Титанът се топи. Най-твърдият метал в света (титан, хром и волфрам). Области на използване на хром

Най-значимото за Национална икономикаимаше и все още има сплави и метали, които съчетават лекота и здравина. Титанът принадлежи към тази категория материали и освен това има отлична устойчивост на корозия.

Титанът е преходен метал от 4-та група на 4-ти период. Неговото молекулно тегло е само 22, което показва лекотата на материала. В същото време веществото се отличава с изключителна здравина: сред всички структурни материали титанът има най-висока специфична якост. Цветът е сребристо бял.

Какво е титан, видеото по-долу ще каже:

Концепция и характеристики

Титанът е доста разпространен - ​​той заема 10-то място по съдържание в земната кора. Но едва през 1875 г. е изолиран истински чист метал. Преди това веществото или се получаваше с примеси, или неговите съединения се наричаха метален титан. Това объркване доведе до факта, че металните съединения са били използвани много по-рано от самия метал.

Това се дължи на особеностите на материала: най-незначителните примеси значително влияят върху свойствата на дадено вещество, понякога напълно го лишават от присъщите му качества.

Така най-малката част от другите метали лишава титана от топлоустойчивост, което е едно от ценните му качества. И малко добавяне на неметал превръща издръжлив материал в крехък и неподходящ за употреба.

Тази характеристика веднага раздели получения метал на 2 групи: технически и чист.

• Първиятсе използват в случаите, когато силата, лекотата и устойчивостта на корозия са най-необходими, тъй като титанът никога не губи последното качество.
• Материал с висока чистотаизползва се там, където е необходим материал, който работи при много високи натоварвания и високи температури, но в същото време е лек. Това, разбира се, е самолетостроенето и ракетостроенето.

Втората особеност на материята е анизотропията. Някои от неговите физически качества се променят в зависимост от прилагането на сили, които трябва да се вземат предвид при прилагането.

При нормални условия металът е инертен, не корозира нито в морска вода, нито в морски или градски въздух. Освен това той е най-биологично инертното известно вещество, поради което титановите протези и импланти намират широко приложение в медицината.

В същото време, когато температурата се повиши, тя започва да реагира с кислород, азот и дори водород и абсорбира газове в течна форма. Тази неприятна особеност прави изключително трудно както получаването на самия метал, така и производството на сплави на негова основа.

Последното е възможно само при използване на вакуумно оборудване. Най-сложният производствен процес превърна един доста обикновен елемент в много скъп.

Свързване с други метали

Титанът заема междинна позиция между другите два добре познати структурни материала - алуминий и желязо, или по-скоро железни сплави. В много отношения металът превъзхожда своите "конкуренти":

• механичната якост на титана е 2 пъти по-висока от тази на желязото и 6 пъти по-висока от тази на алуминия. В този случай силата се увеличава с намаляване на температурата;
• устойчивостта на корозия е много по-висока от тази на желязото и дори алуминия;
• При нормални температури титанът е инертен. Когато обаче се повиши до 250 С, започва да абсорбира водород, което се отразява на свойствата. По химическа активност той е по-нисък от магнезия, но, уви, превъзхожда желязото и алуминия;
• металът провежда електричество много по-слабо: неговото електрическо съпротивление е 5 пъти по-високо от това на желязото, 20 пъти по-високо от това на алуминия и 10 пъти по-високо от това на магнезия;
• топлопроводимостта също е много по-ниска: 3 пъти по-малко от желязото 1 и 12 пъти по-малко от алуминия. Това свойство обаче води до много нисък коефициент на топлинно разширение.

Предимства и недостатъци

Всъщност титанът има много недостатъци. Но комбинацията от здравина и лекота е толкова търсена, че нито сложният метод на производство, нито нуждата от изключителна чистота спират потребителите на метал.

Несъмнените предимства на веществото включват:

• ниска плътност, което означава много малко тегло;
• изключителна механична якост както на самия метал титан, така и на неговите сплави. С повишаване на температурата титановите сплави превъзхождат всички алуминиеви и магнезиеви сплави;
• съотношението на якост и плътност - специфична якост, достига 30–35, което е почти 2 пъти по-високо от това на най-добрите конструкционни стомани;
• във въздуха титанът е покрит с тънък слой оксид, който осигурява отлична устойчивост на корозия.

Металът също има своите недостатъци:

• Устойчивостта на корозия и инертността се отнася само за продукти с неактивна повърхност. Титанов прах или стружки, например, спонтанно се запалват и горят при температура от 400 C;
• много сложен метод за получаване на метален титан осигурява много висока цена. Материалът е много по-скъп от желязото, или;
• способността за абсорбиране на атмосферни газове с повишаване на температурата изисква използването на вакуумно оборудване за топене и получаване на сплави, което също значително увеличава цената;
• титанът има лоши антифрикционни свойства - не работи за триене;
• металът и неговите сплави са склонни към водородна корозия, която е трудно да се предотврати;
• титанът е труден за обработка. Заваряването също е трудно поради фазовия преход по време на нагряване.

Титанов лист (снимка)

Свойства и характеристики

Силно зависим от чистотата. Референтните данни описват, разбира се, чист метал, но характеристиките на техническия титан могат да варират значително.

• Плътността на метала намалява при нагряване от 4,41 до 4,25 g/cm3 Фазовият преход променя плътността само с 0,15%.
• Точката на топене на метала е 1668 C. Точката на кипене е 3227 C. Титанът е огнеупорно вещество.
• Средно якостта на опън е 300–450 MPa, но тази цифра може да бъде увеличена до 2000 MPa чрез прибягване до втвърдяване и стареене, както и въвеждането на допълнителни елементи.
• По скалата HB твърдостта е 103 и това не е границата.
• Топлинният капацитет на титана е нисък - 0,523 kJ/(kg K).
• Специфично електрическо съпротивление - 42,1 10 -6 ohm cm.
• Титанът е парамагнетик. С понижаването на температурата неговата магнитна чувствителност намалява.
• Металът като цяло се характеризира с пластичност и ковкост. Въпреки това, тези свойства са силно повлияни от кислорода и азота в сплавта. И двата елемента правят материала крехък.

