Materjali titaani omadused. Üldised omadused. Avastuste ajalugu. Titaani avastamise ajalugu

Algselt nimetas titaani "Gregorite" -iks Briti keemik auväär William Gregor, kes avastas selle 1791. aastal. Seejärel avastas saksa keemik M. H. Klaproth titaani 1793. aastal iseseisvalt. Ta nimetas ta titaaniks Kreeka mütoloogia titaanide auks - "loodusjõu kehastus". Alles 1797. aastal avastas Klaproth, et tema titaan oli Gregori poolt varem avastatud element.

Omadused ja omadused

Titaan on keemiline element, millel on Ti sümbol ja aatomnumber 22. See on hõbedase värvi, väikese tiheduse ja kõrge tugevusega läikiv metall. See on vastupidav korrosioonile merevees ja klooris.

Element kohtub mitmetes maapõues ja litosfääris laialt levinud maavarakogumites, peamiselt rutiil ja ilmeniit.

Titaanist kasutatakse sitkeid kergsulameid. Metalli kaks kõige kasulikumat omadust on korrosioonikindlus ja kõvaduse / tiheduse suhe, mis on kõrgeim mis tahes metallelemendist. Legeerimata olekus on see metall sama tugev kui mõned teras, kuid vähem tihe.

Metalli füüsikalised omadused

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

Mohsi skaalal on titaani kõvadus 6. Selle näitaja järgi on see karastatud terasest ja volframist veidi madalam.

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

Titaani keemilised omadused

Nagu alumiinium ja magneesium, oksüdeeruvad ka titaan ja selle sulamid õhuga kokkupuutel kohe. See reageerib aeglaselt vee ja õhuga ümbritseval temperatuuril, kuna see moodustab passiivse oksiidkattemis kaitseb mahukat metalli edasise oksüdeerumise eest.

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

Titaan on üks väheseid elemente, mis põleb puhtas lämmastikus ja reageerib temperatuuril 800 ° C (1470 ° F) titaandiitriidi moodustamiseks. Tänu suurele reaktsioonivõimele hapniku, lämmastiku ja mõnede muude gaasidega kasutatakse titaani kiude titaani sublimatsioonipumpades nende gaaside absorbeerijatena. Need pumbad on odavad ja annavad ülikõrgvaakumsüsteemides usaldusväärselt ülimadalat rõhku.

Tavalised 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 ning seda on leitud Päikese- ja M-tüüpi tähtedel, mille pinnatemperatuur on 3200 ° C (5790 ° F).

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

Tootmine ja tootmine

Praegu on välja töötatud ja kasutatud umbes 50 klassi titaani ja titaanisulameid. Tänapäeval tunnustatakse 31 titaanmetalli ja sulamite klassi, millest 1. – 4. Klass on kaubanduslikult puhas (legeerimata). Tõmbetugevuse poolest erinevad need sõltuvalt hapnikusisaldusest, kusjuures klass 1 on kõige plastilisem (väikseim tõmbetugevus hapnikusisaldusega 0,18%) ja 4. klass on kõige vähem plastne (maksimaalne tõmbetugevus hapnikusisaldusega 0,40%) ).

Ülejäänud klassid on sulamid, millel on spetsiifilised omadused:

plastist;
tugevus;
kõvadus;
elektritakistus;
spetsiifiline korrosioonikindlus ja nende kombinatsioonid.

Lisaks nendele spetsifikatsioonidele valmistatakse titaanisulameid ka lennundus- ja kosmosesektori nõuete täitmiseks sõjavarustus (SAE-AMS, MIL-T), ISO standardid ja riigipõhised spetsifikatsioonid ning lõppkasutaja nõuded lennundus-, sõja-, meditsiini- ja tööstusrakendustele.

Kaubanduslikult puhast lamedat toodet (leht, plaat) saab hõlpsasti moodustada, kuid töötlemisel tuleb arvestada tõsiasja, et metallil on "mälu" ja kalduvus tagasi tulla. See kehtib eriti mõne kõrgtugeva sulami kohta.

Titaani kasutatakse sageli sulamite valmistamiseks:

alumiiniumiga;
vanaadiumiga;
vasega (kõvastumiseks);
rauaga;
mangaaniga;
molübdeeni ja muude metallidega.

Kasutusalad

Titaanisulamid lehtede, tahvlite, vardade, traatide, valude kujul leiavad rakendust tööstus-, lennundus-, kosmeetika- ja arenevatel turgudel. Pulbrilist titaani 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 õhusõidukites, soomustes, merelaevad, kosmoselaevad ja raketid.

Nendes rakendustes sulatatakse titaan alumiiniumi, tsirkooniumi, nikli, vanaadiumi ja muude elementidega, et toota mitmesuguseid komponente, sealhulgas kriitilised konstruktsioonielemendid, tulemüürid, maandumisvarustus, väljalasketorud (helikopterid) ja hüdrosüsteemid... Tegelikult kasutatakse umbes kaks kolmandikku toodetud titaanmetallist lennukimootorites ja raamides.

Kuna titaanisulamid on vastupidavad merevee korrosioonile, kasutatakse neid sõukruvivõllides, soojusvahetite tööriistades jm. Neid sulameid kasutatakse kereosades ja komponentides ookeani vaatluse ning teaduse ja sõjaväe seireseadmete jaoks.

Spetsiifilisi sulameid kasutatakse aukudes ja õlikaevud ja nikli hüdrometallurgia nende kõrge tugevuse tõttu. Tselluloosi - ja paberitööstus kasutab aastal titaani tehnoloogilised seadmedkokkupuutel agressiivsete keskkondadega nagu naatriumhüpoklorit või märg kloorgaas (pleegitamisel). Muud rakendused hõlmavad ultraheli keevitamist, lainete jootmist.

Lisaks kasutatakse neid sulameid autodes, eriti auto- ja mootorrattavõistlustel, kus oluline on väike kaal, tugev tugevus ja jäikus.

Titaanit kasutatakse paljudes sporditoodetes: tennisereketid, golfikepid, lakrosivarred; kriket, jäähoki, lakros- ja jalgpallikiivrid ning jalgratta raamid ja komponendid.

Tänu oma vastupidavusele on titaan muutunud disainerite (eriti titaanist rõngaste) jaoks populaarsemaks. Selle inertsus muudab selle heaks valikuks allergikutele või neile, kes kannavad ehteid sellistes keskkondades nagu basseinid. Titaani sulatatakse kullaga ka sulami saamiseks, mida saab müüa 24K kullana, kuna madalama klassi nõudmiseks ei piisa 1% Ti-st. Saadud sulam on umbes 14 k kuld kõvadusega ja vastupidavam kui puhas 24 k kuld.

Ettevaatusabinõud

Titaan pole isegi suurtes annustes toksiline... Pulbrina või metallilaastude kujul kujutab see endast tõsist tuleohtu ja õhus kuumutamisel plahvatusohtu.

Titaanisulamite omadused ja kasutusalad

Allpool on ülevaade kõige sagedamini leitud titaanisulamitest, mis on jagatud klassidesse, nende omaduste, eeliste ja tööstuslike rakenduste hulka.

7. klass

7. klass on mehaaniliselt ja füüsikaliselt samaväärne 2. klassi puhta titaaniga, välja arvatud vahe pallaadium, mis muudab selle sulamiks. Sellel on suurepärane keevitatavus ja elastsus, mis on kõigi seda tüüpi sulamite kõige suurem korrosioonikindlus.

Aastal kasutatud klass 7 keemilised protsessid ja tootmisseadmete komponendid.

