Mulți sunt interesați de un titan ușor misterios și neînțeles pe deplin - un metal ale cărui proprietăți sunt oarecum ambigue. Metalul este atât cel mai puternic, cât și cel mai fragil.

Cel mai puternic și mai fragil metal

A fost descoperit de doi oameni de știință cu o diferență de 6 ani - englezul W. Gregor și germanul M. Klaproth. Numele titanului este asociat, pe de o parte, cu titanii mitici, supranaturali si neinfricati, pe de alta parte, cu Titania, regina zanelor.
Acesta este unul dintre cele mai comune materiale din natură, dar procesul de obținere a unui metal pur este deosebit de dificil.

22 element chimic al tabelului lui D. Mendeleev Titanul (Ti) aparține grupei a IV-a a perioadei a IV-a.

Culoarea titanului este alb argintiu, cu un luciu pronunțat. Evidențele sale strălucesc cu toate culorile curcubeului.

Este unul dintre metalele refractare. Se topește la +1660°C (±20°). Titanul este paramagnetic: nu este magnetizat într-un câmp magnetic și nu este împins afară din acesta.
Metalul se caracterizează prin densitate scăzută și rezistență ridicată. Dar particularitatea acestui material constă în faptul că chiar și impuritățile minime ale altor elemente chimice își schimbă radical proprietățile. În prezența unei fracțiuni nesemnificative din alte metale, titanul își pierde rezistența la căldură, iar un minim de substanțe nemetalice din compoziția sa fac aliajul fragil.
Această caracteristică determină prezența a 2 tipuri de material: pur și tehnic.

1. Titanul pur este utilizat acolo unde este necesară o substanță foarte ușoară, care poate rezista la sarcini grele și la temperaturi foarte ridicate.
2. Materialul tehnic este utilizat acolo unde sunt evaluați parametri precum ușurința, rezistența și rezistența la coroziune.

Substanța are proprietatea de anizotropie. Aceasta înseamnă că metalul își poate modifica caracteristicile fizice în funcție de forța aplicată. Această caracteristică trebuie luată în considerare atunci când planificați utilizarea materialului.

Titanul își pierde rezistența la cea mai mică prezență a impurităților altor metale în el.

Studiile efectuate asupra proprietăților titanului în condiții normale confirmă inerția acestuia. Substanța nu reacționează la elementele din atmosfera înconjurătoare.
Modificarea parametrilor începe atunci când temperatura crește la +400°C și mai mult. Titanul reacționează cu oxigenul, se poate aprinde în azot, absoarbe gaze.
Aceste proprietăți fac dificilă obținerea unei substanțe pure și a aliajelor acesteia. Producția de titan se bazează pe utilizarea unor echipamente scumpe de vid.

Titanul și competiția cu alte metale

Acest metal este în mod constant comparat cu aliajele de aluminiu și fier. Multe dintre proprietățile chimice ale titanului sunt semnificativ mai bune decât cele ale concurenților:

1. În ceea ce privește rezistența mecanică, titanul depășește fierul de 2 ori, iar aluminiul de 6 ori. Forța sa crește odată cu scăderea temperaturii, ceea ce nu se observă la concurenți.
   Caracteristicile anticorozive ale titanului sunt semnificativ mai mari decât cele ale altor metale.
2. La temperatura mediului ambiant, metalul este absolut inert. Dar când temperatura crește peste +200°C, substanța începe să absoarbă hidrogenul, schimbându-și caracteristicile.
3. La temperaturi mai ridicate, titanul reacţionează cu alte elemente chimice. Are o rezistență specifică ridicată, care este de 2 ori mai mare decât proprietățile celor mai bune aliaje de fier.
4. Proprietățile anticorozive ale titanului le depășesc semnificativ pe cele ale aluminiului și oțelului inoxidabil.
5. Substanța este un slab conductor de electricitate. Titanul are o rezistivitate de 5 ori mai mare decât cea a fierului, de 20 de ori mai mare decât cea a aluminiului și de 10 ori mai mare decât cea a magneziului.
6. Titanul se caracterizează printr-o conductivitate termică scăzută, aceasta se datorează coeficientului scăzut de dilatare termică. Este de 3 ori mai mică decât cea a fierului și de 12 ori mai mică decât cea a aluminiului.
   

Cum se obține titanul?

Materialul ocupă locul 10 în ceea ce privește distribuția în natură. Există aproximativ 70 de minerale care conțin titan sub formă de acid titanic sau dioxidul acestuia. Cele mai comune dintre ele și care conțin un procent ridicat de derivați metalici:

• ilmenit;
• rutil;
• anatază;
• perovskit;
• brookite.

Principalele zăcăminte de minereuri de titan sunt situate în SUA, Marea Britanie, Japonia, zăcăminte mari ale acestora au fost descoperite în Rusia, Ucraina, Canada, Franța, Spania și Belgia.

Exploatarea titanului este un proces costisitor și care necesită forță de muncă

Obținerea de metal de la ele este foarte costisitoare. Oamenii de știință au dezvoltat 4 moduri de a produce titan, fiecare dintre ele funcționând și utilizat eficient în industrie:

1. Metoda magneziului. Materiile prime extrase care conțin impurități de titan sunt prelucrate și se obține dioxid de titan. Această substanță este supusă clorării în clorinatoarele de mine sau de sare la temperaturi ridicate. Procesul este foarte lent și se desfășoară în prezența unui catalizator de carbon. În acest caz, dioxidul solid este transformat într-o substanță gazoasă - tetraclorura de titan. Materialul rezultat este redus cu magneziu sau sodiu. Aliajul format în timpul reacției este supus încălzirii într-o unitate de vid la temperaturi ultraînalte. Ca rezultat al reacției, are loc evaporarea magneziului și a compușilor săi cu clor. La sfârșitul procesului, se obține un material asemănător unui burete. Se topește și se obține titan de înaltă calitate.
2. Metoda hidruro-calciu. Minereul este supus unei reacții chimice și se obține hidrură de titan. Următoarea etapă este separarea substanței în componente. Titanul și hidrogenul sunt eliberate în timpul încălzirii în instalațiile de vid. La sfârșitul procesului se obține oxid de calciu care se spală cu acizi slabi. Primele două metode se referă la producția industrială. Acestea fac posibilă obținerea de titan pur în cel mai scurt timp posibil la costuri relativ mici.
3. metoda electroliza. Compușii de titan sunt supuși unui curent ridicat. În funcție de materie primă, compușii sunt împărțiți în componente: clor, oxigen și titan.
4. Metoda iodului sau rafinare. Dioxidul de titan obținut din minerale este stropit cu vapori de iod. Ca rezultat al reacției, se formează iodură de titan, care este încălzită la o temperatură ridicată - + 1300 ... + 1400 ° C și acționează asupra ei cu un curent electric. În același timp, componentele sunt izolate de materialul sursă: iod și titan. Metalul obținut prin această metodă nu are impurități și aditivi.