Веществото е устойчиво на много киселини, включително азотна, сярна в ниски концентрации и почти всички органични киселини, с изключение на мравчената. Това качество гарантира, че титанът е търсен в химическата, нефтохимическата, хартиената промишленост и т.н.

Структура и състав

Титан - въпреки че е преходен метал и неговото електрическо съпротивление е ниско, въпреки това той е метал и провежда електрически ток, което означава подредена структура. При нагряване до определена температура структурата се променя:

• до 883 C, α-фазата е стабилна с плътност 4,55 g / cu. вижте Той се отличава с плътна шестоъгълна решетка. Кислородът се разтваря в тази фаза с образуването на интерстициални разтвори и стабилизира α-модификацията - избутва температурната граница;
• над 883 C, β-фазата с обемно центрирана кубична решетка е стабилна. Плътността му е малко по-малка - 4,22 g / cu. виж Водородът стабилизира тази структура - когато се разтвори в титан, също се образуват интерстициални разтвори и хидриди.

Тази функция много затруднява работата на металурга. Разтворимостта на водорода намалява рязко, когато титанът се охлажда и водородният хидрид, γ-фазата, се утаява в сплавта.

Той причинява студени пукнатини по време на заваряване, така че производителите трябва да работят допълнително, след като разтопят метала, за да го почистят от водород.

За това къде можете да намерите и как да направите титан, ще разкажем по-долу.

Това видео е посветено на описанието на титана като метал:

Производство и добив

Титанът е много разпространен, така че с руди, съдържащи метал и в доста големи количества, няма трудности. Суровините са рутил, анатаз и брукит - титанов диоксид в различни модификации, илменит, пирофанит - съединения с желязо и др.

Но това е сложно и изисква скъпо оборудване. Методите за получаване са малко по-различни, тъй като съставът на рудата е различен. Например схемата за получаване на метал от илменитови руди изглежда така:

• получаване на титанова шлака - скалата се зарежда в електродъгова пещ заедно с редуциращ агент - антрацит, въглен и се нагрява до 1650 С. В същото време се отделя желязо, което се използва за производство на чугун и титанов диоксид в шлаката ;
• шлаката се хлорира в рудни или солни хлоратори. Същността на процеса е да превърне твърдия диоксид в газообразен титанов тетрахлорид;
• в съпротивителни пещи в специални колби металът се редуцира с натрий или магнезий от хлорид. В резултат на това се получава проста маса - титанова гъба. Това е технически титан, доста подходящ за производството на химическо оборудване, например;
• ако се изисква по-чист метал, се прибягва до рафиниране - докато металът реагира с йод, за да се получи газообразен йодид, а последният под въздействието на температура - 1300-1400 C и електрически ток се разлага, освобождавайки чист титан. Електричествосе подава през опъната в реторта титанова жица, върху която се отлага чисто вещество.

За да се получат титанови блокове, титановата гъба се разтопява във вакуумна пещ, за да се предотврати разтварянето на водород и азот.

Цената на титана за 1 кг е много висока: в зависимост от степента на чистота металът струва от 25 до 40 долара за 1 кг.От друга страна, корпусът на апарат от киселинноустойчива неръждаема стомана ще струва 150 рубли. и ще продължи не повече от 6 месеца. Титанът ще струва около 600 r, но работи 10 години. В Русия има много съоръжения за производство на титан.

Области на използване

Влиянието на степента на пречистване върху физичните и механичните свойства ни принуждава да го разглеждаме от тази гледна точка. И така, техническият, тоест не най-чистият метал, има отлична устойчивост на корозия, лекота и здравина, което определя използването му:

• химическа индустрия– топлообменници, тръби, корпуси, помпени части, фитинги и др. Материалът е незаменим в области, където се изисква киселинна устойчивост и здравина;
• транспортна индустрия- веществото се използва за производство на превозни средства влаковедо велосипеди. В първия случай металът осигурява по-малка маса на съединенията, което прави сцеплението по-ефективно, във втория дава лекота и здравина, не напразно титановата велосипедна рамка се счита за най-добрата;
• военноморско дело- титанът се използва за производство на топлообменници, шумозаглушители за подводници, клапани, витла и т.н.;
• в строителствошироко използван - титан - отличен материал за довършване на фасади и покриви. Наред със здравината, сплавта осигурява още едно предимство, важно за архитектурата - способността да се придава на продуктите най-странната конфигурация, възможността за оформяне на сплавта е неограничена.

Чистият метал също е много устойчив на високи температури и запазва здравината си. Приложението е очевидно:

• ракетна и авиационна индустрия - от нея се прави обвивка. Части на двигателя, крепежни елементи, части на шасито и т.н.;
• медицина - биологичната инертност и лекота прави титана много по-обещаващ материал за протезиране, до сърдечни клапи;
• криогенна технология - титанът е едно от малкото вещества, които при спадане на температурата само стават по-здрави и не губят пластичност.

Титанът е конструктивен материал с най-висока якост с такава лекота и пластичност. Тези уникални качества му осигуряват все по-важна роля в националната икономика.

Видеото по-долу ще ви каже къде да вземете титан за нож:

Раздел 1. История и поява на титан в природата.

Титан — това еелемент от странична подгрупа на четвърта група, четвъртия период от периодичната система на химичните елементи на Д. И. Дмитрий Иванович Менделеев, с атомен номер 22. Просто вещество титан(CAS номер: 7440-32-6) - светло сребристо бяло. Съществува в две кристални модификации: α-Ti с хексагонална плътно опакована решетка, β-Ti с кубична плътно центрирана опаковка, температурата на полиморфната трансформация α↔β е 883 °C. Точка на топене 1660±20 °C.

История и присъствие в природата на титана

Titanium е кръстен на древногръцките знаци титани. Немският химик Мартин Клапрот го е нарекъл така по свои лични причини, за разлика от французите, които се опитват да дават имена в съответствие с химичните характеристики на елемента, но тъй като тогава свойствата на елемента са били неизвестни, е избрано такова име.