11. klass

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

Muud kasulikud omadused sisaldavad optimaalset nõtkust, tugevust, sitkust ja suurepärast keevitatavust. Seda sulamit saab kasutada eriti seal, kus probleemiks on korrosioon:

keemiline töötlemine;
kloraadi tootmine;
magestamine;
mererakendused.

Ti 6Al-4V, klass 5

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

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

See on parim sulam, mida kasutada mitmes tööstusharusnagu kosmosetööstus, meditsiini-, mere- ja keemiatööstustööstus. Seda saab kasutada järgmise loomisel:

lennukiturbiinid;
mootori komponendid;
õhusõiduki konstruktsioonielemendid;
kosmosesõidukite kinnitusvahendid;
suure jõudlusega automaatsed osad;
spordivarustus.

Ti 6AL-4V ELI, klass 23

23. klass - kirurgiline titaan. Ti 6AL-4V ELI ehk 23. klass on Ti 6Al-4V suurema puhtusega versioon. Seda saab valmistada rullidest, kiududest, juhtmetest või lamedatest juhtmetest. See on parim valik igas olukorras, kus on vajalik kõrge tugevuse, väikese kaalu, hea korrosioonikindluse ja kõrge sitkuse kombinatsioon. Sellel on suurepärane kahjustuskindlus.

Seda saab kasutada biomeditsiinilistes rakendustes, näiteks siirdatavates komponentides, selle bioloogilise ühilduvuse, hea väsimustugevuse tõttu. Seda saab kasutada ka kirurgiliste protseduuride käigus selliste konstruktsioonide valmistamiseks:

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

12. klass

12. klassi titaanil on suurepärane kvaliteetne keevitatavus. See on kõrge tugevusega sulam, mis tagab hea vastupidavuse kõrgel temperatuuril. 12. klassi titaanil on 300-seeria roostevabast terasest sarnased omadused.

Selle võime kujundada mitmel viisil muudab selle kasulikuks paljudes rakendustes. Selle sulami kõrge korrosioonikindlus muudab selle tootmisseadmete jaoks ka hindamatuks. Klass 12 saab kasutada järgmistes tööstusharudes:

soojusvahetid;
hüdrometallurgilised rakendused;
kemikaalide tootmine kõrgel temperatuuril;
mere- ja õhukomponendid.

Ti 5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2.5Sn on sulam, mis suudab tagada hea keevitatavuse. Sellel on ka kõrge temperatuuri stabiilsus ja kõrge tugevus.

Ti 5Al-2,5Sn kasutatakse peamiselt lennunduses ja krüogeensetes seadmetes.

Kõik, mida peate teadma titaani kohta, lisaks kroom ja volfram

Paljusid huvitab küsimus: mis on maailma kõige raskem metall? See on titaan. Seda tahke aine ja suurem osa artiklist pühendatakse. Tutvume veidi ka selliste kõvade metallidega nagu kroom ja volfram.

9 huvitavat fakti titaani kohta

1. On mitmeid versioone, miks metall sai sellise nime. Ühe teooria järgi sai see nime titanite, kartmatute üleloomulike olendite järgi. Teise versiooni järgi pärineb nimi haldjate kuningannalt Titanialt.
2. Titaani avastas 18. sajandi lõpus üks saksa ja inglise keemik.
3. Titaani pole selle loodusliku habrasuse tõttu pikka aega tööstuses kasutatud.
4. 1925. aasta alguses, pärast katseseeriat, said keemikud puhta titaani.
5. Titaankiibid on väga tuleohtlikud.
6. See on üks kergemaid metalle.
7. Titaan võib sulada ainult temperatuuril üle 3200 kraadi.
8. Keeb temperatuuril 3300 kraadi.
9. Titaan on hõbedast värvi.

Titaani avastamise ajalugu

Metalli, mis 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 pani oma avastusele nime - Menakin.

Enam kui 30 aastat hiljem saadi esimene titaanisulam, mis osutus äärmiselt rabedaks ja seda ei saanud kuskil kasutada. Arvatakse, et alles 1925. aastal eraldati titaan puhtal kujul, millest sai tööstuse üks nõutumaid metalle.

On tõestatud, et vene teadlasel Kirillovil õnnestus puhas titaan eraldada 1875. aastal. Ta avaldas oma tööd üksikasjalikult tutvustava brošüüri. Vähetuntud venelase uurimistöö jäi aga tähelepanuta.

Üldteave titaani kohta

Titaanisulamid on mehaanikute ja inseneride päästetöö. Näiteks on lennukikere valmistatud titaanist. Lennu ajal saavutab see helikiirusest mitu korda suurema kiiruse. Titaanist ümbris soojeneb üle 300 kraadi ja ei sula.

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

Titaanide kogu maailma varu on üle 700 miljoni tonni. Kui tootmise määr jääb samaks, kestab titaan veel 150–160 aastat.

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

Titaani omadused

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

Titaani aatomkaal on 47, 88 amu, järjekorranumber keemilises perioodilisustabelis on 22. Väliselt sarnaneb see terasega väga.

Metalli mehaaniline tihedus on 6 korda suurem kui alumiiniumil, 2 korda suurem kui raual. See võib kombineerida hapniku, vesiniku, lämmastikuga. Kui see on seotud süsinikuga, moodustab metall uskumatult kõvad karbiidid.

Titaani soojusjuhtivus on neli korda väiksem kui raual ja 13 korda vähem kui alumiiniumil.

Titaani kaevandamise protsess

Maal on palju titaani, kuid selle väljaheitmine soolestikust maksab palju raha. Tootmiseks kasutatakse jodiidi meetodit, mille autor on Van Arkel de Boer.

Meetod põhineb metalli võimel ühenduda joodiga; pärast selle ühendi lagunemist võib saada puhast lisandeid puhast titaani.

Kõige huvitavamad asjad titaanist:

proteesid meditsiinis;
mobiilseadmete plaadid;
raketikompleksid kosmoseuuringuteks;
torujuhtmed, pumbad;
varikatused, karniisid, hoonete välisvooder;
enamus osi (šassii, nahk).

Titaani kasutusvaldkonnad

Titaani kasutatakse aktiivselt sõjalises valdkonnas, meditsiinis ja ehetes. Talle pandi mitteametlik nimi "tuleviku metall". Paljud inimesed ütlevad, et see aitab unistustest tegelikkuseks saada.

Maailma kõige raskemat metalli kasutati esialgu sõjaväe- ja kaitsesektoris. Tänapäeval on titaantoodete peamine tarbija lennukitööstus.

Titaan on mitmekülgne ehitusmaterjal. Aastaid on seda kasutatud lennukiturbiinide loomiseks. Lennukimootorites kasutatakse titaani ventilaatorielementide, kompressorite ja ketaste valmistamiseks.

Kaasaegse õhusõiduki disain võib sisaldada kuni 20 tonni titaanisulamist.

Titaani peamised kasutusvaldkonnad õhusõidukite ehitamisel:

ruumitooted (uste, luukide, voodrite, põrandakatete ääred);
raskele koormusele alluvad üksused ja sõlmed (porilauaklambrid, telikute tugipostid, hüdrosilindrid);
mootori osad (korpus, kompressori labad).

Titaan kosmoses, rakettides ja laevaehituses

Tänu titaanile suutis inimene läbida helibarjääri ja murda Kosmosesse. Seda kasutati mehitatud raketisüsteemide loomiseks. Titaan talub kosmilist kiirgust, temperatuuri muutusi ja liikumiskiirust.

Sellel metallil on väike tihedus, mis on oluline laevaehitustööstuses. Titaantooted on kerged, mis tähendab, et kaal väheneb, selle manööverdusvõime, kiirus ja tööulatus suurenevad. Kui laeva kere on kaetud titaaniga, ei pea seda aastaid värvima - titaan ei roosteta merevees (korrosioonikindlus).