Domenii de utilizare

Utilizarea titanului depinde de gradul de purificare a acestuia de impurități. Prezența chiar și a unei cantități mici de alte elemente chimice în compoziția unui aliaj de titan schimbă radical caracteristicile fizice și mecanice ale acestuia.

Titanul cu o anumită cantitate de impurități se numește tehnic. Are rate ridicate de rezistență la coroziune, este un material ușor și foarte durabil. Aplicarea sa depinde de acești indicatori și de alți indicatori.

• În industria chimică titanul și aliajele sale sunt utilizate pentru fabricarea schimbătoarelor de căldură, țevilor de diferite diametre, fitingurilor, carcaselor și piese pentru pompe pentru diverse scopuri. Substanța este indispensabilă în locurile în care sunt necesare rezistență ridicată și rezistență la acizi.
• La transport titanul este utilizat pentru fabricarea pieselor și ansamblurilor de biciclete, mașini, vagoane de cale ferată și trenuri. Utilizarea materialului reduce greutatea materialului rulant și a mașinilor, face piesele de biciclete mai ușoare și mai puternice.
• Titanul este important în departamentul naval. Din el sunt realizate părți și elemente de carene pentru submarine, elice pentru bărci și elicoptere.
• În industria construcțiilor se folosește aliaj de zinc-titan. Este folosit ca material de finisare pentru fațade și acoperișuri. Acest aliaj foarte puternic are o proprietate importantă: poate fi folosit pentru a realiza detalii arhitecturale cu cea mai fantastică configurație. Poate lua orice formă.
• În ultimul deceniu, titanul a fost utilizat pe scară largă în industria petrolului. Aliajele sale sunt folosite la fabricarea de echipamente pentru foraj ultra-profund. Materialul este utilizat pentru fabricarea de echipamente pentru producția de petrol și gaze pe rafturile offshore.

Titanul are o gamă foarte largă de aplicații.

Titanul pur are utilizările sale. Este necesar acolo unde se cere rezistenta la temperaturi ridicate si in acelasi timp trebuie mentinuta rezistenta metalului.

Se aplica in :

• industria aeronautică și spațială pentru fabricarea de piese de piele, carene, elemente de fixare, șasiu;
• medicamente pentru protezare și fabricarea valvelor cardiace și a altor dispozitive;
• tehnică de lucru în regiunea criogenică (aici folosesc proprietatea titanului - cu o scădere a temperaturii, rezistența metalului crește și plasticitatea acestuia nu se pierde).

În termeni procentuali, utilizarea titanului pentru producerea diferitelor materiale arată astfel:

• 60% este folosit pentru fabricarea vopselei;
• plasticul consumă 20%;
• 13% este folosit în producția de hârtie;
• ingineria mecanică consumă 7% din titanul rezultat și aliajele sale.

Materiile prime și procesul de obținere a titanului sunt costisitoare, costurile producției sale sunt compensate și plătite de durata de viață a produselor din această substanță, capacitatea sa de a nu-și schimba aspectul pe întreaga perioadă de funcționare.

Partea principală a titanului este cheltuită pentru nevoile aviației și tehnologiei rachetelor și construcțiilor navale maritime. La fel ca și ferotitanul, este folosit ca aditiv de aliere pentru oțelurile de înaltă calitate și ca dezoxidant. Titanul tehnic este utilizat pentru fabricarea rezervoarelor, reactoarelor chimice, conductelor, fitingurilor, pompelor, supapelor și a altor produse care funcționează în medii agresive. Grilele și alte părți ale dispozitivelor de electrovacuum care funcționează la temperaturi ridicate sunt fabricate din titan compact.

În ceea ce privește utilizarea ca material structural, Ti se află pe locul 4, al doilea după Al, Fe și Mg. Aluminurile de titan sunt foarte rezistente la oxidare și rezistente la căldură, ceea ce a determinat, la rândul său, utilizarea lor în aviație și industria auto ca materiale structurale. Siguranța biologică a acestui metal îl face un material excelent pentru industria alimentară și chirurgia reconstructivă.

Titanul și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în inginerie datorită rezistenței lor mecanice ridicate, care este menținută la temperaturi ridicate, rezistență la coroziune, rezistență la căldură, rezistență specifică, densitate scăzută și alte proprietăți utile. Costul ridicat al acestui metal și al materialelor pe baza acestuia este în multe cazuri compensat de eficiența lor mai mare, iar în unele cazuri sunt singura materie primă din care este posibilă fabricarea echipamentelor sau structurilor capabile să funcționeze în condiții specifice date.

Aliajele de titan joacă un rol important în tehnologia aviației, unde se urmărește obținerea celui mai ușor design combinat cu rezistența necesară. Ti este ușor în comparație cu alte metale, dar în același timp poate funcționa la temperaturi ridicate. Materialele pe bază de Ti sunt folosite pentru a face piele, piese de fixare, bloc de alimentare, piese de șasiu și diverse unități. De asemenea, aceste materiale sunt folosite în construcția motoarelor cu reacție de avioane. Acest lucru vă permite să reduceți greutatea lor cu 10-25%. Aliajele de titan sunt folosite pentru a produce discuri și lame ale compresoarelor, părți ale prizei de aer și ghidaje din motoare și diverse elemente de fixare.

Un alt domeniu de aplicare este știința rachetelor. Având în vedere funcționarea pe termen scurt a motoarelor și trecerea rapidă a straturilor dense ale atmosferei în știința rachetelor, problemele rezistenței la oboseală, rezistenței statice și parțial fluajului sunt în mare parte eliminate.