Титанът е 10-ият елемент по отношение на броя му на нашата планета. Количеството титан в земната кора е 0,57% от теглото и 0,001 милиграма на 1 литър морска вода. Титанови находища се намират на територията на: Република Южна Африка, Украйна, Руска федерация, Казахстан, Япония, Австралия, Индия, Цейлон, Бразилия и Южна Корея.

Според физичните свойства титанът е светло сребрист метал, в допълнение, висок вискозитет е характерен при механична обработкаи е склонен към залепване към режещия инструмент, така че се използват специални смазки или спрейове, за да се елиминира този ефект. При стайна температура той е покрит с полупрозрачен филм от TiO2 оксид, поради което е устойчив на корозия в повечето агресивни среди, с изключение на алкали. Титановият прах има способността да експлодира с температура на възпламеняване 400 °C. Титановите стружки са запалими.

За производството на чист титан или неговите сплави в повечето случаи се използва титанов диоксид с малък брой съединения, включени в него. Например, рутилов концентрат, получен чрез обогатяване на титанови руди. Но запасите от рутил са изключително малки и във връзка с това се използва така нареченият синтетичен рутил или титанова шлака, получена при преработката на илменитови концентрати.

За откривател на титана се смята 28-годишният английски монах Уилям Грегър. През 1790 г., докато провеждал минералогични проучвания в своята енория, той обърнал внимание на разпространението и необичайните свойства на черния пясък в долината на Менакен в югозападната част на Великобритания и започнал да го изследва. AT пясъксвещеникът открил зърна от черен блестящ минерал, привлечен от обикновен магнит. Получен през 1925 г. от Ван Аркел и де Боер по йодидния метод, най-чистият титан се оказва пластичен и технологичен металс много ценни свойства, които привлякоха вниманието на широк кръг дизайнери и инженери. През 1940 г. Крол предлага магнезиево-термичен метод за извличане на титан от руди, който все още е основен в момента. През 1947 г. са произведени първите 45 кг търговски чист титан.

В периодичната таблица на елементите Менделеев Дмитрий Ивановичтитанът има сериен номер 22. Атомната маса на естествения титан, изчислена от резултатите от изследванията на неговите изотопи, е 47,926. И така, ядрото на неутрален титанов атом съдържа 22 протона. Броят на неутроните, т.е. неутралните незаредени частици, е различен: по-често 26, но може да варира от 24 до 28. Следователно броят на изотопите на титан е различен. Общо сега са известни 13 изотопа на елемент № 22. Естественият титан се състои от смес от пет стабилни изотопа, титан-48 е най-широко представеният, неговият дял в естествените руди е 73,99%. Титанът и други елементи от подгрупа IVB са много сходни по свойства с елементите от подгрупа IIIB (скандиева група), въпреки че се различават от последните по способността си да проявяват голяма валентност. Сходството на титана със скандий, итрий, както и с елементи от VB подгрупата - ванадий и ниобий, се изразява и в това, че титанът често се среща в природните минерали заедно с тези елементи. С едновалентни халогени (флуор, бром, хлор и йод) може да образува ди-три- и тетра съединения, със сяра и елементи от нейната група (селен, телур) - моно- и дисулфиди, с кислород - оксиди, диоксиди и триоксиди .

Титанът образува съединения и с водород (хидриди), азот (нитриди), въглерод (карбиди), фосфор (фосфиди), арсен (арсиди), както и съединения с много метали - интерметални съединения. Титанът образува не само прости, но и множество сложни съединения; много от неговите съединения с органични вещества са известни. Както се вижда от списъка на съединенията, в които титанът може да участва, той е химически много активен. И в същото време титанът е един от малкото метали с изключително висока устойчивост на корозия: практически е вечен във въздуха, в студена и вряща вода, много е устойчив в морска вода, в разтвори на много соли, неорганични и органични киселини. По устойчивост на корозия в морска вода превъзхожда всички метали, с изключение на благородните - злато, платина и др., повечето видове неръждаема стомана, никел, мед и други сплави. Във вода, в много агресивни среди, чистият титан не е обект на корозия. Устойчив на титанова и ерозионна корозия, която възниква в резултат на комбинация от химически и механични ефекти върху. В това отношение той не отстъпва на най-добрите класове неръждаеми стомани, сплави на медна основа и други конструкционни материали. Титанът също така се противопоставя добре на уморната корозия, която често се проявява под формата на нарушения на целостта и здравината на метала (напукване, локални корозионни центрове и др.). Поведението на титана в много агресивни среди, като азотна, солна, сярна, "царска вода" и други киселини и основи, е изненадващо и възхитително за този метал.

Титанът е много огнеупорен метал. Дълго време се смяташе, че се топи при 1800 ° C, но в средата на 50-те години. Английските учени Diardorf и Hayes установиха точката на топене на чист елементарен титан. Тя възлиза на 1668 ± 3 ° C. По своята огнеупорност титанът е на второ място след такива метали като волфрам, тантал, ниобий, рений, молибден, платиноиди, цирконий, а сред основните структурни метали е на първо място. Най-важната характеристика на титана като метал са неговите уникални физични и химични свойства: ниска плътност, висока якост, твърдост и др. Основното е, че тези свойства не се променят значително при високи температури.

Титанът е лек метал, неговата плътност при 0°C е само 4,517 g/cm8, а при 100°C е 4,506 g/cm3. Титанът принадлежи към групата на металите със специфично тегло под 5 g/cm3. Това включва всички алкални метали (натрий, кадий, литий, рубидий, цезий) със специфично тегло от 0,9-1,5 g / cm3, магнезий (1,7 g / cm3), (2,7 g / cm3) и др. Титанът е повече от 1,5 пъти по-тежък алуминий, и в това, разбира се, той губи от него, но от друга страна е 1,5 пъти по-лек от желязото (7,8 g / cm3). Въпреки това, заемайки междинна позиция по отношение на специфичната плътност между алуминийи желязото титанът ги превъзхожда многократно по своите механични свойства.). Титанът има значителна твърдост: той е 12 пъти по-твърд от алуминия, 4 пъти жлезаи купрум. Друга важна характеристика на метала е неговата граница на провлачване. Колкото по-високо е, толкова по-добре частите от този метал издържат на експлоатационни натоварвания. Границата на провлачване на титана е почти 18 пъти по-висока от тази на алуминия. Специфичната якост на титановите сплави може да се увеличи 1,5-2 пъти. Високите му механични свойства се запазват добре при температури до няколкостотин градуса. Чистият титан е подходящ за всички видове работа при горещи и студени условия: може да бъде изкован като желязо, издърпайте и дори направете тел от него, навийте го на листове, ленти, във фолио с дебелина до 0,01 мм.

