Titan je jak i lagan vatrostalni metal. Titanove legure su ključne za zrakoplovnu industriju, a također se koriste u medicinskom, kemijskom i vojnom hardveru i sportskoj opremi.
Zrakoplovne aplikacije račun za 80% potrošnje titana, dok se 20% metala koristi u oklopu, medicinskom hardveru i robi široke potrošnje.
Svojstva titana
- Atomski simbol: Ti
- Atomski broj: 22
- Kategorija elemenata: Prijelazni metal
- Gustoća: 4,550 / cm3
- Talište: 1670 ° C
- Vrelište: 3287 ° C
- Mohova tvrdoća: 6
Karakteristike
legure koji sadrže titan, poznati su po visokoj čvrstoći, maloj težini i izuzetnoj otpornosti na koroziju. Unatoč tome što je jak kao željezo, titan je oko 40% lakši u težini.
To, uz otpornost na kavitaciju (brze promjene pritiska, uzrokuju udarne valove, koji mogu slabe ili oštećuju metal s vremenom) i erozije, što ga čini ključnim strukturnim metalom za zrakoplovstvo inženjeri.
Titan je također u svojoj otpornosti na korozija od vode i od kemijskih medija. Taj otpor rezultat je tankog sloja titanijevog dioksida (TiO)2) koji se formira na njenoj površini u koju je izuzetno teško probiti ove materijale.
Titan ima nizak modul elastičnosti. To znači da je titan vrlo fleksibilan i da se nakon savijanja može vratiti u svoj izvorni oblik. Memorije slitine (legure koje se mogu deformirati kada su hladne, ali će se vratiti u svoj izvorni oblik kada se zagrijavaju) važne su za mnoge moderne primjene.
Titan je nemagnetni i biokompatibilan (netoksičan, nealergenski), što je dovelo do njegove sve veće upotrebe u medicinskom području.
Povijest
Upotreba metala titana, u bilo kojem obliku, tek se stvarno razvila nakon Drugog svjetskog rata. U stvari, titanijum nije izoliran kao metal sve dok ga američki kemičar Matthew Hunter nije proizveo smanjenjem tetraklorida titana (TiCl4) s natrijem 1910.; metoda koja je danas poznata kao Hunter postupak.
Komercijalna proizvodnja, međutim, stigla je tek nakon što je William Justin Kroll pokazao da se titanijum može smanjiti i iz klorida pomoću magnezija u 1930-ima. Proces Kroll i danas ostaje najkorištenija metoda komercijalne proizvodnje.
Nakon što je razvijena isplativa metoda proizvodnje, prva velika upotreba titana bila je u vojnim zrakoplovima. I sovjetske i američke vojne letjelice i podmornice dizajnirane 1950-ih i 1960-ih počele su koristiti legure titana. Početkom 1960-ih godina, leguri titana počeli su se koristiti i komercijalni proizvođači zrakoplova.
Medicinsko područje, posebno zubni implantati i protetika, probudilo se korisno za titanijum nakon studija švedskog liječnika Per-Ingvara Branemarka 1950-ih pokazalo je da titanijum ne izaziva negativan imunološki odgovor u ljudima što omogućuje metalu da se integrira u naša tijela u procesu koji on naziva osseointegration.
Proizvodnja
Iako je titan četvrti najčešći metalni element u zemljinoj kori (iza aluminija, željeza i magnezija), proizvodnja metal titan izuzetno je osjetljiv na kontaminaciju, posebno kisikom, što je posljedica njegovog relativno nedavnog razvoja i visoka trošak.
Glavne rude korištene u primarnoj proizvodnji titana su ilmenit i rutil, što otpada čini oko 90% i 10% proizvodnje.
Blizu 10 milijuna tona mineralnog koncentrata titana proizvedeno je u 2015. godini, iako samo a mali dio (oko 5%) titanijevog koncentrata proizveden svake godine u konačnici završi u titaniju metal. Umjesto toga, većina se koristi u proizvodnji titanovog dioksida (TiO2), izbjeljivanje pigment koristi se u bojama, hrani, lijekovima i kozmetici.
U prvom koraku procesa Kroll, titanijeva ruda se usitnjava i zagrijava s koksom ugljena u atmosferi klora da bi se dobio tetraklor-tetraklorid (TiCl4). Klorid se zatim skuplja i šalje kroz kondenzator, čime se stvara tekućina titanijum-klorida koja je čista više od 99%.
Tetranijev tetraklorid zatim se šalje izravno u posude koje sadrže rastaljeni magnezij. Da bi se izbjegla kontaminacija kisikom, to se stvara inertno dodavanjem argonskog plina.
Tijekom posljedičnog postupka destilacije, koji može trajati nekoliko dana, posuda se zagrijava na 1000 ° C na 1832 ° F. Magnezij reagira s titan-kloridom, uklanjajući klorid i stvara elementarni titan i magnezijev klorid.
Vlaknasti titan koji je dobiven kao rezultat naziva se titanijska spužva. Da bi se proizvele legure titana i ingoti titana visoke čistoće, titanijska spužva može se otopiti raznim legirajućim elementima pomoću elektronskog snopa, plazme ili luka u vakuumu.