Din cauza rezistenței termice insuficient de ridicate, titanul tehnic nu este potrivit pentru utilizare în aviație, dar datorită rezistenței sale la coroziune excepțional de ridicate, în unele cazuri este indispensabil în industria chimică și construcțiile navale. Deci este utilizat la fabricarea compresoarelor și pompelor pentru pomparea unor medii atât de agresive precum acidul sulfuric și clorhidric și sărurile acestora, conducte, supape, autoclave, diverse recipiente, filtre etc. Doar Ti are rezistență la coroziune în medii precum clorul umed, soluții apoase și acide de clor, prin urmare echipamentele pentru industria clorului sunt fabricate din acest metal. De asemenea, este folosit pentru a face schimbătoare de căldură care funcționează în medii corozive, de exemplu, în acid azotic (nu fumează). În construcțiile navale, titanul este folosit pentru fabricarea de elice, placarea navelor, submarine, torpile etc. Cochiliile nu se lipesc de acest material, ceea ce crește brusc rezistența vasului în timpul mișcării sale.

Aliajele de titan sunt promițătoare pentru utilizare în multe alte aplicații, dar utilizarea lor în tehnologie este constrânsă de costul ridicat și prevalența insuficientă a acestui metal.

Compușii de titan sunt, de asemenea, utilizați pe scară largă în diverse industrii. Carbura (TiC) are o duritate ridicată și este utilizată la fabricarea sculelor de tăiere și abrazivi. Dioxidul alb (TiO 2 ) este utilizat în vopsele (ex. alb de titan), precum și în producția de hârtie și materiale plastice. Compușii organotitan (de exemplu, tetrabutoxititan) sunt utilizați ca catalizator și întăritor în industria chimică și a vopselei. Compușii anorganici Ti sunt utilizați în industria chimică, electronică, a fibrei de sticlă ca aditiv. Diborura (TiB 2) este o componentă importantă a materialelor superdure de prelucrare a metalelor. Nitrura (TiN) este folosită pentru acoperirea sculelor.

Tot ce trebuie să știți despre titan, precum și despre crom și wolfram

Mulți sunt interesați de întrebarea: care este cel mai dur metal din lume? Acesta este un titan. Această substanță solidă va face obiectul majorității articolului. De asemenea, ne vom familiariza puțin cu metale dure precum cromul și wolfram.

9 fapte interesante despre titan

1. Există mai multe versiuni ale motivului pentru care metalul și-a primit numele. Potrivit unei teorii, el a fost numit după Titani, ființe supranaturale neînfricate. Potrivit unei alte versiuni, numele provine de la Titania, regina zânelor.
2. Titanul a fost descoperit la sfârșitul secolului al XVIII-lea de către un chimist german și englez.
3. Titanul nu a fost folosit în industrie de multă vreme datorită fragilității sale naturale.
4. La începutul anului 1925, după o serie de experimente, chimiștii au obținut titan pur.
5. Așchii de titan sunt inflamabili.
6. Este unul dintre cele mai usoare metale.
7. Titanul se poate topi doar la temperaturi de peste 3200 de grade.
8. Fierbe la temperatura de 3300 de grade.
9. Titanul are o culoare argintie.

Istoria descoperirii titanului

Metalul, care mai târziu a fost numit titan, a fost descoperit de doi oameni de știință - englezul William Gregor și germanul Martin Gregor Klaproth. Oamenii de știință au lucrat în paralel și nu s-au intersectat unul cu celălalt. Diferența dintre descoperiri este de 6 ani.

William Gregor și-a numit descoperirea menakin.

Peste 30 de ani mai târziu, a fost obținut primul aliaj de titan, care s-a dovedit a fi extrem de fragil și nu a putut fi folosit nicăieri. Se crede că abia în 1925 a fost izolat titanul în formă pură, care a devenit unul dintre cele mai solicitate metale din industrie.

Este dovedit că omul de știință rus Kirillov a reușit în 1875 să extragă titan pur. A publicat un pamflet în care își detaliază munca. Cu toate acestea, cercetările unui rus puțin cunoscut au trecut neobservate.

Informații generale despre titan

Aliajele de titan sunt salvatoare pentru mecanici și ingineri. De exemplu, corpul unui avion este fabricat din titan. În timpul zborului, atinge viteze de câteva ori mai mari decât viteza sunetului. Carcasa din titan se încălzește până la temperaturi de peste 300 de grade și nu se topește.

Metalul închide top zece „Cele mai comune metale din natură”. Depozite mari au fost descoperite în Africa de Sud, China și o mulțime de titan în Japonia, India și Ucraina.

Volumul total al rezervelor mondiale de titan este de peste 700 de milioane de tone. Dacă ritmul de producție rămâne același, titanul va dura încă 150-160 de ani.

Cel mai mare producător de metal cel mai dur din lume este întreprinderea rusă VSMPO-Avisma, care satisface o treime din nevoile lumii.

Proprietățile titanului

1. Rezistenta la coroziune.
2. Rezistenta mecanica ridicata.
3. Densitate scăzută.

Greutatea atomică a titanului este de 47,88 amu, numărul de serie din tabelul periodic chimic este 22. În exterior, este foarte asemănător cu oțelul.

Densitatea mecanică a metalului este de 6 ori mai mare decât cea a aluminiului, de 2 ori mai mare decât cea a fierului. Se poate combina cu oxigen, hidrogen, azot. Când este asociat cu carbonul, metalul formează carburi incredibil de dure.

Conductivitatea termică a titanului este de 4 ori mai mică decât cea a fierului și de 13 ori mai mică decât cea a aluminiului.

Procesul de extragere a titanului

Există o cantitate mare de titan în pământ, totuși, costă o mulțime de bani pentru a-l extrage din intestine. Pentru dezvoltare se folosește metoda iodurii, autorul căreia este Van Arkel de Boer.

Metoda se bazează pe capacitatea metalului de a se combina cu iodul; după descompunerea acestui compus, se poate obține titan pur, fără impurități.

Cele mai interesante lucruri din titan:

• proteze în medicină;
• placi pentru dispozitive mobile;
• sisteme de rachete pentru explorarea spațiului;
• conducte, pompe;
• copertine, cornișe, placari exterioare ale clădirilor;
• majoritatea pieselor (șasiu, piele).

Aplicații ale titanului

Titanul este utilizat în mod activ în armată, medicină și bijuterii. I s-a dat numele neoficial „metalul viitorului”. Mulți spun că ajută la transformarea unui vis în realitate.