За разлика от повечето метали, титанът има значително електрическо съпротивление: ако електрическата проводимост на среброто се приеме за 100, тогава електрическата проводимост купрумравен на 94, алуминий - 60, желязо и платина-15, докато титанът е само 3,8. Титанът е парамагнитен метал, не се магнетизира, както в магнитно поле, но не се изтласква от него, като. Неговата магнитна чувствителност е много слаба, това свойство може да се използва в строителството. Титанът има сравнително ниска топлопроводимост, само 22,07 W / (mK), което е приблизително 3 пъти по-ниско от топлопроводимостта на желязото, 7 пъти на магнезия, 17-20 пъти на алуминия и медта. Съответно, коефициентът на линейно термично разширение на титана е по-нисък от този на другите конструкционни материали: при 20 ° C той е 1,5 пъти по-нисък от този на желязото, 2 - за медта и почти 3 - за алуминия. По този начин титанът е лош проводник на електричество и топлина.

Днес титановите сплави се използват широко в авиационна техника. Титановите сплави за първи път са използвани в индустриален мащаб при конструирането на самолетни реактивни двигатели. Използването на титан в конструкцията на реактивните двигатели позволява да се намали теглото им с 10...25%. По-специално дисковете и лопатките на компресора, частите за всмукване на въздух, направляващите лопатки и крепежните елементи са направени от титанови сплави. Титановите сплави са незаменими за свръхзвукови самолети. Увеличаване на скоростта на полета самолетдоведе до повишаване на температурата на кожата, в резултат на което алуминиеви сплавипрестанаха да отговарят на изискванията, наложени от авиационната технология при свръхзвукови скорости. Температурата на кожата в този случай достига 246...316 °C. При тези условия титановите сплави се оказаха най-приемливият материал. През 70-те години употребата на титанови сплави за корпуса на гражданските самолети се увеличи значително. В самолета за средни разстояния ТУ-204 общата маса на частите от титанови сплави е 2570 кг. Използването на титан в хеликоптерите постепенно се разширява, главно за части от системата на главния ротор, задвижването и системата за управление. Важно място заемат титановите сплави в ракетната наука.

Поради високата устойчивост на корозия в морската вода, титанът и неговите сплави се използват в корабостроенето за производството на витла, корабни обшивки, подводници, торпеда и др. Черупките не залепват за титан и неговите сплави, което рязко увеличава устойчивостта на съда при движение. Постепенно областите на приложение на титана се разширяват. Титанът и неговите сплави се използват в химията, нефтохимията, целулозата и хартията Хранително-вкусовата промишленост, цветна металургия, енергетика, електроника, ядрени технологии, галванопластика, в производството на оръжия, за производство на бронирани плочи, хирургически инструменти, хирургически импланти, инсталации за обезсоляване, части от състезателни автомобили, спортно оборудване (стикове за голф, катерене) оборудване), части от часовници и дори бижута. Азотирането на титан води до образуването на златист филм върху повърхността му, който не отстъпва по красота на истинското злато.

Откриването на TiO2 е направено почти едновременно и независимо от англичанина У. Грегор и немския химик М. Г. Клапрот. W. Gregor, изследващ състава на магнитната жлеза пясък(Крийд, Корнуол, Англия, 1791), изолира нова "земя" (оксид) от неизвестен метал, който той нарече менакен. През 1795 г. немският химик Клапрот открива в минералрутил нов елемент и го нарекоха титан. Две години по-късно Клапрот установява, че рутилът и менакеновите оксиди са оксиди на един и същи елемент, зад който остава името „титан“, предложено от Клапрот. След 10 години откриването на титан се извършва за трети път. Френският учен Л. Воклен открива титана в анатаза и доказва, че рутилът и анатазът са идентични титанови оксиди.

Откриването на TiO2 е направено почти едновременно и независимо от англичанина У. Грегор и немския химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, изучавайки състава на магнитния железен пясък (Крийд, Корнуол, Англия, 1791 г.), изолира нова "земя" (оксид) от неизвестен метал, който той нарече менакен. През 1795 г. немският химик Клапрот открива в минералрутил нов елемент и го нарекоха титан. Две години по-късно Клапрот установява, че рутилът и менакенската земя са оксиди на един и същи елемент, зад което остава името „титан“, предложено от Клапрот. След 10 години откриването на титан се извършва за трети път. Френският учен Л. Воклен открива титана в анатаза и доказва, че рутилът и анатазът са идентични титанови оксиди.

Първата проба от метален титан е получена през 1825 г. от Й. Я. Берцелиус. Поради високата химическа активност на титана и сложността на неговото пречистване, холандците А. ван Аркел и И. де Боер през 1925 г. получават чист титанов образец чрез термично разлагане на пари на титанов йодид TiI4.

Титанът е 10-ият най-разпространен в природата. Съдържанието в земната кора е 0,57% от масата, в морската вода 0,001 mg / l. В ултраосновни скали 300 g/t, в основни скали 9 kg/t, в кисели скали 2,3 kg/t, в глини и шисти 4,5 kg/t. В земната кора титанът е почти винаги четиривалентен и присъства само в кислородни съединения. Не се среща в свободна форма. Титанът при условия на атмосферни влияния и валежи има геохимичен афинитет към Al2O3. Концентриран е в бокситите на кората на изветряне и в морските глинести седименти. Преносът на титан се извършва под формата на механични фрагменти от минерали и под формата на колоиди. В някои глини се натрупва до 30% TiO2 от теглото. Титановите минерали са устойчиви на атмосферни влияния и образуват големи концентрации в разсипи. Известни са повече от 100 минерала, съдържащи титан. Най-важните от тях са: рутил TiO2, илменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiSiO5. Има първични титанови руди - илменит-титаномагнетит и разсипни - рутил-илменит-циркон.

Основни руди: илменит (FeTiO3), рутил (TiO2), титанит (CaTiSiO5).

През 2002 г. 90% от добития титан е използван за производството на титанов диоксид TiO2. Световното производство на титанов диоксид е 4,5 милиона тона годишно. Доказани запаси от титанов диоксид (без Руска федерация) са около 800 милиона тона.За 2006 г., според US Geological Survey, по отношение на титанов диоксид и без Руска федерация, запасите от илменитови руди са 603-673 милиона тона, а рутил - 49,7-52,7 милиона тона.По този начин при сегашния темп на производство на доказаните световни запаси от титан (с изключение на Руската федерация) ще продължи повече от 150 години.

Русия има вторите по големина в света запаси от титан след Китай. Основата на минералните ресурси на титан в Руската федерация се състои от 20 находища (от които 11 първични и 9 разпръснати), сравнително равномерно разпръснати в цялата страна. Най-голямото от проучените находища (Ярегское) се намира на 25 км от град Ухта (Република Коми). Запасите на находището се оценяват на 2 милиарда тона руда със средно съдържание на титанов диоксид около 10%.

Най-големият производител на титан в света Руска организация"ВСМПО-АВИСМА".

По правило изходният материал за производството на титан и неговите съединения е титанов диоксид със сравнително малко количество примеси. По-специално, това може да бъде рутилов концентрат, получен по време на обогатяването на титанови руди. Запасите от рутил в света обаче са много ограничени и по-често се използва така нареченият синтетичен рутил или титанова шлака, получена при преработката на илменитови концентрати. За да се получи титанова шлака, илменитовият концентрат се редуцира в електродъгова пещ, докато желязото се разделя на метална фаза (), а нередуцираните титанови оксиди и примеси образуват шлакова фаза. Богатата шлака се обработва по метода на хлорид или сярна киселина.

В чист вид и под формата на сплави

Титанов паметник на Гагарин на Ленински проспект в Москва

метал намира приложение в: хим индустрия(реактори, тръбопроводи, помпи, принадлежности за тръбопроводи), военни индустрия(бронежилетки, бронирани и противопожарни прегради в авиацията, корпуси на подводници), промишлени процеси (инсталации за обезсоляване, процесицелулоза и хартия), автомобилна промишленост, селскостопанска промишленост, хранително-вкусова промишленост, бижута за пиърсинг, медицинска промишленост (протези, остеопротези), зъболекарски и ендодонтски инструменти, зъбни импланти, спортни стоки, артикули за търговия с бижута (Александър Хомов), мобилни телефони, леки сплави и др. Той е най-важният структурен материал в самолетостроенето, ракетостроенето и корабостроенето.

Леенето на титан се извършва във вакуумни пещи в графитни форми. Използва се и леене под вакуум. Поради технологични затруднения се използва ограничено в художественото леене. Първата монументална скулптура от лят титан в света е паметникът на Юрий Гагарин на площада на негово име в Москва.

Титанът е легираща добавка в много сплави стомании повечето специални сплави.

Нитинол (никел-титан) е сплав с памет за формата, използвана в медицината и технологиите.

Титановите алуминиди са много устойчиви на окисляване и топлоустойчиви, което от своя страна определя използването им в авиационната и автомобилната индустрия като структурни материали.

Титанът е един от най-разпространените газопоглъщащи материали, използвани във високовакуумните помпи.

Белият титанов диоксид (TiO2) се използва в бои (като титаниево бяло), както и в производството на хартия и пластмаси. Хранителна добавка Е171.

Органотитановите съединения (напр. тетрабутоксититан) се използват като катализатор и втвърдител в химическата и бояджийската промишленост.

Неорганичните титанови съединения се използват в химическата, електронната промишленост, промишлеността със стъклени влакна като добавки или покрития.

Титанов карбид, титанов диборид, титанов карбонитрид са важни компоненти на свръхтвърди материали за обработка на метали.

Титановият нитрид се използва за покриване на инструменти, църковни куполи и в производството на бижута, т.к. има цвят, подобен на .

Бариевият титанат BaTiO3, оловният титанат PbTiO3 и редица други титанати са сегнетоелектрици.

Има много титанови сплави с различни метали. Легиращите елементи се разделят на три групи в зависимост от влиянието им върху температурата на полиморфната трансформация: бета стабилизатори, алфа стабилизатори и неутрални втвърдители. Първите понижават температурата на трансформация, вторите я повишават, а вторите не я влияят, а водят до втвърдяване на матрицата в разтвора. Примери за алфа стабилизатори: , кислород, въглерод, азот. Бета стабилизатори: молибден, ванадий, желязо, хром, Ni. Неутрални втвърдители: цирконий, силиций. Бета-стабилизаторите от своя страна се делят на бета-изоморфни и бета-евтектоидни. Най-често срещаната титанова сплав е сплавта Ti-6Al-4V (VT6 в руската класификация).

През 2005г твърд titanium corporation публикува следната оценка на потреблението на титан в света:

13% - хартия;

7% - машиностроене.

15-25$ за килограм в зависимост от чистотата.

Чистотата и степента на груб титан (титанова гъба) обикновено се определя от неговата твърдост, която зависи от съдържанието на примеси. Най-често срещаните марки са TG100 и TG110.

Пазарният сегмент на потребителските стоки в момента е най-бързо развиващият се сегмент на титановия пазар. Докато преди 10 години този сегмент беше само 1-2 от пазара на титан, днес той е нараснал до 8-10 от пазара. Като цяло потреблението на титан в индустрията за потребителски стоки е нараснало с около два пъти по-бързо от целия пазар на титан. Използването на титан в спорта е най-трайно и отнема най-голям дялв прилагането на титан в потребителски стоки. Причината за популярността на титана в спортното оборудване е проста - той ви позволява да получите съотношение на тегло и здравина, превъзхождащо всеки друг метал. Използването на титан във велосипедите започва преди около 25-30 години и е първото използване на титан в спортно оборудване. Основно се използват тръби от сплав Ti3Al-2,5V ASTM клас 9. Други части, изработени от титанови сплави, включват спирачки, зъбни колела и пружини на седалките. Използването на титан в производството на голф стикове за първи път започва в края на 80-те и началото на 90-те години от производителите на стикове в Япония. Преди 1994-1995 г. това приложение на титан беше почти непознато в САЩ и Европа. Това се промени, когато Callaway представи своя титаниев стик Ruger, наречен Great Big Bertha, на пазара. Благодарение на очевидните предимства и добре обмисления маркетинг от Callaway, титаниевите стикове се превърнаха в хит. За кратък период от време титаниевите стикове преминаха от ексклузивния и скъп инвентар на малка група спекуланти до широко използвани от повечето голфъри, като същевременно са по-скъпи от стоманените стикове. Бих искал да цитирам основните, според мен, тенденции в развитието на пазара на голф; той премина от високотехнологични към масово производство за кратки 4-5 години, следвайки пътя на други индустрии с високи разходи за труд като като производството на дрехи, играчки и потребителска електроника, производството на стикове за голф навлезе държавис най-евтината работна ръка първо в Тайван, след това в Китай, а сега се строят фабрики в страни с още по-евтина работна ръка, като Виетнам и Тайланд, титанът определено се използва за шофьори, където превъзходните му качества дават ясно предимство и оправдават по-висока цена. Въпреки това, титанът все още не е намерил много широко приложение в следващите клубове, тъй като значителното увеличение на разходите не е съчетано със съответното подобрение в играта.В момента драйверите се произвеждат главно с кована ударна повърхност, кована или лята горна част и лято дъно , границата на така наречения фактор на връщане, във връзка с който всички производители на клубове ще се опитат да увеличат пружинните свойства на ударната повърхност. За да направите това, е необходимо да се намали дебелината на ударната повърхност и да се използват по-здрави сплави за нея, като SP700, 15-3-3-3 и VT-23. Сега нека се съсредоточим върху използването на титан и неговите сплави върху друго спортно оборудване. Тръбите за състезателни велосипеди и други части са направени от сплав Ti3Al-2,5V ASTM клас 9. Изненадващо голямо количество титанов лист се използва в производството на ножове за гмуркане. Повечето производители използват сплав Ti6Al-4V, но тази сплав не осигурява издръжливост на ръба на острието, както други по-здрави сплави. Някои производители преминават към използване на сплав BT23.

Титанът и сплавите на негова основа се използват широко в различни области. На първо място, титановите сплави се използват широко в конструкцията на различни съоръжения поради тяхната висока устойчивост на корозия, механична якост, ниска плътност, устойчивост на топлина и много други характеристики. Имайки предвид свойствата и приложенията на титана, не може да не се отбележи неговата доста висока цена. Това обаче е напълно компенсирано от характеристиките и издръжливостта на материала.

Титанът има висока якост и точка на топене, отличава се от другите метали по издръжливост.

Основни свойства на титана

Титанът е в група IV от четвъртия период на периодичната таблица на химичните елементи. В най-стабилните и най-важните съединения елементът е четиривалентен. Външно титанът прилича на стомана. Това е преходен елемент. Точката на топене достига почти 1700°, а точката на кипене достига 3300°. Що се отнася до такова свойство като латентната топлина на топене и изпарение, за титана тя е почти 2 пъти по-висока от тази за желязото.

Има 2 алотропни модификации:

1. Ниска температура, която може да съществува до температура от 882,5 °.
2. Устойчив на висока температура от 882,5° до точка на топене.

Свойства като специфична топлина и плътност поставят титана между двата материала с най-широко структурно приложение: желязо и алуминий. Механичната якост на титана е почти 2 пъти по-висока от тази на чистото желязо и почти 6 пъти от тази на алуминия. Свойствата на титана обаче са такива, че той е в състояние да абсорбира големи количества водород, кислород и азот, което се отразява негативно на пластичните характеристики на материала.

Материалът се характеризира с много ниска топлопроводимост. За сравнение, при желязото той е 4 пъти по-висок, а при алуминия - 12. Що се отнася до такова свойство като коефициент на топлинно разширение, при стайна температура той има относително ниска стойност и се увеличава с повишаване на температурата.

Титанът има ниски модули на еластичност. Когато температурата се повиши до 350°, те започват да намаляват почти линейно. Именно този момент е значителен недостатък на материала.

Титанът се характеризира с доста голяма стойност на електрическо съпротивление. Тя може да варира в доста широк диапазон и зависи от съдържанието на примеси.

Титанът е парамагнитен материал. Такива вещества се характеризират с намаляване на магнитната чувствителност по време на нагряване. Титанът обаче е изключение - с повишаване на температурата неговата магнитна чувствителност нараства значително.

Приложения на титан

Медицинските инструменти от титанова сплав се характеризират с висока устойчивост на корозия, биологична стабилност и пластичност.

Свойствата на материала осигуряват доста широка гама от приложения. По този начин титановите сплави се използват в големи количества в конструкцията на кораби и различно оборудване. Установено е използването на материала като легираща добавка към висококачествени стомани и като деоксидант. Сплавите с никел са намерили приложение в инженерството и медицината. Такива връзки имат уникални свойствапо-специално, те имат памет за формата.

Установено е използването на компактен титан в производството на части за електровакуумни устройства, използвани при високи температури. Свойствата на техническия титан позволяват използването му в производството на клапани, тръбопроводи, помпи, фитинги и други продукти, предназначени за работа в агресивни условия.