Enamasti kasutatakse seda metalli laevaehituses turbiinimootorite, aurukatelde ja kondensaatoritorude tootmiseks.

Nafta ja titaan

Superdeep puurimist peetakse paljulubavaks alaks titaanisulamite kasutamisel. Maa-aluste ressursside uurimiseks ja kaevandamiseks on vaja tungida sügavale maa alla - üle 15 tuhande meetri. Näiteks alumiiniumist puurtorud lõhkevad nende enda raskusjõu tõttu ja ainult titaanisulamid võivad tõeliselt sügavale minna.

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

naftatootmisrajatised;
surveanumad;
süvaveepumbad, torujuhtmed.

Titaan spordis, meditsiinis

Titaan on spordiväljakul ülipopulaarne oma tugevuse ja kerguse tõttu. Aastakümneid tagasi kasutati titaanisulamitest jalgratast - esimest spordivarustust, mis oli valmistatud maailma kõige raskemast materjalist. Kaasaegne ratas koosneb titaankorpusest, samadest piduri- ja istmevedrudest.

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

Enamik esemeid, mis asuvad mägironijate ja reisijate seljakottides, on valmistatud titaanist - lauanõud, toidu valmistamise komplektid, telkide tugevdamise tähised. Titaanist jääkirved on väga populaarne spordivarustus.

See metall on meditsiinitööstuses väga nõutud. Enamik kirurgilisi instrumente on valmistatud titaanist - kerged ja mugavad.

Tuleviku metalli teine \u200b\u200bkasutusvaldkond on proteeside loomine. Titaan "ühendab" täiuslikult inimese keha. Arstid nimetasid seda protsessi "tõeliseks suguluseks". Titaanstruktuurid on lihastele ja luudele ohutud, põhjustavad harva allergilist reaktsiooni ega varise kehavedelike mõjul kokku. Titaanproteesid on vastupidavad ja taluvad tohutut füüsilist koormust.

Titaan on hämmastav metall. See aitab inimesel jõuda enneolematu kõrguseni erinevates eluvaldkondades. Teda armastatakse ja austatakse tugevuse, kerguse ja paljude aastate pikkuse teenistuse eest.

Kroom on üks kõvemaid metalle.

Huvitavad faktid kroomi kohta

1. Metalli nimi tuleneb kreekakeelsest sõnast "chroma", mis tähendab värvi.
2. Looduslikus keskkonnas ei leidu kroomi puhtal kujul, vaid ainult kroomrauamaagi, topeltoksiidi kujul.
3. Suurimad metallimaardlad asuvad Lõuna-Aafrikas, Venemaal, Kasahstanis ja Zimbabwes.
4. Metalli tihedus - 7200kg / m3.
5. Kroom sulab 1907 kraadi juures.
6. Keeb temperatuuril 2671 kraadi.
7. Täiuslikult puhast kroomi ilma lisanditeta iseloomustab nõtkus ja sitkus. Hapniku, lämmastiku või vesinikuga kombineerituna muutub metall habras ja väga kõvaks.
8. Selle hõbevalge metalli avastas prantslane Louis Nicolas Vauquelin 18. sajandi lõpus.

Kroommetalli omadused

Kroom on väga kõrge kõvadusega ja suudab klaasi lõigata. Seda ei oksüdeeri õhk ega niiskus. Metalli kuumutamisel toimub oksüdeerumine ainult pinnal.

Aastas tarbitakse üle 15 000 tonni puhast kroomi. Suurbritannia ettevõtet Bell Metals peetakse puhtaima kroomi tootmisel liidriks.

Enamasti tarbitakse kroomi USA-s, Euroopa lääneriikides ja Jaapanis. Kroomturg on kõikuv ja hinnad ulatuvad laias vahemikus.

Kroomi kasutusalad

Enamasti kasutatakse seda sulamite ja galvaniseeritud kattekihtide (transpordiks kroomitud plaatide) loomiseks.

Kroomi lisatakse terasele, et parandada metalli füüsikalisi omadusi. Nende sulamite järele on kõige rohkem nõudlust mustmetallurgias.

Kõige populaarsem terasklass koosneb kroomist (18%) ja niklist (8%). Sellised sulamid peavad suurepäraselt vastu oksüdeerumisele, korrosioonile ja on tugevad ka kõrgel temperatuuril.

Kütteahjud on valmistatud terasest, mis sisaldab kolmandikku kroomi.

Mida veel kroomi tehakse?

1. Tulirelva tünnid.
2. Juhtum allveelaevad.
3. Metallurgias kasutatavad tellised.

Teine äärmiselt kõva metall on volfram.

Huvitavad faktid volframi kohta

1. Metalli nimi saksa keeles tõlgituna ("Wolf Rahm") tähendab "hundivahtu".
2. See on kõige tulekindlam metall maailmas.
3. Volframil on helehall värv.
4. Metalli avastas 18. sajandi lõpus (1781) rootslane Karl Scheele.
5. Volfram sulab 3422 kraadi juures, keeb 5900 juures.
6. Metalli tihedus on 19,3 g / cm³.
7. Aatomimass - 183,85, VI rühma element Mendelejevi perioodilises süsteemis (seerianumber - 74).

Volframi kaevandamise protsess

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

Volframi tootmine koosneb kolmest etapist:

metalli eraldamine maagist, selle kogunemine lahusesse;
ühendi valik, selle puhastamine;
eritumine puhas metall valmis keemilisest ühendist.
Lähteaineks volframi saamiseks on skeeliit ja volframiit.

Volframi rakendused

Volfram on kõige karmimate sulamite selgroog. Seda kasutatakse lennukimootorite, elektriliste vaakumseadmete osade ja niitide valmistamiseks.
Metalli kõrge tihedus võimaldab volframi kasutada ballistiliste rakettide, kuulide, vastukaalude ja suurtükimürskude loomiseks.

Volframil põhinevaid ühendeid kasutatakse muude metallide töötlemiseks, mäetööstuses (puurimine), värvi- ja lakitööstuses ning tekstiilitööstuses (orgaanilise sünteesi katalüsaatorina).

Kompleksseid volframiühendeid kasutatakse:

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

"Maailma kõige raskemate metallide" edetabelis on titaan, kroom ja volfram. Neid kasutatakse paljudes inimtegevuse valdkondades - õhusõidukid ja raketid, sõjavägi, ehitus ja samal ajal pole see kaugeltki kogu metalli rakendusala.

Titaani ja titaanil põhinevaid sulameid kasutatakse kõige rohkem erinevates valdkondades... Esiteks on titaanisulamid leidnud mitmesuguste seadmete ehitamisel laialdast rakendust, kuna neil on kõrge korrosioonikindlus, mehaaniline tugevus, madal tihedus, kuumuskindlus ja paljud muud omadused. Arvestades titaani omadusi ja rakendusi, ei saa märkimata jätta selle üsna kõrget hinda. Kuid seda kompenseerivad täielikult materjali omadused ja vastupidavus.

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

Titaani põhiomadused

Titaan kuulub keemiliste elementide perioodilise süsteemi 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 on 3300 °. Mis puutub sellisesse omadusse nagu varjatud sulamissoojus ja aurustumine, siis titaani puhul on see peaaegu kaks korda suurem kui raua omadusel.

Sellel on 2 allotroopset modifikatsiooni:

Madal temperatuur, mis võib eksisteerida kuni temperatuurini 882,5 °.
Kõrgele temperatuurile vastupidav alates 882,5 ° kuni sulamistemperatuur.