Cel mai dur metal din lume a fost folosit inițial în sfera militară și de apărare. Astăzi, principalul consumator de produse din titan este industria aeronautică.

Titanul este un material structural versatil. De mulți ani a fost folosit pentru a crea turbine de avioane. În motoarele de avioane, titanul este folosit pentru a face elemente de ventilator, compresoare și discuri.

Designul unui avion modern poate conține până la 20 de tone de aliaj de titan.

Principalele domenii de aplicare a titanului în industria aeronautică:

• produse de formă spațială (canturi de uși, trape, învelișuri, pardoseli);
• unități și componente care sunt supuse unor sarcini mari (suporturi aripi, tren de aterizare, cilindri hidraulici);
• piese de motor (corp, palete pentru compresoare).

Titan în spațiu, rachete și construcții navale

Datorită titanului, omul a reușit să treacă prin bariera sonoră și să pătrundă în spațiu. A fost folosit pentru a crea sisteme de rachete cu echipaj. Titanul poate rezista la radiațiile cosmice, schimbările de temperatură, viteza de mișcare.

Acest metal are o densitate scăzută, ceea ce este important în industria construcțiilor navale. Produsele din titan sunt ușoare, ceea ce înseamnă că greutatea este redusă, manevrabilitatea, viteza și raza de acțiune sunt crescute. Dacă corpul navei este acoperit cu titan, nu va fi nevoie să fie vopsit mulți ani - titanul nu ruginește în apa de mare (rezistență la coroziune).

Cel mai adesea, acest metal este utilizat în construcțiile navale pentru fabricarea de motoare cu turbină, cazane de abur și tuburi de condensare.

Industria petrolului și a titanului

Găurirea ultra-profundă este considerată a fi o zonă promițătoare pentru utilizarea aliajelor de titan. Pentru a studia și a extrage bogățiile subterane, este nevoie de a pătrunde adânc în subteran - peste 15 mii de metri. Țevile de foraj din aluminiu, de exemplu, se vor rupe din cauza propriei gravitații și numai aliajele de titan pot atinge adâncimi cu adevărat mari.

Nu cu mult timp în urmă, titanul a început să fie utilizat în mod activ pentru a crea puțuri pe rafturile mării. Specialiștii folosesc aliaje de titan ca echipamente:

• instalatii de producere a petrolului;
• recipiente sub presiune;
• pompe de apă adâncă, conducte.

Titanul în sport, medicină

Titanul este extrem de popular în domeniul sportului datorită rezistenței și ușurinței sale. În urmă cu câteva decenii, o bicicletă era realizată din aliaje de titan, primul echipament sportiv realizat din cel mai dur material din lume. O bicicletă modernă este formată dintr-un corp de titan, aceeași frână și arcuri de scaun.

Japonia a creat crose de golf din titan. Aceste dispozitive sunt ușoare și durabile, dar extrem de scumpe ca preț.

Titanul este folosit pentru a face majoritatea articolelor care se află în rucsacul alpiniștilor și călătorilor - veselă, truse de gătit, suporturi pentru întărirea corturilor. Pioletele din titan sunt un echipament sportiv foarte popular.

Acest metal este foarte solicitat în industria medicală. Majoritatea instrumentelor chirurgicale sunt fabricate din titan - ușoare și confortabile.

Un alt domeniu de aplicare a metalului viitorului este crearea de proteze. Titanul se „combină” perfect cu corpul uman. Medicii au numit acest proces „relație adevărată”. Structurile de titan sunt sigure pentru mușchi și oase, rareori provoacă o reacție alergică și nu se descompun sub influența lichidului din organism. Protezele din titan sunt rezistente și suportă sarcini fizice enorme.

Titanul este un metal uimitor. Ajută o persoană să atingă înălțimi fără precedent în diferite domenii ale vieții. Este iubit și venerat pentru puterea, ușurința și anii îndelungați de serviciu.

Cromul este unul dintre cele mai dure metale.

Fapte interesante despre crom

1. Numele metalului provine de la cuvântul grecesc „chroma”, care înseamnă vopsea.
2. În mediul natural, cromul nu se găsește în formă pură, ci doar sub formă de minereu de crom de fier, un oxid dublu.
3. Cele mai mari zăcăminte de metale sunt situate în Africa de Sud, Rusia, Kazahstan și Zimbabwe.
4. Densitatea metalului - 7200kg/m3.
5. Cromul se topește la 1907 grade.
6. Fierbe la o temperatură de 2671 de grade.
7. Complet pur, fără impurități, cromul se caracterizează prin maleabilitate și duritate. În combinație cu oxigen, azot sau hidrogen, metalul devine fragil și foarte dur.
8. Acest metal alb-argintiu a fost descoperit de francezul Louis Nicolas Vauquelin la sfarsitul secolului al XVIII-lea.

Proprietățile cromului metalului

Cromul are o duritate foarte mare, poate tăia sticla. Nu este oxidat de aer, umiditate. Dacă metalul este încălzit, oxidarea va avea loc numai la suprafață.

Se consumă peste 15.000 de tone de crom pur pe an. Compania britanică Bell Metals este considerată lider în producția celui mai pur crom.

Cea mai mare parte a cromului este consumată în Statele Unite, Europa de Vest și Japonia. Piața cromului este volatilă, iar prețurile se întind pe o gamă largă.

Domenii de utilizare a cromului

Cel mai adesea este folosit pentru a crea aliaje și acoperiri galvanizate (cromare pentru transport).

La oțel se adaugă crom, ceea ce îmbunătățește proprietățile fizice ale metalului. Aceste aliaje sunt cele mai căutate în metalurgia feroasă.

Cel mai popular oțel este format din crom (18%) și nichel (8%). Astfel de aliaje rezistă perfect la oxidare, coroziune și sunt puternice chiar și la temperaturi ridicate.

Cuptoarele de încălzire sunt fabricate din oțel, care conține o treime de crom.

Ce altceva este făcut din crom?

1. Butoaie de arme de foc.
2. Coca submarinelor.
3. Cărămizi, care sunt folosite în metalurgie.

Un alt metal extrem de dur este wolfram.