Сплавите се характеризират с недостатъчна устойчивост на топлина, но имат висока устойчивост на корозия. Това позволява използването на различни сплави на основата на титан в химическата област. Например, материалът се използва при производството на помпи за изпомпване на сярна и солна киселина. Към днешна дата само сплави на базата на този материал могат да се използват в производството на различни видове оборудване за хлорната промишленост.

Използването на титан в транспортната индустрия

Сплави на базата на този материал се използват при производството на бронирани единици. А подмяната на различни структурни елементи, които се използват в транспортната индустрия, може да намали разхода на гориво, да увеличи капацитета на полезен товар, да увеличи границата на умора на продуктите и да подобри много други характеристики.

При производството на оборудване за химическата промишленост от титан най-важното свойство е устойчивостта на корозия на метала.

Материалът е много подходящ за използване в железопътното строителство. Една от основните задачи, които трябва да бъдат решени в железниците, е свързана с намаляване на собственото тегло. Използването на титанови пръти и листове може значително да намали общата маса на композицията, да намали размера на букси и гърловини и да спести сцепление.

Теглото също е доста важно за ремаркета. Използването на титан вместо стомана при производството на колела и оси също може значително да увеличи товароподемността.

Свойствата на материала позволяват използването му в автомобилната индустрия. Характеризира се материалът оптимална комбинацияякостни и тегловни свойства за системи за отработени газове и винтови пружини. Използването на титан и неговите сплави може значително да намали обема на отработените газове, да намали разходите за гориво и да разшири използването на скрап и промишлени отпадъци чрез тяхното претопяване. Материалът и сплавите, които го съдържат, имат много предимства пред другите използвани решения.

Основната задача на разработването на нови части и конструкции е да се намали тяхната маса, от която в една или друга степен зависи движението на самото превозно средство. Намаляването на теглото на движещите се компоненти и части прави възможно потенциалното намаляване на разходите за гориво. Титаниевите части многократно са доказали своята надеждност. Те са доста широко използвани в космическата индустрия и дизайна на състезателни автомобили.

Използването на този материал позволява не само да се намали теглото на частите, но и да се реши проблемът с намаляването на обема на отработените газове.

Използването на титан и неговите сплави в строителната индустрия

В строителството широко се използва сплав от титан и цинк. Тази сплав се характеризира с високи механични свойства и устойчивост на корозия, висока твърдост и пластичност. Съставът на сплавта съдържа до 0,2% легиращи добавки, които действат като структурни модификатори. Благодарение на алуминия и медта се осигурява необходимата пластичност. В допълнение, използването на мед дава възможност да се увеличи крайната якост на опън на материала, а комбинацията от химически елементи спомага за намаляване на коефициента на разширение. Сплавта се използва и за производството на дълги ленти и листове с добри естетически характеристики.

Титанът често се използва в космическите технологии поради своята лекота, здравина и огнеупорност.

Сред основните качества на сплав от титан с цинк, които са важни специално за строителството, могат да се отбележат такива химически и физични свойствакато висока устойчивост на корозия, добър външен вид и безопасност за човешкото здраве и околната среда.

Материалът има добра пластичност, може да бъде дълбоко изтеглен без проблеми, което му позволява да се използва при покривни работи. Сплавта няма проблеми със запояване. Ето защо различни триизмерни конструкции и нестандартни архитектурни елементи като куполи и шпилове се изработват от цинк-титан, а не от мед или поцинкована стомана. При решаването на такива проблеми тази сплав е незаменима.

Обхватът на сплавта е много широк. Използва се при фасадни и покривни работи, от него се произвеждат продукти с различни конфигурации и почти всякаква сложност, широко се използва при производството на различни декоративни продукти като улуци, отливи, покривни гребени и др.

Тази сплав има много дълъг експлоатационен живот. Повече от век няма да изисква боядисване и честа поддръжка. ремонтна дейност. Също така сред значителните предимства на материала трябва да се подчертае способността му да се възстановява. Незначителни щети под формата на драскотини от клони, птици и др. след известно време изчезват сами.

Изискванията към строителните материали стават все по-сериозни и строги. Изследователски компании в редица страни са изследвали почвата около сгради, построени с помощта на сплав от цинк и титан. Резултатите от изследването потвърдиха, че материалът е напълно безопасен. Няма канцерогенни свойства и не вреди на човешкото здраве. Цинк-титанът е негорим строителен материал, което допълнително повишава безопасността.

Като се има предвид всичко по-горе положителни характеристикитакъв строителен материал в експлоатация е приблизително 2 пъти по-евтин от покривната мед.

Сплавта има две степени на окисление. С течение на времето променя цвета си и губи металния си блясък. Първоначално цинк-титанът става светлосив, а след известно време придобива благороден тъмносив оттенък. В момента материалът е умишлено подложен на химическо стареене.

Използването на титан и неговите сплави в медицината

Титанът е идеално съвместим с човешката тъкан, поради което се използва активно в областта на ендопротезирането.

Титанът намери широко приложение в медицината. Сред предимствата, които му позволиха да стане толкова популярен, трябва да се отбележи висока якост и устойчивост на корозия. Освен това нито един от пациентите не е бил алергичен към титан.

Търговски чист титан и Ti6-4Eli сплав се използват в медицината. С негова употреба се изработват хирургически инструменти, различни външни и вътрешни протези, до сърдечни клапи. Титанът се използва за направата на инвалидни колички, патерици и други устройства.

Редица изследвания и експерименти потвърждават отличната биологична съвместимост на материала и неговите сплави с жива човешка тъкан. Меките и костните тъкани се съединяват с тези материали без проблеми. Нисък модул на еластичност и висока степен на специфична якост правят титана много добър материал за ендопротезиране. Той е значително по-лек от ламарина, стомана и сплави на базата на кобалт.

По този начин свойствата на титана позволяват активното му използване в голямо разнообразие от области - от производството на тръби и покриви до медицинските протези и изграждането на космически кораби.

Титанът е 4-тият най-разпространен в производството, но ефективна технологиядобивът му е разработен едва през 40-те години на миналия век. Това е сребрист метал, характеризиращ се с ниско специфично тегло и уникални характеристики. За да се анализира степента на разпространение в промишлеността и други области, е необходимо да се изразят свойствата на титана и обхвата на неговите сплави.

Основни характеристики

Металът има ниско специфично тегло - само 4,5 g/cm³. Антикорозионните свойства се дължат на стабилен оксиден филм, образуван на повърхността. Благодарение на това качество титанът не променя свойствата си при продължително излагане на вода, солна киселина. Повредените зони не се появяват поради напрежение, което е основният проблем на стоманата.

В чистата си форма титанът има следните качества и характеристики:

• номинална точка на топене — 1660°С;
• при термично въздействие +3 227 ° С кипи;
• якост на опън - до 450 MPa;
• характеризиращ се с нисък индекс на еластичност - до 110,25 GPa;
• по скалата на HB твърдостта е 103;
• границата на провлачване е една от най-оптималните сред металите - до 380 MPa;
• топлопроводимост на чист титан без добавки - 16.791 W / m * C;
• минимален коефициент на топлинно разширение;
• този елемент е парамагнетик.

За сравнение, здравината на този материал е 2 пъти по-голяма от чистото желязо и 4 пъти по-голяма от тази на алуминия. Титанът има и две полиморфни фази – нискотемпературна и високотемпературна.

За промишлени нужди чистият титан не се използва поради високата му цена и необходимата производителност. За да се увеличи твърдостта, към състава се добавят оксиди, хибриди и нитриди. Рядко променяйте характеристиките на материала, за да подобрите устойчивостта на корозия. Основните видове добавки за получаване на сплави: стомана, никел, алуминий. В някои случаи той изпълнява функциите на допълнителен компонент.

Области на използване

Поради ниското си специфично тегло и якостни параметри, титанът се използва широко в авиационната и космическата индустрия. Използва се като основен конструктивен материал в чист вид. В специални случаи чрез намаляване на устойчивостта на топлина се получават по-евтини сплави. В същото време неговата устойчивост на корозия и механична якост остават непроменени.

В допълнение, материалът с титанови добавки е намерил приложение в следните области:

• Химическа индустрия. Неговата устойчивост на почти всички агресивни среди, с изключение на органични киселини, прави възможно производството на сложно оборудване добро представянеексплоатационен живот без ремонт.
• Производство на превозни средства. Причината е ниското специфично тегло и механична якост. От него се изработват рамки или носещи конструктивни елементи.
• Лекарството. Използва се за специални цели специална сплавнитинол (титан и никел). Неговата отличителна черта е паметта на формата. За да се намали натоварването на пациентите и да се сведе до минимум вероятността от негативни ефекти върху тялото, много медицински шини и подобни устройства са направени от титан.
• В промишлеността металът се използва за производството на кутии и отделни елементи на оборудването.
• Титановите бижута имат уникален вид и усещане.

В повечето случаи материалът се обработва в завода. Но има редица изключения - познаването на свойствата на този материал е част от работата по промяната външен видпродукти и техните характеристики могат да бъдат направени в домашната работилница.

Функции за обработка

За да придадете на продукта желаната форма, е необходимо да използвате специално оборудване - струговане и фреза. Ръчното рязане или фрезоване на титан не е възможно поради неговата твърдост. В допълнение към избора на мощност и други характеристики на оборудването е необходимо да изберете правилния режещи инструменти: фрези, фрези, райбери, свредла и др.

Това отчита следните нюанси:

• Титановите стружки са силно запалими. Необходимо е принудително охлаждане на повърхността на детайла и работа при минимални скорости.
• Огъването на продукта се извършва само след предварително нагряване на повърхността. В противен случай има вероятност да се появят пукнатини.
• Заваряване. Трябва да се спазват специални условия.

Титанът е уникален материал с добри експлоатационни и технически свойства. Но за обработката му трябва да знаете спецификата на технологията и най-важното - мерките за безопасност.

Елемент 22 (английски Titanium, френски Titane, немски Titan) е открит в края на 18 век, когато търсенето и анализът на нови минерали, които все още не са описани в литературата, привлича не само химици и минералози, но и любители учени. Един такъв любител, английският свещеник Грегор, намери черен пясък, смесен с фин, почти бял пясък в своята енория в долината Меначан в Корнуол. Грегор разтвори проба от пясък в солна киселина; в същото време 46% желязо се отделя от пясъка. Грегор разтвори останалата част от пробата в сярна киселина и почти цялото вещество премина в разтвор, с изключение на 3,5% силициев диоксид. След изпаряване на разтвора на сярната киселина остава бял прах в количество 46% от пробата. Грегор смяташе, че това е специален вид вар, разтворим в излишък от киселина и утаен с каустик поташ. Продължавайки да изучава праха, Грегър стигна до заключението, че това е комбинация от желязо с някакъв неизвестен метал. След консултация с приятеля си, минералога Хокинс, Грегър публикува резултатите от работата си през 1791 г., предлагайки новия метал да бъде наречен Меначин на името на долината, в която е открит черният пясък. Съответно оригиналният минерал е наречен менаконит. Клапрот се запознава с посланието на Грегор и независимо от него започва да анализира минерала, известен по онова време като „червен унгарски шорл“ (рутил). Скоро той успява да изолира от минерала оксид на неизвестен метал, който нарича титан (Титан) по аналогия с титаните - древните митични обитатели на земята. Клапрот съзнателно е избрал митологично име за разлика от имената на елементите според техните свойства, както е предложено от Лавоазие и Номенклатурната комисия на Парижката академия на науките и което е довело до сериозни недоразумения. Подозирайки, че менахинът и титанът на Грегор са един и същи елемент, Клапрот прави сравнителен анализ на менаконит и рутил и установява идентичността на двата елемента. в Русия в края на 19 век. титанът е изолиран от илменит и е изследван подробно от химическа страна от T.E. Lovits; въпреки това той отбеляза някои грешки в дефинициите на Клапрот. Електролитно чист титан е получен през 1895 г. от Moissan. В руската литература от началото на 19 век. титанът понякога се нарича титан (Dvigubsky, 1824), а името титан се появява там пет години по-късно.