Titanio (elementos)
El titanio es un elemento químico, símbolo químico Ti, número atómico 22, ubicado en el 4to ciclo, grupo IVB en la tabla periódica de elementos químicos. Es un metal de transición de color blanco plateado, en el que es liviano, de alta resistencia, con brillo metálico y corrosión por cloro húmedo. Sin embargo, el titanio no se puede usar en cloro gaseoso seco. Incluso un gas de cloro seco por debajo de 0 ° C puede causar reacciones químicas violentas, que dan como resultado la formación de tetracloruro de titanio, la descomposición del dióxido de titanio e incluso la combustión. Solo cuando el contenido de humedad en cloro gaseoso es superior al 0,5%, el titanio puede mantener su estabilidad estable.
El titanio se considera un metal raro porque está disperso y es difícil de extraer en la naturaleza. Sin embargo, es relativamente abundante y ocupa el décimo lugar entre todos los elementos. El mineral de titanio contiene principalmente ilmenita y rutilo, ampliamente distribuidos en la corteza y la litosfera. El titanio también existe en casi todos los seres vivos, rocas, cuerpos de agua y suelos. La extracción de titanio del mineral principal requiere el método Kroll o Hunter. El compuesto más común de titanio es el dióxido de titanio, que se puede usar para hacer pigmentos blancos. Otros compuestos también incluyen tetracloruro de titanio (TiCl4) (para catalizadores y pantallas de humo para la cubierta de aire) y tricloruro de titanio (TiCl3) (para la catálisis de producción de polipropileno).
Historia de desarrollo
El descubrimiento de titanio
Reverendo William Gregor (1762-1817): en 1791, se descubrió el titanio como un mineral que contiene titanio en Cornwall, Inglaterra. El descubridor fue el reverendo William Gregor, un mineralista aficionado de Inglaterra. En ese momento, ella era una pastora a cargo de la parroquia de Creed en Cornualles. (Credo) párroco. Encontró algo de arena negra junto a la corriente central de la cercana diócesis de Manaccan. Más tarde descubrió que la arena sería atraída por imanes. Se dio cuenta de que este mineral (ilmenita) contenía un nuevo elemento. Después del análisis, se encontró que hay dos tipos de óxidos de metal en la arena: el óxido de hierro (cuya arena es atraída por los imanes) y un óxido de metal blanco que no puede discernir. Al darse cuenta de que este óxido no identificado contiene un metal desconocido, Gregory hizo este descubrimiento en la Real Sociedad Geológica de Cornualles y en el "Anuario de Química" alemán. Aproximadamente al mismo tiempo, Franz-Joseph Müller von Reichenstein también fabricó una sustancia similar pero no pudo discernirla.
2. Martin Heinrich Klaproth (1743-1817): en 1795, el químico alemán Clapprot también descubrió este óxido al analizar el rutilo rojo producido en Hungría. Abogó por un método para nombrar el uranio (descubierto por Claprot en 1789). El nombre del Titanic Protoss "Titanic" en la mitología griega nombra a este nuevo elemento "Titanium". De acuerdo con su transliteración, el nombre chino es titanio. Cuando se enteró del descubrimiento anterior de Gregor, Kraprot hizo muestras de minerales de Manakán y confirmó que contenía titanio.
3, Matthew A. Hunter: El titanio que Gregor y Klöprot descubrieron en ese momento era dióxido de titanio en polvo en lugar de metal de titanio. Debido a que el óxido de titanio es extremadamente estable y el metal de titanio puede combinarse directamente con oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, carbono, etc., es muy difícil obtener titanio simple. Hasta 1910, era la primera vez que el químico estadounidense Hunter utilizaba titanio para reducir TiCI y obtener titanio metálico con una pureza del 99,9%.
Desarrollo extranjero
En 1940, el científico luxemburgués W.J. Kroll fabricó titanio puro a partir de TiCl4 reducido en magnesio. Desde entonces, el método de reducción de magnesio (también conocido como el método de Kroll) y el método de reducción de sodio (también conocido como el método de Hunter) se han convertido en métodos industriales para producir esponja de titanio. En los Estados Unidos, en 1948, se produjeron 2 toneladas de esponja de titanio por el método de reducción de magnesio, y comenzó la producción industrial de titanio.
En 1947, la gente comenzó a fundir titanio en las fábricas. En ese año, la producción fue de solo 2 toneladas. En 1955, la producción aumentó a 20,000 toneladas. En 1972, la producción anual alcanzó 200,000 toneladas. El titanio tiene una mayor resistencia a la fluencia que el acero, y su peso es casi la mitad que el del acero del mismo tamaño. El titanio, aunque es un poco más pesado que el aluminio, tiene un límite elástico doble que el del aluminio. La resistencia específica del titanio es mayor que la del aluminio y el acero, y el módulo específico es muy similar al del aluminio y el acero. En cohetes espaciales y misiles, se usa titanio en lugar de acero. Según las estadísticas, el titanio utilizado para la navegación espacial cada año ha alcanzado más de mil toneladas. El polvo de titanio muy fino es un buen combustible para los cohetes, por lo que el titanio se conoce como metal cósmico y metal espacial.
El titanio reacciona fácilmente con el aire a altas temperaturas, pero el punto de fusión es tan alto como 1668 ° C. A temperatura ambiente, el titanio no teme la corrosión del ácido nítrico diluido, pero no tolera el 5% o más de ácido sulfúrico y la corrosión del ácido clorhídrico al 7%. El titanio no teme la temperatura normal del agua de mar. Alguien sumergió una vez una pieza de titanio en el mar y la miró cinco años después. Había muchos animales pequeños y plantas submarinas clavadas en él, pero no había nada de herrumbre y aún brillaba y brillaba. La gente comenzó a usar titanio para fabricar submarinos: submarinos de titanio. Debido a que el titanio es muy fuerte y puede soportar altas presiones, este submarino puede navegar en aguas profundas de hasta 4.500 metros de profundidad.