Fapte interesante despre wolfram

1. Numele metalului în germană („Wolf Rahm”) înseamnă „spumă de lup”.
2. Este cel mai refractar metal din lume.
3. Tungstenul are o nuanță gri deschis.
4. Metalul a fost descoperit la sfârșitul secolului al XVIII-lea (1781) de către suedezul Karl Scheele.
5. Tungstenul se topește la 3422 de grade, fierbe la 5900.
6. Metalul are o densitate de 19,3 g/cm³.
7. Masa atomică - 183,85, element din grupa VI în sistemul periodic al lui Mendeleev (număr de serie - 74).

Procesul de extragere a wolframului

Tungstenul aparține unui grup mare de metale rare. Include, de asemenea, rubidiu, molibden. Acest grup se caracterizează printr-o prevalență scăzută a metalelor în natură și o scară redusă a consumului.

Obținerea tungstenului constă din 3 etape:

• separarea metalului de minereu, acumularea lui în soluție;
• izolarea compusului, purificarea acestuia;
• extragerea metalului pur din compusul chimic finit.
• Materialul de pornire pentru obținerea wolframului este scheelita și wolframite.

Aplicații ale wolframului

Tungstenul este baza celor mai durabile aliaje. Din el sunt fabricate motoarele de aeronave, părți ale dispozitivelor de electrovacuum, filamente incandescente.
Densitatea mare a metalului face posibilă utilizarea wolframului pentru a crea rachete balistice, gloanțe, contragreutăți, obuze de artilerie.

Compușii pe bază de wolfram sunt utilizați pentru prelucrarea altor metale, în industria minieră (foraj de puțuri), vopsele și textile (ca catalizator pentru sinteza organică).

Din compuși complecși de tungsten se produc:

• fire - utilizate în cuptoare de încălzire;
• benzi, folii, plăci, foi - pentru rulare și forjare plată.

Titanul, cromul și wolframul sunt în fruntea listei „Cele mai dure metale din lume”. Ele sunt utilizate în multe domenii ale activității umane - știința avioanelor și a rachetelor, domeniul militar, construcții și, în același timp, aceasta este departe de o gamă completă de aplicații metalice.

Titanul sub formă de oxid (IV) a fost descoperit de mineralogul amator englez W. Gregor în 1791 în nisipurile feruginoase magnetice ale orașului Menakan (Anglia); în 1795, chimistul german M. G. Klaproth a stabilit că mineralul rutil este un oxid natural al aceluiași metal, pe care l-a numit „titan” [în mitologia greacă, titanii sunt copiii lui Uranus (Raiul) și Gaia (Pământul)]. Nu a fost posibil să izolați titanul în forma sa pură pentru o lungă perioadă de timp; abia în 1910 omul de știință american M. A. Hunter a obținut titan metalic prin încălzirea clorurii acestuia cu sodiu într-o bombă de oțel sigilată; metalul pe care l-a obţinut era ductil doar la temperaturi ridicate şi fragil la temperatura camerei datorită conţinutului ridicat de impurităţi. Oportunitatea de a studia proprietățile titanului pur a apărut abia în 1925, când oamenii de știință olandezi A. Van Arkel și I. de Boer au obținut un plastic metalic de înaltă puritate la temperaturi scăzute prin disocierea termică a iodurii de titan.

Distribuția titanului în natură. Titanul este unul dintre elementele comune, conținutul său mediu în scoarța terestră (clarke) este de 0,57% din greutate (dintre metalele structurale, ocupă locul 4 ca prevalență, după fier, aluminiu și magneziu). Cel mai mult Titanul se află în rocile de bază ale așa-numitei „cochilii de bazalt” (0,9%), mai puțin în rocile „cochiliei de granit” (0,23%) și chiar mai puțin în rocile ultrabazice (0,03%) etc. Pentru rocile, îmbogățite cu titan, includ pegmatitele din roci de bază, rocile alcaline, sienite și pegmatitele asociate și altele. Există 67 de minerale cunoscute Titanul, majoritatea de origine magmatică; cele mai importante sunt rutilul și ilmenitul.

Titanul este în mare parte dispersat în biosferă. In apa de mare contine 10 -7%; Titan este un migrant slab.

Proprietățile fizice ale titanului. Titanul există sub forma a două modificări alotropice: sub o temperatură de 882,5 °C, forma α cu o rețea compactă hexagonală este stabilă (a = 2,951Å, c = 4,679Å), iar peste această temperatură, β -forma cu o rețea centrată pe corp cubic a = 3,269 Å. Impuritățile și dopanții pot schimba semnificativ temperatura de transformare α/β.

Densitatea formei a la 20°C este de 4,505 g/cm3, iar la 870°C 4,35 g/cm3; p-formă la 900°C 4,32 g/cm3; raza atomică Ti 1,46 Å, raze ionice Ti + 0,94 A, Ti 2+ 0,78 Å, Ti 3+ 0,69 Å, Ti 4+ 0,64 Å; Topitură 1668°C, Tbp 3227°C; conductivitate termică în intervalul 20-25°C 22,065 W/(m K); coeficient de temperatură de dilatare liniară la 20°C 8,5·10 -6 , în intervalul 20-700°С 9,7·10 -6 ; capacitate termică 0,523 kJ/(kg K); rezistivitate electrică 42,1 10 -6 ohm cm la 20 °C; coeficient de temperatură al rezistenței electrice 0,0035 la 20 °C; are supraconductivitate sub 0,38 K. Titanul este paramagnetic, susceptibilitatea magnetică specifică este de 3,2·10 -6 la 20 °C. Rezistență la tracțiune 256 MN/m2 (25,6 kgf/mm2), alungire relativă 72%, duritate Brinell mai mică de 1000 MN/m2 (100 kgf/mm2). Modulul de elasticitate normală este de 108.000 MN / m 2 (10.800 kgf / mm 2). Metal de forjare de înaltă puritate la temperatură normală.

Titanul tehnic folosit în industrie conține impurități de oxigen, azot, fier, siliciu și carbon, care îi măresc rezistența, reduc ductilitatea și afectează temperatura de transformare polimorfă, care are loc în intervalul 865-920 °C. Pentru gradele tehnice de titan VT1-00 și VT1-0, densitatea este de aproximativ 4,32 g/cm3, rezistența la tracțiune este de 300-550 MN/m2 (30-55kgf/mm2), alungirea nu este mai mică de 25%, duritatea Brinell este 1150 -1650 MN / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Configurația învelișului electron exterior al atomului de Ti este 3d 2 4s 2 .

