitud, kasutatakse titaani ka hambaravis. Iseloomulik omadus Titaani kasutamine ei seisne mitte ainult tugevuses, vaid ka metalli enda võimes sulanduda luuga, mis võimaldab tagada hambapõhja kvaasi-monoliitsuse.

Isotoobid

Looduslik titaan koosneb viie stabiilse isotoobi segust: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5,34%).

Teada on kunstlikud radioaktiivsed isotoobid 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) jt.

Märkmed

Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Elementide aatomkaalud 2011 (IUPAC Tehniline aruanne) (inglise) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Vol. 85, nr. 5 . - Lk 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
Toimetuse meeskond: Zefirov N. S. (peatoimetaja). Keemiaentsüklopeedia: 5 köidet - Moskva: Nõukogude entsüklopeedia, 1995. - T. 4. - Lk 590-592. - 639 lk. - 20 000 eksemplari. - ISBN 5-85270-039-8.
Titaan- artikkel füüsilisest entsüklopeediast
J.P. Riley ja Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
Titaani hoius.
Titaani hoius.
Ilmeniit, rutiil, titanomagnetiit - 2006
Titaan (määratlemata) . Info- ja analüüsikeskus "Mineraal". Vaadatud 19. novembril 2010. Arhiveeritud 21. augustil 2011.
VSMPO-AVISMA Corporation
Koncz, St. Szanto, St.; Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955) lk 368-369
Titaan on tuleviku metall (vene).
Titaan – artikkel Chemical Encyclopediast
Vee mõju titaani passivatsiooniprotsessile - 26. veebruar 2015 - Keemia ja keemiatehnoloogia elus (määratlemata) . www.chemfive.ru. Vaadatud 21. oktoober 2015.
Valamise kunst 20. sajandil
Maailma titaaniturul on hinnad viimase kahe kuu jooksul stabiliseerunud (ülevaade)

Lingid

Titaan populaarses keemiliste elementide raamatukogus

Tema

Ole