Desarrollo domestico
La industria china del titanio comenzó en la década de 1950. En 1954, el Instituto de Investigación de metales no ferrosos de Beijing comenzó a investigar sobre el proceso de preparación de la esponja de titanio. En 1956, el país incluyó el titanio como metal estratégico en su plan de desarrollo de 12 años. En 1958, se implementó una prueba industrial de esponja de titanio en la Planta de Fushun Aluminum y se estableció la primera planta de producción de esponja de titanio en China. Al mismo tiempo, se estableció el primer taller de prueba de producción de material de procesamiento de placas de titanio en la fábrica de procesamiento de metales no ferrosos Shenyang.
En los años 60 y 70, bajo la planificación unificada del país, se construyeron sucesivamente más de 10 unidades de producción de esponja de titanio representadas por la Planta de Titanio Zunyi; En 1967, China estableció la primera planta de ensayo de producción de material de procesamiento de barras de titanio y la segunda planta de ensayo de producción de bandas de titanio en la planta de procesamiento de cobre de Luoyang. La principal tarea del desarrollo de prueba del primer submarino nuclear doméstico, el primer destructor de misiles guiados, y el material de titanio para la aviación en ese momento se asumió. Hasta que la planta de procesamiento de metales no ferrosos de Baoji fue completada y puesta en producción en 1972, Luoyang Copper Processing transfirió sus datos de procesamiento al Instituto de Investigación de metales no ferrosos de Beijing. Según la división profesional del Ministerio de Metalurgia, ya no emprende el desarrollo y la producción de prueba de materiales de titanio; La planta de procesamiento de metales no ferrosos Baoji y el Instituto Baoji de metales preciosos se construyeron con la ayuda del Instituto de investigación de metales no ferrosos de Beijing, el Instituto de aluminio de magnesio de Shenyang, la planta de aluminio Fushun, la planta de procesamiento de metales no ferrosos Shenyang y la planta de procesamiento de cobre Luoyang. Desde entonces, Baoji Nonferrous Metals Processing Factory y Baoji Precious Metals Co., Ltd. han tomado la delantera en la industria y se han hecho cargo de la producción y el desarrollo de la mayoría de los materiales nacionales de procesamiento de titanio. Al mismo tiempo, China también se ha convertido en el cuarto país con un sistema industrial de titanio completo después de los Estados Unidos, la ex Unión Soviética y Japón.
Alrededor de 1980, la producción de esponja de titanio en China alcanzó las 2.800 toneladas. Sin embargo, debido a la falta de comprensión del titanio en ese momento, el alto precio del titanio también ha limitado la aplicación de titanio. La producción de materiales de procesamiento de titanio es solo de aproximadamente 200 toneladas. La industria china del titanio está en problemas. En tales circunstancias, fue defendido por el camarada Fang Yi, entonces viceprimer ministro del Consejo de Estado, apoyado por los camaradas Zhu Rongji y Yuan Baohua. En julio de 1982, se creó el Grupo Nacional Líder para la Promoción y Aplicación de Titanio en comités interministeriales para coordinar específicamente el desarrollo de la industria del titanio. Esto contribuyó al auge de la producción y las ventas de titanio titanio y materiales de procesamiento de titanio de China en la década de 1980 a principios de la década de 1990 y el desarrollo rápido y constante de la industria del titanio.
Distribución de contenido
En la formación de tierra de diez kilómetros de espesor en la superficie de la tierra, el contenido de titanio es tanto como seis milésimas, 61 veces más que el cobre. El contenido en la corteza terrestre ocupa el décimo lugar (elementos en la corteza terrestre: oxígeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio, magnesio, hidrógeno, titanio), agarrando un puñado de barro del suelo, todos los cuales contienen algunas partes de titanio, no es raro que haya más de 10 millones de toneladas de titanio en el mundo.
Hay cientos de toneladas de arena y grava en la Tierra. El titanio y el zirconio, dos tipos de minerales que son más pesados que la arenisca, se mezclan en arena y grava. Después de lavar el agua de mar durante millones de años, las pesadas minas de ilmenita y zircón se lavan juntas. En la costa larga, se formó una pieza de mineral de titanio y depósitos de zirconio. Esta costura es una especie de arena negra, generalmente de algunos centímetros a decenas de centímetros de grosor. El titanio no es ferromagnético y los submarinos nucleares construidos con titanio no necesitan preocuparse por los ataques de minas magnéticas.
Propiedades físicas
El titanio tiene un brillo metálico y es maleable.
La densidad es 4.5 g / cm3.
Punto de fusión 1660 ± 10 ° C. Punto de ebullición 3287 ° C.
valencia química + 2, +3 y +4. La energía de ionización es 6.82 eV.
Las principales características del titanio son baja densidad, alta resistencia mecánica y fácil procesamiento. La plasticidad del titanio depende principalmente de la pureza. Cuanto más puro es el titanio, mayor es la plasticidad. Tiene buena resistencia a la corrosión y no se ve afectada por la atmósfera y el agua de mar. Bajo temperatura normal, no será corroído por ácido clorhídrico por debajo del 7%, ácido sulfúrico por debajo del 5%, ácido nítrico, agua regia o solución alcalina diluida; Solo se le puede aplicar ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico concentrado y ácido sulfúrico concentrado.