Proprietățile chimice ale titanului. Titanul pur este un element de tranziție activ chimic, în compuși are stări de oxidare +4, mai rar +3 și +2. La temperaturi obișnuite și până la 500-550 ° C, este rezistent la coroziune, ceea ce se explică prin prezența unei pelicule subțiri, dar puternice de oxid pe suprafața sa.

Interacționează vizibil cu oxigenul atmosferic la temperaturi de peste 600 ° C cu formarea de TiO2. Așchiile subțiri de titan cu lubrifiere insuficientă pot lua foc în timpul prelucrării. Cu o concentrație suficientă de oxigen în mediu și deteriorarea peliculei de oxid prin impact sau frecare, este posibil ca metalul să se aprindă la temperatura camerei și în bucăți relativ mari.

Filmul de oxid nu protejează titanul în stare lichidă de interacțiunile ulterioare cu oxigenul (spre deosebire de aluminiu, de exemplu), și, prin urmare, topirea și sudarea acestuia trebuie efectuate în vid, într-o atmosferă de gaz neutru sau scufundat. Titanul are capacitatea de a absorbi gazele atmosferice și hidrogenul, formând aliaje fragile nepotrivite utilizării practice; în prezența unei suprafețe activate, absorbția hidrogenului are loc deja la temperatura camerei la o rată scăzută, care crește semnificativ la 400 °C și peste. Solubilitatea hidrogenului în titan este reversibilă și acest gaz poate fi îndepărtat aproape complet prin recoacere în vid. Titanul reacţionează cu azotul la temperaturi peste 700 °C, şi se obţin nitruri de tip TiN; sub formă de pulbere fină sau sârmă, titanul poate arde într-o atmosferă de azot. Rata de difuzie a azotului și oxigenului în Titan este mult mai mică decât cea a hidrogenului. Stratul obținut ca urmare a interacțiunii cu aceste gaze se caracterizează prin duritate și fragilitate crescută și trebuie îndepărtat de pe suprafața produselor din titan prin gravare sau prelucrare. Titanul reacționează puternic cu halogenii uscați și este stabil față de halogenii umezi, deoarece umiditatea joacă rolul de inhibitor.

Metalul este stabil în acid azotic de toate concentrațiile (cu excepția acidului fumant roșu, care provoacă fisurarea prin coroziune a titanului, iar reacția merge uneori cu o explozie), în soluții slabe de acid sulfuric (până la 5% în greutate) . Acizii clorhidric, fluorhidric, sulfuric concentrat, precum și acizii organici fierbinți: acizii oxalic, formic și tricloroacetic reacționează cu titanul.

Titanul este rezistent la coroziune în aerul atmosferic, apa de mare și atmosfera mării, în clor umed, apă cu clor, soluții de clorură fierbinte și rece, în diverse soluții și reactivi tehnologici utilizați în industria chimică, petrol, hârtie și alte industrii, precum și în hidrometalurgie. Titanul formează compuși asemănătoare metalelor cu C, B, Se, Si, care se caracterizează prin refractare și duritate ridicată. Carbura de TiC (topitură t 3140 °C) se obține prin încălzirea unui amestec de TiO 2 cu funingine la 1900-2000 °C în atmosferă de hidrogen; nitrură TiN (t pl 2950 °C) - prin încălzirea pulberii de titan în azot la o temperatură peste 700 °C. Sunt cunoscute siliciuri TiSi2, TiSi şi boruri TiB, Ti2B5, TiB2. La o temperatură de 400-600 °C, titanul absoarbe hidrogenul cu formarea de soluții solide și hidruri (TiH, TiH 2). Când TiO 2 este fuzionat cu alcalii, săruri ale acidului de titan ale meta- și ortotitanați (de exemplu, Na 2 TiO 3 și Na 4 TiO 4), precum și polititanați (de exemplu, Na 2 Ti 2 O 5 și Na 2 Ti 3 O 7) se formează. Titanații includ cele mai importante minerale ale titanului, de exemplu, ilmenita FeTiO 3 , perovskita CaTiO 3 . Toți titanați sunt ușor solubili în apă. Oxidul de titan (IV), acizii titanici (precipitații) și titanați sunt dizolvați în acid sulfuric pentru a forma soluții care conțin sulfat de titanil TiOSO4. Când soluțiile sunt diluate și încălzite, H2TiO3 precipită în urma hidrolizei, din care se obține oxidul de titan (IV). Când se adaugă peroxid de hidrogen la soluții acide care conțin compuși Ti (IV), se formează acizi peroxid (pertitanic) din compoziția H4TiO5 și H4TiO8 și sărurile corespunzătoare acestora; acești compuși sunt colorați în galben sau portocaliu-roșu (în funcție de concentrația de titan), care este utilizat pentru determinarea analitică a titanului.

A lua un titan. Cea mai comună metodă de obținere a titanului metalic este metoda magnezio-termică, adică reducerea tetraclorurii de titan cu magneziu metalic (mai puțin frecvent, sodiu):

TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2.

În ambele cazuri, minereurile de oxid de titan - rutil, ilmenit și altele - servesc drept materie primă inițială. În cazul minereurilor de tip ilmenit, titanul sub formă de zgură este separat de fier prin topire în cuptoare electrice. Zgura (precum și rutilul) este supusă clorării în prezența carbonului pentru a forma tetraclorura de titan, care, după purificare, intră în reactorul de reducere cu atmosferă neutră.

Titanul se obține în acest proces sub formă spongioasă și, după măcinare, este retopit în cuptoare cu arc în vid în lingouri cu introducerea de aditivi de aliere, dacă este necesar un aliaj. Metoda magneziu-termică face posibilă crearea unei producții industriale la scară largă de titan cu un ciclu tehnologic închis, deoarece produsul secundar format în timpul reducerii - clorura de magneziu este trimis la electroliză pentru a obține magneziu și clor.

Într-un număr de cazuri, este avantajos să se utilizeze metode de metalurgie a pulberilor pentru producerea de articole din titan și aliajele acestuia. Pentru a obține pulberi deosebit de fine (de exemplu, pentru electronice radio), poate fi utilizată reducerea oxidului de titan (IV) cu hidrură de calciu.