Sellised omadused nagu erisoojus ja tihedus asetavad titaani kahe kõige ulatuslikuma struktuurse kasutusega materjali: raua ja alumiiniumi vahele. Titaani mehaaniline tugevus on peaaegu 2 korda suurem kui puhta raua ja alumiiniumi puhul peaaegu 6 korda suurem. Kuid titaani omadused on sellised, et see suudab absorbeerida suures koguses vesinikku, hapnikku ja lämmastikku, mis mõjutab negatiivselt materjali plastilisi omadusi.

Materjalil on väga madal soojusjuhtivus. Võrdluseks võib öelda, et raua korral on see neli korda suurem ja alumiiniumi korral 12. Mis puutub sellisesse omadusse nagu soojuspaisumistegur, siis toatemperatuuril on see suhteliselt madal väärtus ja tõuseb temperatuuri tõustes.

Titaanil on madalad elastsed moodulid. Kui temperatuur tõuseb 350 ° -ni, hakkavad need langema peaaegu lineaarselt. Just see hetk on materjali oluline puudus.

Titaani iseloomustab üsna kõrge elektritakistuse väärtus. See võib kõikuda üsna laias vahemikus ja sõltub lisandite sisaldusest.

Titaan on paramagnetiline materjal. Selliseid aineid iseloomustab magnetilise vastuvõtlikkuse vähenemine kuumutamisel. Titaan on siiski erand - temperatuuri tõustes suureneb selle magnetiline vastuvõtlikkus märkimisväärselt.

Titaani kasutusvaldkonnad

Titaanisulamist meditsiinilisi instrumente iseloomustab kõrge korrosioonikindlus, bioloogiline vastupidavus ja nõtkus.

Materjali omadused pakuvad üsna laia valikut rakendusi. Seega kasutatakse titaanisulameid laevade ja mitmesuguste seadmete ehitamisel suures mahus. Materjali kasutamine legeeriva lisaainena kvaliteetsete teraste jaoks ja desoksüdeerijana on tõestatud. Niklisulamid on leidnud rakendust inseneriteaduses ja meditsiinis. Sellistel ühenditel on ainulaadsed omadused, eelkõige on neil kuju mälu.

Kompaktse titaani kasutamine kõrgetel temperatuuridel kasutatavate elektrivaakumseadmete osade tootmisel on tõestatud. Tehnilise titaani omadused võimaldavad seda kasutada ventiilide, torujuhtmete, pumpade, liitmike ja muude toodete jaoks, mis on mõeldud kasutamiseks agressiivsetes tingimustes.

Sulameid iseloomustab ebapiisav termiline tugevus, kuid neil on kõrge korrosioonikindlus... See võimaldab keemias kasutada mitmesuguseid titaanil põhinevaid sulameid. Näiteks kasutatakse seda materjali väävel- ja vesinikkloriidhappe pumpamiseks mõeldud pumpade valmistamiseks. Siiani saab klooritööstusele mõeldud mitmesuguste seadmete valmistamiseks kasutada ainult sellel materjalil põhinevaid sulameid.

Titaani kasutamine transporditööstuses

Sellel materjalil põhinevaid sulameid kasutatakse soomusüksuste valmistamiseks. Erinevate transporditööstuses kasutatavate konstruktsioonielementide asendamine võib vähendada kütusekulu, suurendada kasulikku koormust, suurendada toodete väsimuspiiri ja parandada paljusid muid omadusi.

- seadmete tootmisel keemiatööstus titaanist on kõige olulisem omadus metalli korrosioonikindlus.

Materjal sobib hästi kasutamiseks raudteeehituses. Üks peamisi väljakutseid, millega raudteel tuleb tegeleda, on seotud tühimasside vähendamisega. Titaanist valmistatud vardade ja lehtede kasutamine võib oluliselt vähendada kompositsiooni kogumassi, vähendada teljekarpide ja kaelade suurust ning säästa veojõudu.

Kaal on üsna märkimisväärne ka järelveetavate sõidukite puhul. Titaani kasutamine terase asemel rataste ja telgede valmistamisel võib ka kasulikku koormust märkimisväärselt suurendada.

Materjali omadused võimaldavad seda kasutada autotööstuses. Materjali iseloomustab heitgaasisüsteemide ja vedrude tugevuse ja kaaluomaduste optimaalne kombinatsioon. Titaani ja selle sulamite kasutamine võib märkimisväärselt vähendada heitgaaside mahtu, vähendada kütusekulusid ning laiendada vanametalli ja tööstusjäätmete kasutamist nende uuesti sulatamise teel. Materjalil ja selle sulamitel on teiste kasutatud lahenduste ees palju eeliseid.

Uute osade ja konstruktsioonide väljatöötamise peamine ülesanne on vähendada nende massi, millest sõltub sõiduki enda liikumine ühel või teisel määral. Liikuvate osade ja komponentide massi vähendamine võimaldab potentsiaalselt vähendada kütusekulusid. Titaanosad on oma töökindlust korduvalt tõestanud. Neid kasutatakse laialdaselt lennundustööstuses ja võidusõiduautode ehitamisel.

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

Titaani ja selle sulamite kasutamine ehituses

Titaan-tsingisulamit kasutatakse ehituses laialdaselt. Seda sulamit iseloomustavad suured mehaanilised omadused ja korrosioonikindlus, kõrge jäikus ja nõtkus. Sulami koostis sisaldab kuni 0,2% legeerivaid lisaaineid, mis toimivad struktuuri modifitseerijatena. Tänu alumiiniumile ja vasele on tagatud vajalik nõtkus. Lisaks võimaldab vase kasutamine suurendada materjali lõplikku tõmbetugevust ja keemiliste elementide kombinatsioon aitab vähendada paisumiskoefitsienti. Sulamist kasutatakse ka heade esteetiliste omadustega pikkade ribade ja lehtede tootmiseks.

Titaanit kasutatakse kosmosetehnoloogias sageli oma kerguse, tugevuse ja tulekindluse tõttu.

Spetsiaalselt ehituse jaoks oluliste titaan-tsingisulami peamiste omaduste hulka kuuluvad keemilised ja füüsikalised omadused, nagu kõrge korrosioonikindlus, hea välimus ja ohutus inimeste tervisele ja keskkonnale.

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

Sulami ulatus on väga lai. Seda kasutatakse fassaadi- ja katusetöödel, sellest valmistatakse erineva konfiguratsiooniga ja peaaegu igasuguse keerukusega tooteid, seda kasutatakse laialdaselt mitmesuguste dekoratiivesemete nagu vihmaveerennid, mõõnade, katuseharja jne tootmisel.

Selle sulami kasutusiga on väga pikk. Rohkem kui sajandi jooksul ei nõua see värvimist ja sagedast käimasolevat remonti. Samuti tuleks materjali oluliste eeliste hulgas välja tuua selle taastumisvõime. Väiksemad kahjustused okste, lindude jms kriimustuste näol. mõne aja pärast elimineeritakse nad ise.

Nõuded ehitusmaterjalidele muutuvad üha tõsisemaks ja karmimaks. Mitme riigi teadusettevõtted on uurinud pinnast, mis on ehitatud tsink-titaanisulamist ehitatud hoonete ümber. Uurimistulemused on kinnitanud, et materjal on täiesti ohutu. Sellel ei ole kantserogeenseid omadusi ega kahjusta inimeste tervist. Tsink-titaan on mittesüttiv ehitusmaterjal, mis suurendab ohutust veelgi.

Võttes arvesse kõiki loetletud positiivseid omadusi, on selline kasutatav ehitusmaterjal umbes kaks korda odavam kui katusekattega vask.

Sulamil on kaks oksüdatsiooniastet. Aja jooksul muudab see värvi ja kaotab metallilise läike. Alguses muutub tsink-titaan helehalliks ja mõne aja pärast omandab see ülla tumehalli tooni. Praegu puutub materjal teadlikult kokku keemilise vananemisega.