El titanio es un importante elemento de aleación en aceros y aleaciones. La densidad del titanio es de 4.506-4.516 g / cc (20 ° C), que es más alta que el aluminio y más baja que el hierro, el cobre y el níquel. Pero la fuerza está en la parte superior del metal. Punto de fusión 1668 ± 4 ° C, calor de fusión latente 3.7-5.0 kcal / g átomo, punto de ebullición 3260 ± 20 ° C, potencial de vaporización 102.5-112.5 kcal / átomo de g, temperatura crítica 4350 ° C, presión crítica 1130 atmósferas. El titanio tiene una conductividad térmica y eléctrica deficiente, similar o ligeramente menor que el acero inoxidable, el titanio tiene superconductividad y la temperatura crítica superconductora del titanio puro es de 0.38-0.4K. A 25 ° C, la capacidad calorífica del titanio es de 0.126 calorías / gramo átomo · grado, la entalpía térmica 1149 cal / gramos átomos, la entropía 7.33 cal / gramo átomos · grados, el titanio metálico es un material paramagnético y la permeabilidad magnética es 1.00004.
El titanio tiene plasticidad, y la elongación del titanio de alta pureza puede alcanzar 50-60%, y la contracción del área puede alcanzar 70-80%, pero la resistencia a la contracción es baja (es decir, la fuerza generada al contraerse). La presencia de impurezas en titanio tiene una gran influencia en sus propiedades mecánicas, especialmente las impurezas del hueco (oxígeno, nitrógeno, carbono) pueden aumentar enormemente la resistencia del titanio y reducir significativamente su plasticidad. El titanio como material estructural tiene buenas propiedades mecánicas, que se logra mediante el control estricto del contenido de impurezas apropiadas y la adición de elementos de aleación.
Propiedades químicas
reacción química
El titanio reacciona con muchos compuestos elementales a temperaturas más altas. Varios elementos se pueden clasificar en cuatro categorías de acuerdo con sus diferentes reacciones con titanio:
El primer tipo: elementos de halógeno y oxígeno y formación de titanio, enlaces covalentes y compuestos de enlace de iones;
La segunda categoría: elementos de transición, elementos de hidrógeno, germanio, boro, carbono y nitrógeno y titanio para generar compuestos intermetálicos y una solución sólida limitada;
La tercera categoría: zirconio, hafnio, vanadio, cromo, antimonio y titanio para formar una solución sólida infinita;
La cuarta categoría: gases inertes, metales alcalinos, metales alcalinotérreos, elementos de tierras raras (excepto helio), torio, torio, etc. no reaccionan ni reaccionan sustancialmente con el titanio. Con compuesto HF y fluoruro, el fluoruro de hidrógeno reacciona con el titanio durante el calentamiento para producir TiF4, la fórmula de reacción es
Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0 kcal
El líquido de fluoruro de hidrógeno no acuoso forma una película de tetrafluoruro de titanio densa sobre la superficie de titanio, evitando que el HF se sumerja en el interior del titanio. El ácido fluorhídrico es el solvente más fuerte para el titanio. Incluso el ácido fluorhídrico con una concentración del 1% puede reaccionar violentamente con el titanio:
2Ti+6HF=2TiF3+3H2 TiCl3
Los fluoruros anhidros y sus soluciones acuosas no reaccionan con el titanio a bajas temperaturas, y solo los fluoruros que se funden a altas temperaturas reaccionan significativamente con el titanio.
Cloruro de hidrógeno gas El HCl y el cloruro corroen los metales de titanio, cloruro de hidrógeno seco a> 300 ℃, la reacción con el titanio generado TiCl4:
Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75 Kcal
El ácido clorhídrico a una concentración de <5% no reacciona con el titanio a temperatura ambiente, y el 20% de ácido clorhídrico reacciona con el titanio a temperatura ambiente para generar TiCl3 púrpura.
2Ti+6HCl=2TiCl3+3H2
Cuando la temperatura es alta, incluso el ácido clorhídrico diluido puede corroer el titanio. Varios cloruros anhidros, tales como magnesio, manganeso, hierro, níquel, cobre, zinc, mercurio, estaño, calcio, sodio, estroncio e iones NH4 + y sus soluciones acuosas, no reaccionan con el titanio, y el titanio está presente en estos cloruros. Tiene una buena estabilidad. El ácido sulfúrico y el sulfuro de titanio tienen una reacción obvia con ácido sulfúrico al 5%. A temperatura ambiente, aproximadamente el 40% del ácido sulfúrico tiene la tasa de corrosión más rápida para el titanio. Cuando la concentración es mayor de 40% a 60%, la velocidad de corrosión se vuelve más lenta y 80% alcanza la más rápida. El ácido diluido caliente o el 50% de ácido sulfúrico concentrado pueden reaccionar con titanio para formar sulfato de titanio:
China tiene 965 millones de toneladas de recursos de titanio, ocupando el primer lugar en el mundo y representa el 38.85% de las reservas probadas del mundo. Principalmente concentrado en Sichuan, Yunnan, Guangdong, Guangxi y Hainan. La región occidental de Panzhihua (Xichang, Panzhihua) es la base de recursos de titanio más grande de China con 870 millones de toneladas de recursos de titanio. Los recursos de titanio probados en China se distribuyen en 108 zonas mineras en 21 provincias (regiones autónomas y municipios directamente dependientes del Gobierno central) (Figura 3.5.1 y Tabla 3.5.4). Las principales zonas productoras son Sichuan, seguido de Hebei, Hainan, Guangdong, Hubei, Guangxi, Yunnan, Shaanxi, Shanxi y otras provincias (regiones).
Roca de magnetita de titanio:
Los depósitos principales se encuentran en Yanbian Hongge y Miyibaima en Panzhihua, Sichuan y Taihe en Xichang. Chengde, provincia de Hebei, templo, Montenegro, zanja del ejército de reclutamiento de Fengning, puerta sur de Chongli; Tongzi, Zuoquan, provincia de Shanxi; Bijigou en el condado de Yang, provincia de Shaanxi; Yawei en Xinjiang; Zhao Dzhuang en Wuyang, provincia de Henan; Xiayu en Xingning, provincia de Guangdong; Huma, provincia de Heilongjiang; y Shangdi Village y Huairou District en Changping, Beijing. Entre ellos, las reservas internas de Sichuan (TiO2 442,563,200 toneladas) representaron el 95.1% de las reservas equivalentes del país (TiO2 465.2283 millones), la provincia de Hebei (TiO2 154.446 millones de toneladas) representaron el 3.3%, la provincia de Shaanxi el 0.46% y la provincia de Shanxi representaron el 0,35%.