Aplicarea titanului. Principalele avantaje ale titanului față de alte metale structurale: o combinație de ușurință, rezistență și rezistență la coroziune. Aliajele de titan în absolut, și cu atât mai mult în rezistența specifică (adică rezistența legată de densitate) depășesc majoritatea aliajelor pe bază de alte metale (de exemplu, fier sau nichel) la temperaturi de la -250 la 550 ° C și sunt corozive comparabile la aliaje de metale nobile. Cu toate acestea, titanul a început să fie folosit ca material structural independent abia în anii 50 ai secolului al XX-lea din cauza marilor dificultăți tehnice ale extracției sale din minereuri și procesare (de aceea titanul a fost clasificat în mod convențional ca un metal rar). Partea principală a Titanium este cheltuită pentru nevoile aviației și tehnologiei rachetelor și construcției navale maritime. Aliajele de titan cu fier, cunoscute sub denumirea de „ferotitan” (20-50% titan), în metalurgia oțelurilor de înaltă calitate și a aliajelor speciale servesc ca aditiv de aliere și dezoxidant.

Titanul tehnic este utilizat pentru fabricarea rezervoarelor, reactoarelor chimice, conductelor, fitingurilor, pompelor și a altor produse care funcționează în medii agresive, de exemplu, în inginerie chimică. Echipamentele din titan sunt utilizate în hidrometalurgia metalelor neferoase. Este folosit pentru acoperirea produselor din oțel. Utilizarea titanului dă în multe cazuri un mare efect tehnic și economic, nu numai datorită creșterii duratei de viață a echipamentelor, ci și posibilității de intensificare a proceselor (ca, de exemplu, în hidrometalurgia nichelului). Siguranța biologică a titanului îl face un material excelent pentru fabricarea de echipamente pentru industria alimentară și în chirurgia reconstructivă. În condiții de frig profund, rezistența titanului crește, menținând în același timp o bună ductilitate, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia ca material structural pentru tehnologia criogenică. Titanul se pretează bine la lustruire, anodizare de culoare și alte metode de finisare a suprafețelor și, prin urmare, este utilizat pentru fabricarea diferitelor produse artistice, inclusiv sculptura monumentală. Un exemplu este monumentul de la Moscova, ridicat în onoarea lansării primului satelit artificial de pe Pământ. Dintre compușii de titan, oxizii, halogenurile și, de asemenea, siliciurile utilizate în tehnologia de temperatură înaltă sunt de importanță practică; boruri și aliajele lor utilizate ca moderatori în centralele nucleare datorită infuzibilității și secțiunii transversale mari de captare a neutronilor. Carbura de titan, care are o duritate mare, face parte din aliajele dure pentru scule utilizate pentru fabricarea sculelor de tăiere și ca material abraziv.

Oxidul de titan (IV) și titanatul de bariu servesc drept bază pentru ceramica de titan, iar titanatul de bariu este cel mai important feroelectric.

Titan în corp. Titanul este prezent în mod constant în țesuturile plantelor și animalelor. La plantele terestre, concentrația sa este de aproximativ 10 -4%, la plantele marine - de la 1,2 10 -3 la 8 10 -2%, în țesuturile animalelor terestre - mai puțin de 2 10 -4%, marine - de la 2 10 - 4 la 2 10 -2%. Se acumulează la vertebrate în principal în formațiuni cornoase, splină, glandele suprarenale, glanda tiroidă, placentă; slab absorbit din tractul gastrointestinal. La om, aportul zilnic de titan cu alimente și apă este de 0,85 mg; excretat prin urină și fecale (0,33 și, respectiv, 0,52 mg).

Combinația de rezistență și ușurință într-o singură substanță este un parametru valoros atât de mult încât alte calități și caracteristici ale materialului pot fi complet ignorate. scump în , rezistent la temperaturi doar în formă ultrapură, greu de utilizat, dar toate acestea se dovedesc a fi secundare în comparație cu combinația dintre greutate redusă și rezistență ridicată.

Acest articol vă va spune despre utilizarea titanului în aviația militară, industrie, medicină, producția de aeronave, pentru fabricarea de bijuterii, aliaje de titan și aplicații casnice.

Domeniul de aplicare al metalului ar fi mult mai larg dacă nu ar fi costul ridicat al producției sale. Din această cauză, titanul este utilizat numai în acele zone în care utilizarea unei substanțe atât de scumpe este justificată din punct de vedere economic. Determină utilizarea nu numai a rezistenței și ușurinței, ci și a rezistenței la coroziune, comparabilă cu rezistența metalelor prețioase și durabilitatea.

Proprietățile metalului sunt neobișnuit de puternic dependente de puritate, astfel încât utilizarea titanului tehnic și pur sunt considerate 2 probleme separate.

Despre ce proprietăți titanul este atât de utilizat pe scară largă în industrie, acest videoclip va spune:

metal tehnic

Titanul tehnic poate conține o varietate de impurități care nu afectează proprietățile chimice ale substanței, dar au un impact asupra fizicului. Titanul tehnic își pierde o calitate atât de valoroasă precum rezistența la căldură și capacitatea de a lucra la temperaturi peste 500-600 C. Dar rezistența sa la coroziune nu scade în niciun fel.

• Acesta este motivul utilizarii sale - in industria chimica si in orice alt domeniu in care este necesar sa se asigure rezistenta produselor in medii agresive. Titanul este folosit pentru a face rezervoare de stocare, fitinguri, părți ale reactoarelor, conductelor și pompelor, al căror scop este mișcarea acizilor și bazelor anorganice și organice. Majoritatea aliajelor de titan au aceleași proprietăți.
• Greutatea ușoară, împreună cu rezistența la coroziune, oferă o altă aplicație - în fabricarea echipamentelor de transport, în special, transportul feroviar. Utilizarea foilor și tijelor de titan la fabricarea vagoanelor și a trenurilor face posibilă reducerea masei trenurilor și, prin urmare, reducerea dimensiunii cutiilor și gâturilor de osie, făcând tracțiunea mai eficientă.

În mașinile obișnuite, sistemele de evacuare și arcurile elicoidale sunt fabricate din titan. În mașinile de curse, unitățile de propulsie din titan pot ușura semnificativ mașina și pot îmbunătăți proprietățile acesteia.

