Fusione del titanio

La materia prima per la produzione del metallo titanio è principalmente il rutilo, che contiene oltre il 96% di TiO2. I paesi che non dispongono di minerale di rutilo, come l'Unione Sovietica, utilizzano ilmenite composta da "scorie ad alto contenuto di titanio", che contiene circa il 90% di TiO2. Negli ultimi anni, a causa del prezzo del rutilo naturale e delle riserve in diminuzione, i paesi tendono a utilizzare ilmenite realizzata con materiali ricchi di titanio, ovvero scorie ad alto contenuto di titanio e rutilo artificiale.

Il titanio fu scoperto nel 1791, ma la prima volta che fu prodotto titanio puro fu nel 1910, a metà di più di cento anni. Il motivo è: il titanio è molto attivo alle alte temperature, è facile da combinare con ossigeno, azoto, carbonio e altri elementi, per estrarre il titanio puro sono necessarie condizioni molto dure.

Decomposizione dell'acido solforico comunemente utilizzata nell'industria del biossido di titanio ilmenite, biossido di titanio dal titanio metallico titanio. Trattamento con acido solforico concentrato di ilmenite macinata (concentrato), si verifica la seguente reazione chimica:

FeTiO3 + 3H2SO4 == Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2O

FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O

FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O

Per rimuovere l'impurezza Fe2(SO4)3, viene aggiunta limatura di ferro e Fe3+ viene ridotto a Fe2+, quindi la soluzione viene raffreddata al di sotto di 273K, consentendo a FeSO4-7H2O (allume verde) per cristallizzare come sottoprodotto.

L'idrolisi di Ti(SO4)2 e TiOSO4 ha fatto precipitare un precipitato metatitanato bianco, la reazione è stata:

Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4

TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

Il biossido di titanio viene prodotto forgiando l'acido metatitanico:

H2TiO3 == TiO2+H2O

Produzione industriale di metallo di titanio utilizzando il metodo di riduzione termica del metallo per ridurre il tetracloruro di titanio. TiO2 (o rutilo naturale) e miscela di polvere di carbone riscaldata a 1000 ~ 1100 K, clorazione e generazione di TiCl4, condensazione del vapore.

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-

La riduzione di TiCl4 con magnesio fuso in argon a 1070K dà una spugna di titanio porosa:

TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti

Questa spugna di titanio viene frantumata, fusa in un forno ad arco sotto vuoto e infine trasformata in vari materiali di titanio.

È anche possibile reagire: Ti+2I2=TiI4

Il TiI4 ottenuto viene decomposto ad alta temperatura (intorno a 1250 gradi):

TiI4=Ti+2I2

Ciò si traduce in barre di titanio puro.

Proprietà e usi del titanio e delle leghe di titanio

Il titanio puro è un metallo bianco-argento, che ha molte proprietà eccellenti. La densità del titanio è di 4,54 g/cm3, il 43% più leggera dell'acciaio e leggermente più pesante del prestigioso metallo leggero magnesio. La resistenza meccanica è simile a quella dell'acciaio, due volte più grande dell'alluminio, cinque volte più grande del magnesio. Il titanio è resistente alle alte temperature, punto di fusione 1942K, quasi 1000K superiore all'oro, quasi 500K superiore all'acciaio.

Il titanio appartiene alle proprietà chimiche più attive del metallo. Se riscaldato con O2, N2, H2, S e alogeni e altri ruoli non metallici. Ma a temperatura ambiente, sulla superficie del titanio è facile generare uno strato molto sottile di pellicola protettiva di ossido denso, può resistere al ruolo di acidi forti e persino all'acqua regia, mostrando una forte resistenza alla corrosione. Pertanto, il metallo generale nella soluzione acida, alcalina e salina diventa pieno di buchi e il titanio è sano e salvo.

Il titanio liquido può dissolvere quasi tutti i metalli, quindi può formare leghe con una varietà di metalli. Il titanio viene aggiunto all'acciaio per produrre acciaio al titanio, che è resistente e flessibile. Titanio e metalli Al, Sb, Be, Cr, Fe, ecc. per generare composti riempitivi o composti intermetallici.

Lega di titanio fatta di aerei rispetto ad altri metalli dello stesso peso degli aerei più di 100 passeggeri. Fatto di sottomarini, sia resistenza alla corrosione dell'acqua di mare, ma anche resistenza alla pressione profonda, la sua profondità di immersione rispetto ai sottomarini in acciaio inossidabile è aumentata dell'80%. Allo stesso tempo, il titanio non è magnetico, non viene trovato dalle mine e ha un ottimo ruolo anti-guardiano.