El depósito principal de roca rutilo se encuentra en la montaña Dazhao, Zaoyang, provincia de Hubei; Nianzigou en el condado de Daixian, provincia de Shanxi; Yangchong en el condado de Xinxian, provincia de Henan; Liujiazhuang, condado de Laixi, provincia de Shandong. Entre ellos, las reservas de TiO2 en rutilo (de la provincia de Hubei) representaron el 71,2% de las reservas equivalentes del país (7.058.600 toneladas), la provincia de Shanxi (15.479.900 toneladas) representaron el 20,6% y la provincia de Shaanxi (444.000 toneladas) por 5.9%.
El mineral principal de titanio es el rutilo TiO2 e ilmenita FeTiO3, y su descubrimiento también proviene del análisis de estos dos minerales. El sacerdote Magalor de la parroquia Menacan en Cornualles, al sudoeste de Inglaterra en 1791, también fue un científico que analizó el mineral negro producido en su parroquia, que es hoy en día. Se descubrió un nuevo material metálico en el mineral de ilmenita y se lo denominó menacenita. Tres años más tarde, en 1795, Kraptrot analizó el rutilo producido en la región de Boinik en Hungría y se dio cuenta de que era un nuevo óxido de metal con resistencia a las soluciones ácidas y alcalinas. Tomó prestada la mitología griega de la tierra. La primera generación de hijos de los Titanes Titán Protoss, llamaron a este metal titanio, el símbolo del elemento como Ti. Dos años más tarde, Kramprot confirmó que la menacenita encontrada en Gregourg era de titanio.
El titanio tiene una fuerte resistencia a la corrosión a los ácidos y los álcalis y se ha convertido en un material importante en la producción química.
El titanio generalmente se considera como un metal raro. De hecho, su contenido en la corteza terrestre es bastante grande. Es más que zinc, cobre, estaño, etc., e incluso más que el cloro y el fósforo.
Situacion general
A fines de 1995, las reservas y reservas del rutilo mundial (incluyendo anatasa) eran 33.3 millones de toneladas y 16.44 millones de toneladas respectivamente, y la cantidad total de recursos era de aproximadamente 230 millones de toneladas (contenido de TiO2, el mismo abajo), concentrado principalmente en Sudáfrica, India y Sri Lanka. Australia. Las reservas y reservas de ilmenita (TiO2) del mundo se basan respectivamente en 274,3 millones de toneladas y 435,3 millones de toneladas, y los recursos totales son de aproximadamente 1.000 millones de toneladas; se concentran principalmente en Sudáfrica, Noruega, Australia, Canadá e India.
A fines de 1996, China tenía 365704.09 millones de toneladas de reservas primarias de titanio (magnético) de mineral de hierro (fold TiO2) (de las cuales 231,915,500 t eran A + B + C); Las reservas minerales de ilmenita (arena) son 38,039,900 toneladas (incluidas 21,477,000 toneladas de grado A + B + C); las reservas minerales de rutilo son 2.586.600 toneladas (de las cuales 737.300 toneladas de grado A + B + C); Reservas de TiO2 de rutilo de 7.508.600 toneladas (incluido el nivel A + B + C de 2.424.300 t).
Si China reserva 211.47 millones de toneladas de minerales A + B + C en depósitos de ilmenita en 1996, que se calcula en un 48% de TiO2, las reservas de TiO2 serán de 10.3064 millones de toneladas. Solo representó el 3,83% de los 270 millones de toneladas de ilmenita (TiO2) en el mundo en el mismo año; Si se combina con las reservas de grado A + B + C (231,91 millones de toneladas) de titanomagnetita primaria (TiO2), se puede utilizar aproximadamente el 50% de las reservas disponibles (TiO2) de ilmenita granular. 11595.75 millones de toneladas, reservas totales de TiO2 de 126.264 millones de toneladas, representa el 47.76% de las 270 millones de toneladas de reservas de ilmenita (TiO2) en el mundo. En este sentido, China puede considerarse como el país con los recursos de ilmenita más abundantes del mundo.
Si las reservas de minerales de rutilo de China en 1996, las 737,300 toneladas de reservas de clase A + B + C se convierten en reservas de TiO2 de 693,300 toneladas en base al 94% de TiO2. Junto con las reservas de rutilo (TiO2) de 242.43 millones de A + B + C en el mismo año, un total de 31.7744 millones de toneladas, esto representó el 9.36% de las reservas mundiales de 3.33 millones de toneladas de rutilo (TiO2) en el mismo año. Esto muestra que los recursos de rutilo de China no son abundantes.
El titanio se considera un metal raro porque está disperso y es difícil de extraer en la naturaleza. Sin embargo, es relativamente abundante y ocupa el décimo lugar entre todos los elementos. El mineral de titanio contiene principalmente ilmenita y rutilo, ampliamente distribuidos en la corteza y la litosfera. El titanio también existe en casi todos los seres vivos, rocas, cuerpos de agua y suelos. La extracción de titanio del mineral principal requiere el método Kroll o Hunter. El compuesto más común de titanio es el dióxido de titanio, que se puede usar para hacer pigmentos blancos. Otros compuestos también incluyen tetracloruro de titanio (TiCl4) (para catalizadores y pantallas de humo para la cubierta de aire) y tricloruro de titanio (TiCl3) (para la catálisis de producción de polipropileno).