• Titanul este indispensabil în producția de vehicule blindate: aici este decisivă combinația dintre rezistență și ușurință.
• Rezistența ridicată la coroziune și ușurința fac ca materialul să fie atractiv și pentru afacerile navale. Titanul este utilizat la fabricarea țevilor cu pereți subțiri și a schimbătoarelor de căldură, tobe de eșapament submarine, supape, elice, componente ale turbinei și așa mai departe.

Produse din titan (foto)

metal pur

Metalul pur prezintă o rezistență foarte mare la căldură, capacitatea de a lucra sub sarcini mari și temperaturi ridicate. Și, având în vedere greutatea sa redusă, utilizarea metalului în industria rachetelor și a aeronavei este evidentă.

• Metalul și aliajele sale sunt folosite pentru a face elemente de fixare, ornamente, piese de șasiu, un set de putere și așa mai departe. În plus, materialul este utilizat în construcția motoarelor de aeronave, ceea ce face posibilă reducerea greutății acestora cu 10-25%.
• Rachetele care trec prin straturile dense ale atmosferei se confruntă cu sarcini monstruoase. Utilizarea titanului și a aliajelor sale face posibilă rezolvarea problemei rezistenței statice a aparatului, rezistenței la oboseală și, într-o oarecare măsură, fluajului.
• O altă aplicație a titanului pur este fabricarea de piese pentru dispozitive de electrovacuum concepute pentru funcționarea în condiții de suprasarcină.
• Metalul este indispensabil în producerea tehnologiei criogenice: rezistența titanului crește doar odată cu scăderea temperaturii, dar se păstrează o oarecare plasticitate.
• Titanul este poate cea mai inertă substanță biologic. Metalul pur comercial este folosit pentru a face tot felul de proteze externe și interne până la valvele cardiace. Titanul este compatibil cu țesutul biologic și nu a provocat niciun caz de alergie. În plus, materialul este folosit pentru instrumente chirurgicale, cârje pentru scaune cu rotile, scaune cu rotile și așa mai departe.

Cu toate acestea, cu toată rezistența sa la temperaturi și durabilitate, metalul nu este utilizat la fabricarea rulmenților, bucșilor și a altor piese în care este de așteptat frecare. Titanul are proprietăți antifricțiune scăzute și această problemă nu poate fi rezolvată cu ajutorul aditivilor.

Titanul este bine lustruit, anodizat - anodizare de culoare, prin urmare este adesea folosit în opere de artă și în arhitectură. Un exemplu este un monument la primul satelit artificial de pământ sau un monument. Y. Gagarin.

Despre marcarea produselor din titan, instrucțiunile de utilizare și alte puncte importante despre utilizarea metalului în construcții, vom descrie mai jos.

Videoclipul de mai jos arată procesul de andonizare a titanului:

Utilizarea sa în construcții

Desigur, cea mai mare parte a titanului este folosită în industria aeronautică și în industria transporturilor, unde combinația dintre rezistență și ușurință este deosebit de importantă. Cu toate acestea, materialul este folosit și în construcții și ar fi folosit mai pe scară largă dacă nu ar fi costul ridicat.

Placare din titan

Această tehnologie nu este încă larg răspândită, dar, de exemplu, în Japonia, foile de titan sunt foarte utilizate pentru finisarea acoperișurilor și chiar a interioarelor. Ponderea materialului folosit în construcții este mult mai mare decât cea utilizată în sectorul aviației.

Acest lucru se datorează atât rezistenței unei astfel de placari, cât și posibilităților sale decorative uimitoare. Prin oxidare anodica se poate obtine pe suprafata tablei un strat de oxizi de diferite grosimi. Apoi culoarea se schimbă. Schimbând timpul și intensitatea de recoacere, puteți obține culori galbene, turcoaz, albastru, roz, verde.

La anodizarea în atmosferă de azot, foile sunt realizate cu un strat de nitrură de titan. Astfel, se obține o mare varietate de nuanțe de aur. Această tehnologie este folosită în restaurarea monumentelor de arhitectură - restaurarea bisericilor, de exemplu.

Cusătură acoperișuri

Această opțiune este deja foarte răspândită. Dar, adevărat, nu titanul în sine îi servește drept bază, ci aliajul său.

Acoperișurile cu cusături în sine sunt cunoscute de foarte mult timp, dar nu au fost populare de multă vreme. Cu toate acestea, astăzi, datorită modei pentru stilurile hi-tech și techno, este nevoie de suprafețe sparte și spline, în special cele care intră în fațada clădirii. Și oferă o astfel de oportunitate.

Capacitatea ei de a se forma este aproape nelimitată. Iar utilizarea aliajului oferă atât o rezistență excepțională, cât și cel mai neobișnuit aspect. Deși pentru dreptate, culoarea de bază a oțelului mat este considerată cea mai respectabilă.

Deoarece zinc-titanul are o maleabilitate destul de decentă, din aliaj sunt realizate o varietate de detalii decorative complexe: coame de acoperiș, refluxuri impermeabile, cornișe și așa mai departe.

O astfel de zonă de aplicare a titanului ca placarea fațadei este discutată pe scurt mai jos.

Placarea fatadelor

La fabricarea panourilor de fațare se folosește și zinc-titan. Panourile sunt folosite atât pentru placarea fațadelor, cât și pentru decorarea interioară. Motivul este același - o combinație de rezistență, ușurință excepțională și decorativitate.

Sunt produse panouri de diferite forme - sub formă de lamele, romburi, module, solzi și așa mai departe. Cel mai interesant lucru este că panourile s-ar putea să nu fie plate, ci să ia aproape orice formă tridimensională. Drept urmare, un astfel de finisaj este posibil pe pereți și clădiri de orice configurație, cea mai de neconceput.

Lejeritatea produsului duce la o altă aplicație complet unică. O fațadă ventilată convențională implică și un spațiu între placare și izolație. Cu toate acestea, panourile ușoare de zinc-titan pot fi montate pe mecanisme de deschidere mobile, formând un sistem similar jaluzelelor. Plăcile, dacă este necesar, se pot abate de la plan cu un unghi de 90 de grade.

Titanul are o combinație unică de rezistență, ușurință și rezistență la coroziune. Aceste calități determină utilizarea acestuia, în ciuda costului ridicat al materialului.

Acest videoclip vă va spune cum să faceți un inel de titan: