Titaani omadused ja omadused

Titaan on tugev ja kerge tulekindel metall. Titaanisulamid on lennunduse ja kosmosetööstuse jaoks kriitilise tähtsusega, neid kasutatakse ka meditsiini-, keemia- ja sõjavarustuses ning spordivahendites.

Lennunduse ja kosmose rakendused konto 80% titaani tarbimisest, samas kui 20% metallist kasutatakse soomuses, meditsiini- ja tarbekaupades.

• Aatomisümbol: Ti
• Aatomarv: 22
• Elementide kategooria: siirdemetall
• Tihedus: 4,506 / cm³
• Sulamistemperatuur: 1670 ° C (3038 ° F).
• Keemispunkt: 3287 ° C (5949 ° F)
• Mohi kõvadus: 6

Sulamid Titaani sisaldavad titaanid on tuntud oma kõrge tugevuse, väikese kaalu ja erakordse korrosioonikindluse poolest. Vaatamata sellele, et ta on nii tugev kui teras, on titaan kaalust umbes 40% kergem.

See koos vastupidavuse kavitatsioonile (kiired rõhumuutused, mis põhjustavad lööklaineid, mis võivad) aja jooksul metalli nõrgestada või kahjustada) ja erosiooni tõttu on see oluliseks kosmoses kasutatavaks konstruktsioonimetalliks insenerid.

Titaan on hämmastav ka selle vastupidavuse suhtes

Titaanil on madal elastsusmoodul. See tähendab, et titaan on väga painduv ja võib pärast painutamist oma algsesse kuju tagasi pöörduda. Mälusulamid (sulamid, mis võivad külmas deformeeruda, kuid kuumutamisel taastavad oma algse kuju) on olulised paljude kaasaegsete rakenduste jaoks.

Titaan on mittemagnetiline ja biosobiv (mittetoksiline, mitteallergiline), mis on tinginud selle üha suurema kasutamise meditsiini valdkonnas.

Titaanmetalli kasutamine mis tahes kujul arenes tegelikult välja alles pärast II maailmasõda. Tegelikult ei eraldatud titaani metallina enne, kui Ameerika keemik Matthew Hunter tootis seda titaantetrakloriidi (TiCl) redutseerimise teel₄) naatriumiga 1910. aastal; meetodit, mida nüüd nimetatakse Hunteri protsessiks.

Kaubanduslik tootmine algas alles pärast seda, kui William Justin Kroll näitas, et titaani saab redutseerida kloriidist ka magneesiumi kasutamisel 1930ndatel. Krolli protsess on tänapäeval enim kasutatud kommertslik tootmismeetod.

Pärast kulutõhusa tootmismeetodi väljatöötamist oli titaani esimene suurem kasutus sõjaväe lennukites. Nii Nõukogude kui ka Ameerika sõjaväe lennukid ja allveelaevad, mis olid projekteeritud 1950. ja 1960. aastatel, hakkasid kasutama titaanisulameid. 1960. aastate alguseks hakkasid titaanisulameid kasutama ka kommertslennukite tootjad.

Meditsiini valdkond, eriti hambaimplantaadid ja proteesimine, äratas titaani kasulikkuse pärast Rootsi arsti Per-Ingvar Branemarki uuringuid, mis pärinevad 1950ndad näitasid, et titaan ei vallanda inimestel negatiivset immuunvastust, võimaldades metallil sulanduda meie kehasse protsessis, mida ta nimetas osseointegratsioon.

Kuigi titaan on maakoores neljas levinum metallielement (alumiiniumi, raua ja magneesiumi taga), titaanmetall on eriti tundlik saastumise suhtes, eriti hapniku osas, mis on suhteliselt hiljuti arenenud ja kõrge maksumus.

Titaani esmatootmisel on peamised maagid ilmeniit ja rutiil, mis annavad vastavalt umbes 90% ja 10% toodangust.

2015. aastal toodeti ligi 10 miljonit tonni titaanmineraalkontsentraati, ehkki vaid a väike osa (umbes 5%) aastas toodetavast titaankontsentraadist satub lõpuks titaaniks metallist. Selle asemel kasutatakse kõige rohkem titaandioksiidi (TiO₂), valgendamine pigment kasutatakse värvides, toitudes, ravimites ja kosmeetikas.

Krolli protsessi esimeses etapis purustatakse titaanimaak ja kuumutatakse koksisöega klooriatmosfääris, et saada titaantetrakloriid (TiCl₄). Seejärel kogutakse kloriid ja suunatakse läbi kondensaatori, mis annab titaankloriidi vedeliku, mis on 99% puhtam.

Seejärel suunatakse titaantetrakloriid otse anumatesse, mis sisaldavad sulanud magneesiumi. Hapniku saastumise vältimiseks muudetakse see inertseks argooni lisamise teel.

Järgneva destilleerimise käigus, mis võib võtta mitu päeva, kuumutatakse anum temperatuurini 1832 ° F (1000 ° C). Magneesium reageerib titaankloriidiga, eemaldades kloriidi ja moodustades elementaarse titaani ja magneesiumkloriidi.

Selle tulemusel toodetud kiulist titaani nimetatakse titaankäsnaks. Titaani sulamite ja kõrge puhtusastmega titaani valuplokkide tootmiseks võib titaan käsna sulatada erinevate legeerivate elementidega, kasutades elektronkiirt, plasmakaari või vaakumkaare sulamist.