Historia de desarrollo
El descubrimiento de titanio
Reverendo William Gregor (1762-1817): en 1791, se descubrió el titanio como un mineral que contiene titanio en Cornwall, Inglaterra. El descubridor fue el reverendo William Gregor, un mineralista aficionado de Inglaterra. En ese momento, ella era una pastora a cargo de la parroquia de Creed en Cornualles. (Credo) párroco. Encontró algo de arena negra junto a la corriente central de la cercana diócesis de Manaccan. Más tarde descubrió que la arena sería atraída por imanes. Se dio cuenta de que este mineral (ilmenita) contenía un nuevo elemento. Después del análisis, se encontró que hay dos tipos de óxidos de metal en la arena: el óxido de hierro (cuya arena es atraída por los imanes) y un óxido de metal blanco que no puede discernir. Al darse cuenta de que este óxido no identificado contiene un metal desconocido, Gregory hizo este descubrimiento en la Real Sociedad Geológica de Cornualles y en el "Anuario de Química" alemán. Aproximadamente al mismo tiempo, Franz-Joseph Müller von Reichenstein también fabricó una sustancia similar pero no pudo discernirla.
2. Martin Heinrich Klaproth (1743-1817): en 1795, el químico alemán Clapprot también descubrió este óxido al analizar el rutilo rojo producido en Hungría. Abogó por un método para nombrar el uranio (descubierto por Claprot en 1789). El nombre del Titanic Protoss "Titanic" en la mitología griega nombra a este nuevo elemento "Titanium". De acuerdo con su transliteración, el nombre chino es titanio. Cuando se enteró del descubrimiento anterior de Gregor, Kraprot hizo muestras de minerales de Manakán y confirmó que contenía titanio.3, Matthew A. Hunter: El titanio que Gregor y Klöprot descubrieron en ese momento era dióxido de titanio en polvo en lugar de metal de titanio. Debido a que el óxido de titanio es extremadamente estable y el metal de titanio puede combinarse directamente con oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, carbono, etc., es muy difícil obtener titanio simple. Hasta 1910, era la primera vez que el químico estadounidense Hunter utilizaba titanio para reducir TiCI y obtener titanio metálico con una pureza del 99,9%.
Desarrollo extranjero
En 1940, el científico luxemburgués W.J. Kroll fabricó titanio puro a partir de TiCl4 reducido en magnesio. Desde entonces, el método de reducción de magnesio (también conocido como el método de Kroll) y el método de reducción de sodio (también conocido como el método de Hunter) se han convertido en métodos industriales para producir esponja de titanio. En los Estados Unidos, en 1948, se produjeron 2 toneladas de esponja de titanio por el método de reducción de magnesio, y comenzó la producción industrial de titanio.
En 1947, la gente comenzó a fundir titanio en las fábricas. En ese año, la producción fue de solo 2 toneladas. En 1955, la producción aumentó a 20,000 toneladas. En 1972, la producción anual alcanzó 200,000 toneladas. El titanio tiene una mayor resistencia a la fluencia que el acero, y su peso es casi la mitad que el del acero del mismo tamaño. El titanio, aunque es un poco más pesado que el aluminio, tiene un límite elástico doble que el del aluminio. La resistencia específica del titanio es mayor que la del aluminio y el acero, y el módulo específico es muy similar al del aluminio y el acero. En cohetes espaciales y misiles, se usa titanio en lugar de acero. Según las estadísticas, el titanio utilizado para la navegación espacial cada año ha alcanzado más de mil toneladas. El polvo de titanio muy fino es un buen combustible para los cohetes, por lo que el titanio se conoce como metal cósmico y metal espacial.
El titanio reacciona fácilmente con el aire a altas temperaturas, pero el punto de fusión es tan alto como 1668 ° C. A temperatura ambiente, el titanio no teme la corrosión del ácido nítrico diluido, pero no tolera el 5% o más de ácido sulfúrico y la corrosión del ácido clorhídrico al 7%. El titanio no teme la temperatura normal del agua de mar. Alguien sumergió una vez una pieza de titanio en el mar y la miró cinco años después. Había muchos animales pequeños y plantas submarinas clavadas en él, pero no había nada de herrumbre y aún brillaba y brillaba. La gente comenzó a usar titanio para fabricar submarinos: submarinos de titanio. Debido a que el titanio es muy fuerte y puede soportar altas presiones, este submarino puede navegar en aguas profundas de hasta 4.500 metros de profundidad.
Desarrollo domestico
La industria china del titanio comenzó en la década de 1950. En 1954, el Instituto de Investigación de metales no ferrosos de Beijing comenzó a investigar sobre el proceso de preparación de la esponja de titanio. En 1956, el país incluyó el titanio como metal estratégico en su plan de desarrollo de 12 años. En 1958, se implementó una prueba industrial de esponja de titanio en la Planta de Fushun Aluminum y se estableció la primera planta de producción de esponja de titanio en China. Al mismo tiempo, se estableció el primer taller de prueba de producción de material de procesamiento de placas de titanio en la fábrica de procesamiento de metales no ferrosos Shenyang.
En los años 60 y 70, bajo la planificación unificada del país, se construyeron sucesivamente más de 10 unidades de producción de esponja de titanio representadas por la Planta de Titanio Zunyi; En 1967, China estableció la primera planta de ensayo de producción de material de procesamiento de barras de titanio y la segunda planta de ensayo de producción de bandas de titanio en la planta de procesamiento de cobre de Luoyang. La principal tarea del desarrollo de prueba del primer submarino nuclear doméstico, el primer destructor de misiles guiados, y el material de titanio para la aviación en ese momento se asumió. Hasta que la planta de procesamiento de metales no ferrosos de Baoji fue completada y puesta en producción en 1972, Luoyang Copper Processing transfirió sus datos de procesamiento al Instituto de Investigación de metales no ferrosos de Beijing. Según la división profesional del Ministerio de Metalurgia, ya no emprende el desarrollo y la producción de prueba de materiales de titanio; La planta de procesamiento de metales no ferrosos Baoji y el Instituto Baoji de metales preciosos se construyeron con la ayuda del Instituto de investigación de metales no ferrosos de Beijing, el Instituto de aluminio de magnesio de Shenyang, la planta de aluminio Fushun, la planta de procesamiento de metales no ferrosos Shenyang y la planta de procesamiento de cobre Luoyang. Desde entonces, Baoji Nonferrous Metals Processing Factory y Baoji Precious Metals Co., Ltd. han tomado la delantera en la industria y se han hecho cargo de la producción y el desarrollo de la mayoría de los materiales nacionales de procesamiento de titanio. Al mismo tiempo, China también se ha convertido en el cuarto país con un sistema industrial de titanio completo después de los Estados Unidos, la ex Unión Soviética y Japón.
