Titaanin käsittely, titaanin uuttaminen malmeista ja titaaniseosten tai -yhdisteiden valmistaminen käytettäväksi eri tuotteissa.
Titaani (Ti) on pehmeä, sitkeä, hopeanharmaa metalli, sulamispiste 1,675 ° C (3,047 ° F). Koska sen pinnalle on muodostunut kemiallisesti suhteellisen inertti oksidikalvo, sillä on erinomainen korroosionkestävyys useimmissa luonnollisissa ympäristöissä. Lisäksi se on kevyt ja tiheys (4,51 grammaa kuutiometriä kohti) alumiinin ja raudan välissä. Sen matalatiheyden ja suuren lujuuden yhdistelmä antaa sille tehokkaimman tavallisten metallien lujuus / paino-suhteen jopa 600 ° C (1100 ° F) lämpötiloihin.
Koska sen atomiläpimitta on samanlainen kuin monet yleiset metallit, kuten alumiini, rauta, tina ja vanadiini, titaani voidaan helposti seostaa sen ominaisuuksien parantamiseksi. Raudan tavoin metalli voi esiintyä kahdessa kiteisessä muodossa: heksagonaalisesti tiiviisti pakatut (hcp) alle 883 ° C (1,621 ° F) ja kehonkeskeiset kuutiot (bcc) korkeammissa lämpötiloissa sulamispisteensä saakka. Tämä allotrooppinen käyttäytyminen ja kyky seoksella monien elementtien kanssa johtaa titaaniseoksisiin, joilla on laaja valikoima mekaanisia ja korroosionkestäviä ominaisuuksia.
Vaikka titaanimalmeja on runsaasti, metallin korkea reaktiivisuus hapen, typen ja vedyn kanssa ilmassa korotetuissa lämpötiloissa vaatii monimutkaisia ja siksi kalliita valmistus- ja valmistusprosesseja.
Historia
Englantilainen pappi William Gregor löysi titaanimalmin ensimmäisen kerran vuonna 1791 Cornish Beach -hiekasta. Saksan kemisti MH Klaproth teki muutama vuosi myöhemmin oksidin todellisen tunnistamisen. Klaproth antoi tämän oksidin metalliosalle titaanin nimen titaanien jälkeen, kreikkalaisen mytologian jättiläisiä.
Puhdasta metallista titaania tuotti ensin joko 1906 tai 1910 MA Hunter Rensselaerin ammattikorkeakoulussa (Troy, New York, USA) yhteistyössä General Electric Company -yrityksen kanssa. Nämä tutkijat uskoivat titaanin sulamispisteen 6 000 ° C (10 800 ° F), ja siksi he olivat ehdokas hehkulamppulankoille, mutta kun Hunter tuotti metallin, jonka sulamispiste oli lähempänä 1800 ° C (3 300 ° F), vaivaa hylättiin. Kuitenkin, Hunter ei osoittavat, että metalli oli joitakin sitkeys, ja hänen menetelmä sen valmistamiseksi saattamalla titaanitetrakloridi (TiCl 4) ja natrium vakuumissa myöhemmin kaupallisesti, ja tunnetaan nyt Hunter prosessi. Hollantilaiset tutkijat AE van Arkel ja JH de Boer tuottivat vuonna 1925 merkittävän sitkeyttä omaavan metallin, jotka dissosioivat titaani-tetrajodidin kuumassa hehkulankassa evakuoidussa lasisipulissa.
Vuonna 1932 Luxemburg William J. Kroll tuotti merkittäviä määriä sitkeää titaania yhdistämällä TiCl 4 kalsiumilla. Vuoteen 1938 mennessä Kroll oli tuottanut 20 kiloa (50 kiloa) titaania ja oli vakuuttunut siitä, että sillä oli erinomaiset korroosio- ja lujuusominaisuudet. Toisen maailmansodan alkaessa hän pakeni Euroopasta ja jatkoi työtään Yhdysvalloissa Union Carbide Company -yrityksessä ja myöhemmin Yhdysvaltain kaivosten toimistossa. Siihen mennessä hän oli vaihtanut pelkistävän aineen kalsiumista magnesiummetalliin. Kroll tunnustetaan nykyaikaisen titaaniteollisuuden isäksi, ja Kroll-prosessi on nykyisen titaanituotannon perusta.
Vuonna 1946 tehdyssä Yhdysvaltain ilmavoimien tutkimuksessa todettiin, että titaanipohjaiset seokset olivat mahdollisesti erittäin tärkeitä teknisiä materiaaleja, koska teräs tai alumiini eivät kyenneet tyydyttämään nousevaa tarvetta suuremmalle lujuus-paino-suhteelle lentokoneiden rakenteissa ja moottoreissa.. Tämän seurauksena puolustusministeriö tarjosi tuotannon kannustimia titaaniteollisuuden aloittamiseksi vuonna 1950. Samanlainen teollisuuskapasiteetti perustettiin Japaniin, Neuvostoliittoon ja Yhdistyneeseen kuningaskuntaan. Sen jälkeen kun ilmailu- ja avaruusteollisuus antoi tämän sysäyksen, metallin valmis saatavuus tarjosi mahdollisuuksia uusille sovelluksille muilla markkinoilla, kuten kemiallinen jalostus, lääketiede, energiantuotanto ja jätteiden käsittely.
malmit
Titaani on maan neljäs runsaasti rakennemetalli, jonka ylittävät vain alumiini, rauta ja magnesium. Toimivat mineraaliesiintymät ovat hajallaan ympäri maailmaa ja sisältävät kohteita Australiassa, Yhdysvalloissa, Kanadassa, Etelä-Afrikassa, Sierra Leonessa, Ukrainassa, Venäjällä, Norjassa, Malesiassa ja monissa muissa maissa.
Pääosin mineraaleja ovat rutiili, joka on noin 95 prosenttia titaanidioksidia (TiO 2), ja ilmeniitti (FeTiO 3), joka sisältää 50 - 65 prosenttia TiO 2. Kolmas mineraali, leukokseeni, on ilmeniitin muutos, josta osa raudasta on uutunut luonnostaan. Sillä ei ole erityistä titaanipitoisuutta. Titaanimineraaleja esiintyy alumiinisissa ja vulkaanisissa muodostumissa. Talletukset sisältävät yleensä 3–12 prosenttia raskaita mineraaleja, jotka koostuvat ilmeniitistä, rutiilista, leukokseenista, zirkonista ja monasiitista.