Il titanio ha un sesso "probiotico". Nel corpo umano può resistere alla corrosione delle secrezioni, non è tossico ed è adattabile a qualsiasi metodo di sterilizzazione. Pertanto, è ampiamente utilizzato nella produzione di apparecchiature mediche, nella produzione di articolazioni artificiali dell'anca, del ginocchio, della spalla, delle articolazioni, delle articolazioni coercitive, del cranio, delle valvole cardiache attive, delle clip di fissaggio osseo. Quando il nuovo anello di fibre muscolari si avvolse in queste "ossa di titanio", queste ossa di titanio iniziarono a mantenere le normali attività del corpo umano.

Il titanio è ampiamente distribuito nel corpo umano e il contenuto normale del corpo umano non è superiore a 15 mg per 70 kg di peso corporeo e il suo ruolo non è ancora chiaro. Tuttavia, il titanio può stimolare i fagociti, per cui il ruolo dell'immunità è stato confermato.

Composti e usi del titanio

Importanti composti del titanio includono: biossido di titanio (TiO2), tetracloruro di titanio (TiCl4) e metatitanato di bario (BaTiO3).

Il biossido di titanio puro è una polvere bianca, è un eccellente pigmento bianco, il nome commerciale è "biossido di titanio". Presenta sia le prestazioni coprenti del bianco di piombo (PbCO3) che le prestazioni durature del bianco di zinco (ZnO). Pertanto, le persone spesso aggiungono biossido di titanio nella vernice, realizzata con vernice bianca di alta qualità; nell'industria della carta come riempitivo aggiunto alla pala di carta; industria tessile come agente opacizzante per le fibre artificiali.

Nell'industria tessile come agente opacizzante per le fibre sintetiche; nell'industria del vetro, della ceramica, degli smalti come additivo per migliorarne le prestazioni; utilizzato come catalizzatore in molte reazioni chimiche. Nell'industria chimica oggi si sta sviluppando sempre più, il biossido di titanio e i composti di titanio come prodotti della chimica fine, hanno un alto valore aggiunto, la prospettiva è molto interessante.

Il tetracloruro di titanio è un liquido incolore; punto di fusione di 250K, punto di ebollizione di 409K, con il sistema di odore eccitatorio. È facile da idrolizzare in acqua o aria umida ed emette molto fumo bianco.

TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl

Pertanto, il TiCl4 viene utilizzato in ambito militare come agente fumogeno artificiale, come se fosse utilizzato nella guerra marittima. In agricoltura, le persone usano TiCl4 per formare un denso terreno nebbioso per ridurre la perdita di calore dal terreno durante la notte e per proteggere verdure e raccolti dai danni del freddo e del gelo.

Il metatitanato di bario viene prodotto fondendo insieme TiO2 e BaCO3:

TiO2+BaCO3 == BaTiO3 dieci CO2-

Il BaTiO3 prodotto artificialmente ha un'elevata costante dielettrica, i condensatori hanno una capacità maggiore e, cosa ancora più importante, BaTiO3 ha significative "proprietà piezoelettriche", la pressione dei cristalli produrrà corrente, potenza e cambierà forma. Le persone lo mettono nell'onda ultrasonica, è pressurizzato per produrre corrente, misurando la forza corrente può essere misurata la forza ultrasonica. Quasi tutti gli strumenti ad ultrasuoni devono usarlo. Con lo sviluppo e l'utilizzo del titanato, è sempre più ampiamente utilizzato nella produzione di componenti non lineari, amplificatori dielettrici, componenti di memoria elettronica per computer, microcondensatori, materiali galvanici, materiali aerospaziali, materiali magnetici forti, semiconduttori, strumenti ottici , reagenti e così via.

Le eccellenti proprietà del titanio, delle leghe di titanio e dei composti di titanio ne hanno portato ad un urgente bisogno. Tuttavia, gli elevati costi di produzione ne hanno limitato l’applicazione. Riteniamo che nel prossimo futuro, con il continuo miglioramento e potenziamento della tecnologia di fusione del titanio, l'applicazione del titanio, delle leghe di titanio e dei composti di titanio sarà maggiormente sviluppata.

Prodotti in titanio:

Il titanio e le leghe di titanio sono materiali strutturali leggeri estremamente importanti con un valore applicativo molto importante e ampie prospettive di applicazione nell'aviazione, nell'aerospaziale, nell'ingegneria automobilistica, nell'ingegneria biomedica e in altri campi.

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