Alrededor de 1980, la producción de esponja de titanio en China alcanzó las 2.800 toneladas. Sin embargo, debido a la falta de comprensión del titanio en ese momento, el alto precio del titanio también ha limitado la aplicación de titanio. La producción de materiales de procesamiento de titanio es solo de aproximadamente 200 toneladas. La industria china del titanio está en problemas. En tales circunstancias, fue defendido por el camarada Fang Yi, entonces viceprimer ministro del Consejo de Estado, apoyado por los camaradas Zhu Rongji y Yuan Baohua. En julio de 1982, se creó el Grupo Nacional Líder para la Promoción y Aplicación de Titanio en comités interministeriales para coordinar específicamente el desarrollo de la industria del titanio. Esto contribuyó al auge de la producción y las ventas de titanio titanio y materiales de procesamiento de titanio de China en la década de 1980 a principios de la década de 1990 y el desarrollo rápido y constante de la industria del titanio.
Distribución de contenido
En la formación de tierra de diez kilómetros de espesor en la superficie de la tierra, el contenido de titanio es tanto como seis milésimas, 61 veces más que el cobre. El contenido en la corteza terrestre ocupa el décimo lugar (elementos en la corteza terrestre: oxígeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio, magnesio, hidrógeno, titanio), agarrando un puñado de barro del suelo, todos los cuales contienen algunas partes de titanio, no es raro que haya más de 10 millones de toneladas de titanio en el mundo.
Hay cientos de toneladas de arena y grava en la Tierra. El titanio y el zirconio, dos tipos de minerales que son más pesados que la arenisca, se mezclan en arena y grava. Después de lavar el agua de mar durante millones de años, las pesadas minas de ilmenita y zircón se lavan juntas. En la costa larga, se formó una pieza de mineral de titanio y depósitos de zirconio. Esta costura es una especie de arena negra, generalmente de algunos centímetros a decenas de centímetros de grosor. El titanio no es ferromagnético y los submarinos nucleares construidos con titanio no necesitan preocuparse por los ataques de minas magnéticas.
Propiedades físicas
El titanio tiene un brillo metálico y es maleable.
La densidad es 4.5 g / cm3.
Punto de fusión 1660 ± 10 ° C. Punto de ebullición 3287 ° C.
valencia química + 2, +3 y +4. La energía de ionización es 6.82 eV.
Las principales características del titanio son baja densidad, alta resistencia mecánica y fácil procesamiento. La plasticidad del titanio depende principalmente de la pureza. Cuanto más puro es el titanio, mayor es la plasticidad. Tiene buena resistencia a la corrosión y no se ve afectada por la atmósfera y el agua de mar. Bajo temperatura normal, no será corroído por ácido clorhídrico por debajo del 7%, ácido sulfúrico por debajo del 5%, ácido nítrico, agua regia o solución alcalina diluida; Solo se le puede aplicar ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico concentrado y ácido sulfúrico concentrado.
El titanio es un importante elemento de aleación en aceros y aleaciones. La densidad del titanio es de 4.506-4.516 g / cc (20 ° C), que es más alta que el aluminio y más baja que el hierro, el cobre y el níquel. Pero la fuerza está en la parte superior del metal. Punto de fusión 1668 ± 4 ° C, calor de fusión latente 3.7-5.0 kcal / g átomo, punto de ebullición 3260 ± 20 ° C, potencial de vaporización 102.5-112.5 kcal / átomo de g, temperatura crítica 4350 ° C, presión crítica 1130 atmósferas. El titanio tiene una conductividad térmica y eléctrica deficiente, similar o ligeramente menor que el acero inoxidable, el titanio tiene superconductividad y la temperatura crítica superconductora del titanio puro es de 0.38-0.4K. A 25 ° C, la capacidad calorífica del titanio es de 0.126 calorías / gramo átomo · grado, la entalpía térmica 1149 cal / gramos átomos, la entropía 7.33 cal / gramo átomos · grados, el titanio metálico es un material paramagnético y la permeabilidad magnética es 1.00004.
El titanio tiene plasticidad, y la elongación del titanio de alta pureza puede alcanzar 50-60%, y la contracción del área puede alcanzar 70-80%, pero la resistencia a la contracción es baja (es decir, la fuerza generada al contraerse). La presencia de impurezas en titanio tiene una gran influencia en sus propiedades mecánicas, especialmente las impurezas del hueco (oxígeno, nitrógeno, carbono) pueden aumentar enormemente la resistencia del titanio y reducir significativamente su plasticidad. El titanio como material estructural tiene buenas propiedades mecánicas, que se logra mediante el control estricto del contenido de impurezas apropiadas y la adición de elementos de aleación.