Titaani ja selle sulamite kasutamine meditsiinis

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

Titaani kasutatakse laialdaselt meditsiinivaldkonnas. Eeliste hulgas, mis võimaldasid sellel nii populaarseks saada, tuleb märkida suurt tugevust ja vastupidavust korrosioonile. Lisaks ei leitud ühelgi patsiendil titaani suhtes allergiat.

Meditsiinis kasutatakse kaubanduslikult puhast titaani ja Ti6-4Eli sulamist. Selle kasutamisel valmistatakse kirurgilisi instrumente, mitmesuguseid väliseid ja sisemisi proteese kuni südameklappideni. Titaanist valmistatakse ratastoole, karke ja muid seadmeid.

Mitmed uuringud ja katsed kinnitavad materjali ja selle sulamite suurepärast bioloogilist ühilduvust inimese eluskoega. Pehmed ja luukoed kasvavad koos nende materjalidega probleemideta. Madal elastsusmoodul ja kõrge eritugevus muudavad titaani endoproteesimiseks väga heaks materjaliks. See on märgatavalt kergem kui tina-, teras- ja koobaltipõhised sulamid.

Seega võimaldavad titaani omadused seda aktiivselt kasutada väga erinevates valdkondades - alates torude ja katuste valmistamisest kuni meditsiinilise proteesimiseni ja kosmoseaparaatide ehitamiseni.

Suurem osa titaanist kulutatakse lennunduse ja raketitehnoloogia ning laevaehituse vajadustele. Seda, nagu ka ferrotitaniumit, kasutatakse kvaliteetsete teraste legeeriva lisandina ja desoksüdeerijana. Tehnilist titaani kasutatakse paakide, keemiliste reaktorite, torujuhtmete, liitmike, pumpade, ventiilide ja muude söövitavas keskkonnas töötavate toodete valmistamiseks. Tihendatud titaanist tehakse kõrgel temperatuuril töötavate elektriliste vaakumseadmete võrgusilmi ja muid osi.

Struktuurimaterjalina kasutamise osas on Ti 4. kohal, jäädes alla ainult Al-le, Fe-le ja Mg-le. Titaanaluminiidid on väga oksüdeeruvad ja kuumuskindlad, mis omakorda on määranud nende kasutamise lennunduses ja autotööstuses struktuurimaterjalidena. Selle metalli bioloogiline ohutus muudab selle suurepäraseks materjaliks toidutööstus ja rekonstruktiivkirurgia.

Titaani ja selle sulameid kasutatakse tehnoloogias laialdaselt tänu nende suurele mehaanilisele tugevusele, mis säilib kõrgel temperatuuril, korrosioonikindlus, kuumuskindlus, eritugevus, madal tihedus ja muud kasulikud omadused. Paljudel juhtudel kompenseeritakse selle metalli ja sellel põhinevate materjalide kõrge hind nende suurema efektiivsusega ning mõnel juhul on need ainsad toormaterjalid, millest saab valmistada seadmeid või struktuure, mis võivad nendes eritingimustes töötada.

Titaanisulamid mängivad olulist rolli lennundustehnikas, kus nad püüavad saavutada kergeima disaini koos vajaliku tugevusega. Ti on teiste metallidega võrreldes kerge, kuid see võib töötada kõrgel temperatuuril. Ti-põhiseid materjale kasutatakse naha, kinnitusdetailide, toiteploki, šassiiosade ja mitmesuguste üksuste valmistamiseks. Neid materjale kasutatakse ka lennunduse struktuurides reaktiivmootorid... See võimaldab teil vähendada nende kaalu 10-25%. Titaanisulamitest toodetakse kompressorkettaid ja labasid, mootorite õhu sisselaskeavade ja juhikute osi ning mitmesuguseid kinnitusvahendeid.

Teine rakendusala on raketipildistamine. Pidades silmas mootorite lühiajalist tööd ja atmosfääri tihedate kihtide kiiret läbimist raketis, on väsimustugevuse, staatilise vastupidavuse ja osaliselt roomamise probleemid suures osas kõrvaldatud.

Ebapiisavalt kõrge termilise tugevuse tõttu ei sobi tehniline titaan lennunduses kasutamiseks, kuid äärmiselt kõrge korrosioonikindluse tõttu on see mõnel juhul keemiatööstuses ja laevaehituses hädavajalik. Nii kasutatakse seda kompressorite ja pumpade tootmiseks agressiivsete keskkondade, näiteks väävel- ja vesinikkloriidhappe ning nende soolade, torujuhtmete, ventiilide, autoklaavide, erinevat tüüpi anumate, filtrite jne pumpamiseks. Ainult Ti-l on korrosioonikindlus sellistes keskkondades nagu niiske kloori, vesilahuse ja happelise kloori lahused, seetõttu valmistatakse klooritööstuse seadmed sellest metallist. Seda kasutatakse ka söövitavate keskkondade, näiteks lämmastikhappes töötavate (mitte auravate) soojusvahetite valmistamiseks. Laevaehituses kasutatakse titaani sõukruvide valmistamiseks, laevade, allveelaevade, torpeedode jms korpuste valmistamiseks. Selle materjali külge ei jää kestad, mis suurendavad järsult anuma vastupanu selle liikumisel.

Titaanisulamid on paljulubavad kasutamiseks paljudes muudes rakendustes, kuid nende levikut tehnoloogias piirab selle metalli kõrge hind ja ebapiisav levimus.

Titaaniühendeid kasutatakse laialdaselt ka erinevates tööstusharudes. Karbiid (TiC) on kõrge kõvadusega ja seda kasutatakse lõikeriistade ja abrasiivmaterjalide valmistamiseks. Valget dioksiidi (TiO 2) kasutatakse nii värvides (nt titaanvalge) kui ka paberi ja plasti valmistamisel. Titaanorgaanilisi ühendeid (näiteks tetrabutoksütitaanium) kasutatakse katalüsaatori ja kõvendajana keemia-, värvi- ja lakitööstuses. Anorgaanilisi Ti ühendeid kasutatakse keemilise elektroonika, klaaskiustööstuses lisandina. Diboriid (TiB 2) on metallkonstruktsioonis olevate ülikõvade materjalide oluline komponent. Tööriistade katmiseks kasutatakse nitriidi (TiN).

1941 Keemistemperatuur 3560 Ud. termotuumasüntees 18,8 kJ / mol Ud. aurustumissoojus 422,6 kJ / mol Molaarne soojusmaht 25,1 J / (K mol) Molaarne maht 10,6 cm3 / mol Lihtsa aine kristallvõre Võre struktuur kuusnurkne
tihedalt pakitud (α-Ti) Võre parameetrid a \u003d 2,951 c \u003d 4,697 (a-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 lihtne

✪ Titanium - KÕVIM METALL MAAL!

✪ keemia 57. titaanelement. Elavhõbe - meelelahutusteaduste akadeemia

✪ titaani tootmine. Titaan on üks tugevamaid metalle maailmas!

✪ Iridium on Maa kõige haruldasem metall!

Subtiitrid

Tere kõigile! Teiega, Aleksander Ivanov ja see on projekt "Keemia on lihtne" Ja nüüd valgustame natuke titaaniga! Nii näeb välja paar grammi puhast titaani, mis saadi ammu Manchesteri ülikoolist, kui see polnud veel ülikool. See proov on pärit samast muuseumist. Nii näeb välja peamine mineraal, millest titaani kaevandatakse. See on rutiil. Kokku on teada üle 100 mineraali sisaldavad titaani. 1867. aastal mahtus kõik, mida inimesed titaani kohta teadsid, 1-leheküljelisse õpikusse. 20. sajandi alguseks pole midagi palju muutunud. 1791. aastal avastas inglise keemik ja mineraloog William Gregor mineraalmenakiniidist uus üksus ja pani sellele nimeks "Menakin". Veidi hiljem, 1795. aastal, avastas Saksa keemik Martin Klaproth uue mineraali - rutiili - uue nime. Titaan sai oma nime Klaprothilt, kes pani sellele nimeks päkapikkude kuninganna Titania. Teise versiooni kohaselt pärineb elemendi nimi aga titaanidelt , maajumalanna vägevad pojad - Gaia. Kuid 1797. aastal selgus, et Gregor ja Klaproth avastasid sama keemilise elemendi. Kuid nimi jäi samaks, mille Klaproth andis. Kuid Gregor ega Klaproth ei saanud titaanmetalli. Nad said valge kristallipulbri , milleks oli titaandioksiid Esmakordselt sai metallist titaani vene teadlane D.K. Kirilov 1875. aastal. Kuid kuna see juhtub ilma korraliku kajastuseta, ei märganud tema tööd. Siis said rootslased L. Nilsson ja O. Peterson puhast titaani ja prantslane Moissan. Alles 1910. aastal parandas Ameerika keemik M. Hunter seniseid titaani saamise meetodeid ja sai mitu grammi puhast 99% titaani. Seetõttu on enamikus raamatutes just Hunter märgitud teadlasena, kes sai titaani jaoks Suure Tuleviku metallist titaani, keegi ei ennustanud, kuna selle koostises olid vähimadki lisandid selle väga habras ja habras, mis ei võimaldanud mehaanilist kasutamist töötlemine Seetõttu leidsid mõned titaandiühendid oma laialdase kasutamise enne metalli enda kasutamist. Titaantetrakloriidi kasutati Esimeses maailmasõjas suitsuekraanide loomiseks. Vabas õhus hüdrolüüsitakse titaantetrakloriid titaanoksükloriidide ja titaanoksiidi moodustamiseks. Valge suits, mida näeme, on oksükloriidide osakesed ja titaanoksiid Mis täpselt on osakesed Meid saab kinnitada, kui tilgutame paar tilka titaantetrakloriidi vette. Titaantetrakloriidi kasutatakse praegu metallist titaani saamiseks. Puhta titaani saamise meetod pole saja aasta jooksul muutunud. Esiteks muundatakse titaandioksiid kloori abil titaantetrakloriidiks, millest me varem rääkisime. magneesiumsoojuse abil saadakse titaantetrakloriid titaantetrakloriidist, mis moodustub käsna kujul. See protsess viiakse läbi terasest retortides temperatuuril 900 ° C. Reaktsiooni karmide tingimuste tõttu pole meil kahjuks võimalust seda protsessi näidata. Selle tulemusena saadakse titaanist käsn, mis sulatatakse kompaktseks metalliks Ülipuhta titaani saamiseks kasutatakse jodiidi rafineerimise meetodit, mida käsitleme üksikasjalikult tsirkooniumi käsitlevas videos. Nagu te juba märkasite, on titaantetrakloriid tavalistes tingimustes läbipaistev värvitu vedelik. Kui aga võtta titaantrikloriidi, siis on see tahke violetne aine olek molekulis ainult üks kloori aatom vähem ja juba teine \u200b\u200bolek titaantrikloriid on hügroskoopne. Seetõttu on sellega võimalik töötada ainult inertses atmosfääris. Titaantrikloriid lahustub hästi vesinikkloriidhappes. Nüüd jälgite seda protsessi. Lahuses moodustub keeruline ioon 3– Mis on keerukad ioonid, ma ütlen teile millalgi järgmine kord. Vahepeal lihtsalt kohkuge :) Kui lisate saadud lahusele veidi lämmastikhapet, siis moodustub titaandnitraat ja eraldub pruun gaas, mida me tegelikult näeme See on nadititaanhape 1908. aastal hakati USA-s titaandioksiidi kasutama valge tootmiseks, mis asendas plii ja tsingi baasil valget. Titaanvalge oli plii- ja tsinkanaloogide poolest palju parem. Titaanoksiidi kasutati ka emaili tootmiseks, mida kasutati metalli- ja puitkatted laevaehituses Praegu kasutatakse titaandioksiidi toiduainetööstuses valge värvainena - see on lisand E171, mida võib leida krabipulgadest, teraviljadest, majoneesist, närimiskummidest, piimatoodetest jne. Titaandioksiidi kasutatakse ka kosmeetikas - ta siseneb sossi päikesekaitsekreemi tavakohv "Kõik, mis sädeleb, pole kuld" - me teame seda ütlust juba lapsepõlvest peale. Ja seoses tänapäevase kiriku ja titaaniga see sõna otseses mõttes töötab Ja näib, mis võib olla ühist kiriku ja titaani vahel? Ja siin on see: kõigil tänapäevastel kirikutega, mis kullaga kumavad, pole tegelikult kullaga midagi pistmist. Tegelikult on kõik kuplid kaetud titaannitriidiga. Samuti kasutatakse titaannitriidi metalli puuride katmiseks Alles 1925. aastal saadi kõrge puhtusastmega titaan, mis võimaldas seda uurida füüsikalis-keemilised omadused Ja need osutusid fantastilisteks. Selgus, et titaan, olles peaaegu kaks korda kergem kui raud, ületab tugevuse poolest palju teraseid. Ehkki titaan on alumiiniumist poolteist korda raskem, on see temast kuus korda tugevam ja säilitab tugevuse kuni 500 ° C. - titaanil on kõrge elektrijuhtivuse ja mittemagnetiliste omaduste tõttu suur huvi elektrotehnika vastu. Titaanil on kõrge korrosioonikindlus Oma omaduste tõttu on titaan muutunud kosmosetehnoloogiate materjaliks Venemaal asub Verhnaya Saldas VSMPO-AVISMA korporatsioon, mis toodab maailma lennundustööstusele titaani. teha boinge, airbusse, roll-ro Jah, mitmesugused keemiaseadmed ja palju muud kallist rämpsu Kuid igaüks teist saab puhtast titaanist labida või kangi! Ja see pole nali! Ja nii reageerib peeneks hajutatud titaanipulber atmosfääri hapnikuga Tänu sellisele värvilisele põlemisele on titaan pürotehnikas rakendust leidnud. Ja see on kõik, tellige, pange sõrm püsti, ärge unustage projekti toetada ja rääkige sellest oma sõpradele! Kuni!

Ajalugu

TiO 2 avastas inglane peaaegu samaaegselt ja üksteisest sõltumatult W. Gregor?! ja saksa keemik M.G. Klaprot. Magnetilise raualiiva (Creed, Cornwall, Inglismaa) koostist uurides tuvastas W. Gregor tundmatu metalli uue "maa" (oksiidi), millele ta pani nimeks Menakenova. 1795. aastal avastas Saksa keemik Klaproth rutiilimineraalist uue elemendi ja nimetas selle titaaniks. Kaks aastat hiljem tegi Klaproth kindlaks, et rutiil ja Menakena maa on sama elemendi oksiidid, mille taha jäi Klaprothi pakutud nimi titaan. 10 aasta pärast avastati titaan kolmandat korda. Prantsuse teadlane L. Vauquelin avastas anataasis titaani ja tõestas, et rutiil ja anataas on identsed titaanoksiidid.

Esimese metallist titaani proovi sai 1825. aastal J. J. Berzelius. Titaani kõrge keemilise aktiivsuse ja puhastamise keerukuse tõttu said hollandlased A. van Arkel ja I. de Boer puhta ti proovi 1925. aastal titaanjodiidi TiI 4 auru termilisel lagundamisel.

nime päritolu

Metall sai oma nime titaanide, Vana-Kreeka mütoloogia tegelaste, Gaia laste auks. Elemendi nime pani Martin Klaproth vastavalt oma seisukohtadele keemilise nomenklatuuri osas, erinevalt Prantsuse keemiakoolist, kus nad püüdsid nimetada elementi selle keemiliste omaduste järgi. Kuna saksa teadlane ise märkis, et uue elemendi omadusi pole võimalik kindlaks määrata ainult selle oksiidi abil, valis ta sellele mütoloogiast nime, analoogia põhjal varem avastatud uraaniga.

Looduses olemine

Titaan on looduses kõige arvukamalt 10. kohal. Maapõue sisaldus on 0,57 massiprotsenti, merevees - 0,001 mg / l. Ultrababaatilistes kivimites 300 g / t, aluselistes kivimites - 9 kg / t, happelistes kivimites 2,3 kg / t, savides ja kildades 4,5 kg / t. Maapõues on titaan peaaegu alati neljavalentne ja esineb ainult hapnikuühendites. Vabas vormis ei leitud. Titaanil on ilmastiku ja settimise tingimustes geokeemiline afiinsus Al 2 O 3 suhtes. See on kontsentreerunud murenemiskoore boksiidis ja meresavisetetes. Titaan kantakse üle mineraalide mehaaniliste fragmentide kujul ja kolloididena. Mõnes savis koguneb kuni 30 massiprotsenti TiO2. Titaandi mineraalid on ilmastikukindlad ja moodustavad plakatites suuri kontsentratsioone. Tuntud on üle 100 titaani sisaldava mineraali. Neist olulisemad: rutiil TiO 2, ilmeniit FeTiO 3, titanomagnetiit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskiit CaTiO 3, titaniit CaTiSiO 5. On primaarseid titaanimaake - ilmeniidi-titanomagnetiidi ja platsimaake - rutiili-ilmeniidi-tsirkooni.

Sünnikoht

Titaani leiukohad asuvad Lõuna-Aafrikas, Venemaal, Ukrainas, Hiinas, Jaapanis, Austraalias, Indias, Tseilonis, Brasiilias, Lõuna-Koreas ja Kasahstanis. SRÜ riikides on titaanimaagi uuritud varudes esikohal Venemaa Föderatsioon (58,5%) ja Ukraina (40,2%). Venemaa suurim hoius on Jaregskoje.

Reservid ja tootmine

2002. aastal kasutati 90% kaevandatud titaanist titaandioksiidi TiO 2 tootmiseks. Titaandioksiidi toodeti maailmas 4,5 miljonit tonni aastas. Tõestatud titaandioksiidi varud (välja arvatud Venemaa) moodustavad umbes 800 miljonit tonni. USA geoloogiateenistuse andmetel on 2006. aastal titaandioksiidi ja Venemaa arvestuses väljendunud maagi maagid 603–673 miljonit tonni ja rutiilimaagid - 49, 7-52,7 miljonit tonni. Seega piisab maailma tõestatud titaanivarude (välja arvatud Venemaa) praegusel kaevandamiskiirusel enam kui 150 aastaks.

Venemaal on Hiina järel suuruselt teine \u200b\u200btitaani varu maailmas. Titaandi maavaravarude baas koosneb Venemaal 20 maardlast (millest 11 on primaarsed ja 9 loopealsed), mis on kogu riigis üsna ühtlaselt hajutatud. Uuritud maardlatest suurim (Yaregskoye) asub 25 km kaugusel Ukhta linnast (Komi Vabariik). Maardla varud on hinnanguliselt 2 miljardit tonni maaki, mille keskmine titaandioksiidisisaldus on umbes 10%.

Maailma suurim titaani tootja on Venemaa ettevõte VSMPO-AVISMA.

Saamine

Titaani ja selle ühendite tootmise lähteaineks on reeglina titaandioksiid, milles on suhteliselt vähe lisandeid. Eelkõige võib see olla rutiilkontsentraat, mis on saadud titaanimaakide rikastamisel. Kuid rutiili varud on maailmas väga piiratud ja sageli kasutatakse ilmeniidi kontsentraatide töötlemisel saadud nn sünteetilist rutiili või titaani räbu. Titaani räbu saamiseks redutseeritakse ilmeniidi kontsentraat elektrikaarahjus, samal ajal kui raud eraldatakse metallfaasiks (malm) ning mitte redutseeritud titaanioksiidid ja lisandid moodustavad räbufaasi. Rikast räbu töödeldakse kloriidi või väävelhappe meetodil.

Titaanimaagi kontsentraati töödeldakse väävelhappega või töödeldakse pürometallurgiliselt. Väävelhappega töötlemise produkt on titaandioksiid TiO 2 pulber. Pürometallurgilise meetodi abil paagutatakse maak koksiga ja töödeldakse klooriga, saades paar titaantetrakloriidi TiCl4

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

Saadud TiCl4 aurud 850 ° C juures redutseeritakse magneesiumiga:

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

Lisaks hakkab nüüd populaarsust koguma nn FFC Cambridge'i protsess, mis on nimetatud arendajate Derek Frey, Tom Farthingi ja George Cheni ning Cambridge'i ülikooli järgi, kus see loodi. See elektrokeemiline protsess võimaldab titaani otsest pidevat redutseerimist oksiidist kaltsiumkloriidi ja kustutamata lubja sulatatud segus. Selles protsessis kasutatakse elektrolüütilist vanni, mis on täidetud kaltsiumkloriidi ja lubja seguga, koos tarbitava (või neutraalse) grafiidanoodi ja redutseeritavast oksiidist valmistatud katoodiga. Kui vool möödub vannist, jõuab temperatuur kiiresti ~ 1000-1100 ° C-ni ja kaltsiumoksiidi sula laguneb anoodil hapnikuks ja metalliliseks kaltsiumiks:

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

Saadud hapnik oksüdeerib anoodi (grafiidi kasutamise korral) ja kaltsium migreerub sulatises katoodi, kus see redutseerib titaani oksiidist:

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

Moodustunud kaltsiumoksiid dissotsieerub taas hapnikuks ja metalliliseks kaltsiumiks ning protsessi korratakse seni, kuni katood muundatakse täielikult titaanist käsnaks või kaltsiumoksiid on ammendatud. Selles protsessis kasutatakse kaltsiumkloriidi elektrolüüdina, et anda aktiivsete kaltsiumi- ja hapnikuioonide sulatusele ning liikuvusele elektrijuhtivus. Inertse anoodi (näiteks tinaoksiid) kasutamisel eraldub anoodis süsinikdioksiidi asemel molekulaarne hapnik, mis on vähem saastav keskkondprotsess muutub sel juhul siiski vähem stabiilseks ja lisaks muutub teatud tingimustes energeetiliselt soodsamaks kaltsiumoksiidi asemel kloriidi lagunemine, mis viib molekulaarse kloori eraldumiseni.

Saadud titaanist "käsn" sulatatakse ja rafineeritakse uuesti. Titaani rafineeritakse jodiidmeetodi või elektrolüüsi teel, eraldades Ti TiCl 4-st. Titaan valuplokkide saamiseks kasutatakse kaar-, elektronkiirt või plasmatöötlust.

Füüsikalised omadused

Titaan on kerge hõbevalge metall. See eksisteerib kahes kristalses modifikatsioonis: α-Ti koos kuusnurkse tiheda võrega (a \u003d 2,951 Å; c \u003d 4,679 Å; z \u003d 2; ruumirühm C6mmc), β-Ti koos kuupmeetri kehakeskse pakkimisega (a \u003d 3,269 Å; z \u003d 2; ruumirühm Im3m), α↔β üleminekutemperatuur on 883 ° C, ΔH üleminek 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, aatomi tihedus 5,71-10 22 juures / cm³ [ ]. Plastik, keevitatav inertses atmosfääris. Takistus 0,42 μOhm m kell 20 ° C

Selle viskoossus on kõrge, töötlemise ajal on see kalduv lõiketööriista külge kleepuma ja seetõttu on vaja tööriistale spetsiaalseid katteid, mitmesuguseid määrdeaineid.

Normaalsel temperatuuril on see kaetud kaitsva passiivse TiO 2 oksiidkilega, tänu millele on see enamikus keskkondades (välja arvatud leeliseline) korrosioonikindel.

Titaanitolm kipub plahvatama. Leekpunkt - 400 ° C. Titaanilaastud on tuleohtlikud.

Titaan on koos terase, volframi ja plaatinaga vaakumis väga stabiilne, mis koos oma kergusega muudab selle kosmoseaparaatide kujundamisel väga paljutõotavaks.

Keemilised omadused

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

See reageerib keerukate ainete juuresolekul isegi nõrkade hapetega, näiteks vesinikfluoriidhappega, reageerib see kompleksse aniooni 2− 2 moodustumise tõttu. Titaan on korrosioonile kõige vastuvõtlikum orgaanilises keskkonnas, kuna vee juuresolekul moodustub titaanist toote pinnal titaandioksiidide ja hüdriidide tihe passiivkile. Titaani korrosioonikindluse kõige märgatavam tõus on märgatav veesisalduse suurenemisega agressiivses keskkonnas 0,5–8,0%, mida kinnitavad titaanelektroodipotentsiaalide elektrokeemilised uuringud hapete ja leeliste lahustes orgaaniliste ja orgaaniliste ainete segus.

Kuumutades õhus temperatuurini 1200 ° C, süttib Ti erkvalge leegiga, moodustades erineva koostisega oksiidfaase TiO x. Titaanisoolade lahustest sadestatakse hüdroksiid TiO (OH) 2 x H 2 O, mis kaltsineeritakse hoolikalt oksiidi TiO 2 saamiseks. Hüdroksiid TiO (OH) 2 xH20 ja dioksiid Ti02 on amfoteersed.

Rakendus

Puhas ja sulamid

Titaan sulamite kujul on kõige olulisem konstruktsioonimaterjal lennukite, rakettide ja laevaehituses.
Metalli kasutatakse: keemiatööstuses (reaktorid, torujuhtmed, pumbad, torujuhtmete liitmikud), sõjatööstuses (soomusrüü, soomus- ja tulemüürid lennunduses, allveelaevade kered), tööstusprotsessides (magestamistehased, tselluloosi- ja paberiprotsessid), autotööstuses, põllumajanduses tööstus, toiduainetööstus, augustavad ehted, meditsiinitööstus (proteesid, osteoproteesid), hambaravi- ja endodontiatarbed, hambaimplantaadid, sporditarbed, ehted, mobiiltelefonid, kergsulamid jne.
Titaani valamine toimub vaakumahjudes grafiitvormidesse. Kasutatakse ka vaakum-investeeringute valamist. Kunstilise castingu tehnoloogiliste raskuste tõttu kasutatakse seda piiratud ulatuses. Maailma esimene monumentaalne titaanist valatud skulptuur on Juri Gagarini monument tema nimelisel väljakul Moskvas.
Titaan on legeerteras paljudes legeerterastes ja enamikes erisulamites [ mida?] .
Nitinool (nikkel-titaan) on kujumälusulam, mida kasutatakse meditsiinis ja tehnoloogias.
Titaanaluminiidid on väga oksüdeeruvad ja kuumuskindlad, mis omakorda on määranud nende kasutamise lennunduses ja autotööstuses struktuurimaterjalidena.
Titaan on üks levinumaid kõrgemahulistes pumpades kasutatavatest materjalidest.

Ühendustena

Valget titaandioksiidi (TiO 2) kasutatakse värvides (näiteks titaanvalge) ning paberis ja plastides. Toidu lisaaine E171.
Titaanorgaanilisi ühendeid (näiteks tetrabutoksütitaanium) kasutatakse katalüsaatori ja kõvendina keemiatööstuses ning värvi- ja lakitööstuses.
Anorgaanilisi titaaniühendeid kasutatakse keemiliste elektroonika- ja klaaskiutööstustes lisandite või kattekihtidena.
Titaankarbiid, titaandiboriid, titaankarbonitriid on metallide töötlemisel ülikõvade materjalide olulised komponendid.
Titaannitriidi kasutatakse tööriistade, kiriku kuplite ja ehete katmiseks, kuna selle värvus sarnaneb kullaga.
Baariumtitanaat BaTiO 3, pliititanaat PbTiO 3 ja mitmed teised titanaadid - ferroelektrikud.

Seal on palju erinevate metallidega titaanisulameid. Legeerelemendid jagunevad kolme rühma, sõltuvalt nende mõjust polümorfse muundumise temperatuurile: beetastabilisaatoritele, alfa-stabilisaatoritele ja neutraalsetele kõvenditele. Esimesed alandavad muundumistemperatuuri, teised tõusevad, kolmandad seda ei mõjuta, kuid viivad lahuse maatriksi kõvenemiseni. Alfa-stabilisaatorite näited: alumiinium, hapnik, süsinik, lämmastik. Beetastabilisaatorid: molübdeen, vanaadium, raud, kroom, nikkel. Neutraalsed kõvendid: tsirkoonium, tina, räni. Beeta-stabilisaatorid jagunevad omakorda beeta-isomorfseteks ja beeta-eutektoide moodustavateks.

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

Tarbimisturgude analüüs

Töötlemata titaani (titaanikäsn) 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. Titaani eripära pole mitte ainult tugevus, vaid ka metalli enda võime kondiga sulanduda, mis võimaldab tagada hambapõhja peaaegu monoliitse olemuse.

Isotoopid

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

Teadaolevad kunstlikud radioaktiivsed isotoopid 45 Ti (T ½ \u003d 3,09 h), 51 Ti (T ½ \u003d 5,79 min) ja teised.

Märkused

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 (IUPACi tehniline aruanne) (inglise keeles) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Kd. 85, nr. 5. - lk 1047-1078. - DOI: 10.1351 / PAC-REP-13-03-02.
Toimetuskolleegium: N.S. Zefirov (peatoimetaja). Keemiline entsüklopeedia: 5 köites - Moskva: Nõukogude entsüklopeedia, 1995. - T. 4. - S. 590-592. - 639 lk. - 20 000 eksemplari. - ISBN 5-85270-039-8.
Titaan - artikkel füüsikalisest entsüklopeediast
J.P. Riley ja Skirrow G. Keemiline okeanograafia V. 1, 1965
Titaani ladestumine.
Titaani ladestumine.
Ilmeniit, rutiil, titanomagnetiit - 2006
Titaan (täpsustamata) ... Informatsioon-analüütiline keskus "Mineral". Vaadatud 19. novembril 2010. Arhiveeritud 21. august 2011.
VSMPO-AVISMA korporatsioon
Koncz, St; Szanto, St. Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955), lk 368-369
Titaan on tuleviku metall (Vene).
Titaan - artikkel keemilisest entsüklopeediast
Vee mõju titaani passivatsiooniprotsessile - 26. veebruar 2015 - keemia ja keemiatehnoloogia elus (täpsustamata) ... www.chemfive.ru. Ravi kuupäev 21. oktoober 2015.
Valukunst 20. sajandil
Ülemaailmsel titaaniturul on hinnad viimase kahe kuu jooksul stabiliseerunud (ülevaade)

Lingid

Titaan keemiliste elementide populaarses raamatukogus

Tema

Ole