Propiedades químicas
reacción química
El titanio reacciona con muchos compuestos elementales a temperaturas más altas. Varios elementos se pueden clasificar en cuatro categorías de acuerdo con sus diferentes reacciones con titanio:
El primer tipo: elementos de halógeno y oxígeno y formación de titanio, enlaces covalentes y compuestos de enlace de iones;
La segunda categoría: elementos de transición, elementos de hidrógeno, germanio, boro, carbono y nitrógeno y titanio para generar compuestos intermetálicos y una solución sólida limitada;
La tercera categoría: zirconio, hafnio, vanadio, cromo, antimonio y titanio para formar una solución sólida infinita;
La cuarta categoría: gases inertes, metales alcalinos, metales alcalinotérreos, elementos de tierras raras (excepto helio), torio, torio, etc. no reaccionan ni reaccionan sustancialmente con el titanio. Con compuesto HF y fluoruro, el fluoruro de hidrógeno reacciona con el titanio durante el calentamiento para producir TiF4, la fórmula de reacción es
Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0 kcal
El líquido de fluoruro de hidrógeno no acuoso forma una película de tetrafluoruro de titanio densa sobre la superficie de titanio, evitando que el HF se sumerja en el interior del titanio. El ácido fluorhídrico es el solvente más fuerte para el titanio. Incluso el ácido fluorhídrico con una concentración del 1% puede reaccionar violentamente con el titanio:
2Ti+6HF=2TiF3+3H2 TiCl3
Los fluoruros anhidros y sus soluciones acuosas no reaccionan con el titanio a bajas temperaturas, y solo los fluoruros que se funden a altas temperaturas reaccionan significativamente con el titanio.
Cloruro de hidrógeno gas El HCl y el cloruro corroen los metales de titanio, cloruro de hidrógeno seco a> 300 ℃, la reacción con el titanio generado TiCl4:
Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75 Kcal
El ácido clorhídrico a una concentración de <5% no reacciona con el titanio a temperatura ambiente, y el 20% de ácido clorhídrico reacciona con el titanio a temperatura ambiente para generar TiCl3 púrpura.
2Ti+6HCl=2TiCl3+3H2
Cuando la temperatura es alta, incluso el ácido clorhídrico diluido puede corroer el titanio. Varios cloruros anhidros, tales como magnesio, manganeso, hierro, níquel, cobre, zinc, mercurio, estaño, calcio, sodio, estroncio e iones NH4 + y sus soluciones acuosas, no reaccionan con el titanio, y el titanio está presente en estos cloruros. Tiene una buena estabilidad. El ácido sulfúrico y el sulfuro de titanio tienen una reacción obvia con ácido sulfúrico al 5%. A temperatura ambiente, aproximadamente el 40% del ácido sulfúrico tiene la tasa de corrosión más rápida para el titanio. Cuando la concentración es mayor de 40% a 60%, la velocidad de corrosión se vuelve más lenta y 80% alcanza la más rápida. El ácido diluido caliente o el 50% de ácido sulfúrico concentrado pueden reaccionar con titanio para formar sulfato de titanio:
Ti+H2SO4=TiSO4+H2
2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2
El ácido sulfúrico concentrado calentado se puede reducir con titanio para producir SO2:
2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202 Kcal
A temperatura ambiente, el titanio reacciona con el sulfuro de hidrógeno para formar una película protectora en la superficie, lo que evita la reacción posterior del sulfuro de hidrógeno y el titanio. Sin embargo, a altas temperaturas, el sulfuro de hidrógeno reacciona con el titanio para precipitar hidrógeno:
Ti+H2S=TiS+H2+70 Kcal
El polvo de titanio reacciona con sulfuro de hidrógeno a 600 ° C para formar sulfuro de titanio. El producto de reacción es principalmente TiS a 900 ° C y Ti2S3 a 1200 ° C. El ácido nítrico y el titanio de superficie lisa y densa tienen buena estabilidad al ácido nítrico, ya que el ácido nítrico puede generar rápidamente una película de óxido fuerte sobre la superficie del titanio. Sin embargo, la superficie rugosa, especialmente la esponja de titanio o el polvo de titanio, reacciona con ácido nítrico diluido diluido:
El ácido sulfúrico concentrado calentado se puede reducir con titanio para producir SO2:
2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202 Kcal
A temperatura ambiente, el titanio reacciona con el sulfuro de hidrógeno para formar una película protectora en la superficie, lo que evita la reacción posterior del sulfuro de hidrógeno y el titanio. Sin embargo, a altas temperaturas, el sulfuro de hidrógeno reacciona con el titanio para precipitar hidrógeno:
Ti+H2S=TiS+H2+70 Kcal
El polvo de titanio reacciona con sulfuro de hidrógeno a 600 ° C para formar sulfuro de titanio. El producto de reacción es principalmente TiS a 900 ° C y Ti2S3 a 1200 ° C. El ácido nítrico y el titanio de superficie lisa y densa tienen buena estabilidad al ácido nítrico, ya que el ácido nítrico puede generar rápidamente una película de óxido fuerte sobre la superficie del titanio. Sin embargo, la superficie rugosa, especialmente la esponja de titanio o el polvo de titanio, reacciona con ácido nítrico diluido diluido:
3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO
3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO
El ácido nítrico concentrado por encima de 70 ° C también puede reaccionar con el titanio:
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O
A temperatura ambiente, el titanio no reacciona con el ácido nitrohidroclorhídrico. A altas temperaturas, el titanio reacciona con el ácido nitrohidroclórico para producir
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O
En resumen, la naturaleza del titanio tiene una relación muy estrecha con la temperatura y su forma y pureza existentes. El titanio denso es de naturaleza bastante estable, pero el titanio en polvo puede provocar una combustión espontánea en el aire. La presencia de impurezas en el titanio afecta significativamente la resistencia física, química, mecánica y a la corrosión del titanio. En particular, algunas impurezas intersticiales, que pueden distorsionar la retícula de titanio, afectan las diversas propiedades del titanio. La actividad química del titanio a temperatura ambiente es muy pequeña y puede reaccionar con algunas sustancias como el ácido fluorhídrico. Sin embargo, la actividad del titanio aumenta rápidamente cuando la temperatura aumenta, especialmente cuando el titanio de alta temperatura reacciona violentamente con muchas sustancias. El proceso de fundición de titanio generalmente se realiza a una temperatura alta de 800 ° C o más, y por lo tanto debe operarse al vacío o bajo una protección de atmósfera inerte. Propiedades físicas del titanio metálico Titanio metálico (Ti), metal gris. Número atómico 22, masa atómica relativa 47.87. La disposición de los electrones extranucleares en la subcapa es 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2. La actividad del metal no es estable entre el magnesio y el aluminio a temperatura ambiente. Por lo tanto, existen solo en el estado químico en la naturaleza, y los compuestos de titanio comunes incluyen ilmenita (FeTiO3) y rutilo (TiO2).
El titanio tiene un alto contenido en la corteza terrestre, ocupando el noveno puesto, alcanzando las 5.600 ppm, lo que se traduce en un porcentaje del 0,56%. El titanio puro tiene una densidad de 4.54 x 103 kg / m3, un volumen molar de 10.54 cm3 / mol, una dureza pobre y una dureza Mohs de solo 4 y, por lo tanto, tiene buena ductilidad. La estabilidad térmica del titanio es muy buena, el punto de fusión es 1660 ± 10 ° C y el punto de ebullición es 3287 ° C. Propiedades químicas del metal titanio El titanio tiene una capacidad de reducción muy alta en ambientes de alta temperatura y puede combinarse con oxígeno, carbono, nitrógeno y muchos otros elementos, así como oxígeno abstracto de algunos óxidos metálicos como la alúmina. A temperatura ambiente, el titanio y el oxígeno se combinan para formar una película de óxido muy delgada y densa. Esta capa de película de óxido no reacciona con ácido nítrico, ácido sulfúrico diluido, ácido clorhídrico diluido y ácido nitrohidroclorhídrico a temperatura ambiente. Reacciona con ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico concentrado y ácido sulfúrico concentrado.
El titanio es resistente a la corrosión, por lo que a menudo se usa en la industria química. En el pasado, los reactores químicos cargados de ácido nítrico caliente, son de acero inoxidable. El acero inoxidable también teme al agente corrosivo fuerte, el ácido nítrico caliente, cada seis meses, este componente debe ser reemplazado. Con titanio para hacer estas piezas, aunque cuesta más caro que las piezas de acero inoxidable, pero se puede utilizar de forma continua durante cinco años, pero desde el punto de vista computacional mucho más rentable.
En electroquímica, el titanio es un metal de válvula de un solo sentido con un potencial muy negativo. Por lo general, es imposible usar titanio como un ánodo para la descomposición. El mayor inconveniente del titanio es que es difícil de extraer. La razón principal es que el titanio tiene una fuerte combinación química a altas temperaturas y se puede combinar con oxígeno, carbono, nitrógeno y muchos otros elementos. Por lo tanto, al fundir o fundir, las personas tienen cuidado de evitar que estos elementos invadan el titanio. En la fundición de titanio, el aire y el agua están, por supuesto, estrictamente prohibidos para estar cerca, e incluso los crisoles de óxido de aluminio comúnmente utilizados en metalurgia están prohibidos de usar, porque el titanio tomará oxígeno de la alúmina. Gente magnesio con tetracloruro de titanio, en una fase de separación de gas inerte con helio o argón, para extraer titanio.
Las personas aprovechan la extremadamente alta capacidad del titanio a altas temperaturas. En el proceso de fabricación de acero, el nitrógeno se disuelve fácilmente en el acero fundido. Cuando el lingote de acero se enfría, se forman burbujas en el lingote de acero y afecta la calidad del acero. Por lo tanto, los trabajadores del acero añadieron titanio metálico al acero fundido, de modo que los compuestos de titanio y nitrógeno se convirtieron en nitruro de titanio, flotando en la superficie de acero fundido, de modo que el lingote de acero era relativamente puro. Cuando un avión supersónico vuela, la temperatura de su ala puede alcanzar los 500 ° C. Si el ala está hecha de una aleación de aluminio relativamente resistente al calor, pero la temperatura alcanza los 200-300 ° C también se deformará, debe haber un material ligero, resistente y resistente a altas temperaturas en lugar de una aleación de aluminio, y el titanio puede cumplir estos requisitos. requisitos. El titanio puede resistir la prueba de más de 100 grados bajo cero, a esta temperatura baja, el titanio sigue siendo una dureza muy buena sin quebradizo.
Con la fuerte absorción de aire por el titanio y el zirconio, se puede eliminar el aire y crear un vacío. Por ejemplo, usando una bomba de vacío hecha de titanio, se puede extraer el aire, dejando solo uno de los diez billones de puntos.
Compuestos de titanio
Óxido de titanio, TiO2 natural es rutilo, TiO2 puro es un polvo blanco, es el mejor pigmento blanco, comúnmente conocido como blanco de titanio, blanco cuando está frío, amarillo claro cuando está caliente. En el pasado, el objetivo principal de la minería de las minas de titanio era obtener dióxido de titanio. El titanio tiene una fuerte adhesión, no es fácil de cambiar químicamente, es siempre blanco y es un excelente recubrimiento blanco. Tiene un alto índice de refracción, una fuerte coloración, un alto poder cubriente y propiedades químicas estables. Otras pinturas blancas, tales como zinc blanco ZnO y plomo blanco 2PbCO3 · Pb (OH) 2, no tienen estas excelentes propiedades de blanco de titanio. Particularmente valioso es el dióxido de titanio no tóxico. Tiene un punto de fusión muy alto y se usa para hacer vidrios resistentes al fuego, esmaltes, esmaltes, arcilla, utensilios experimentales que soportan altas temperaturas, y más.
El dióxido de titanio es lo más blanco del mundo. Un gramo de dióxido de titanio se puede pintar de blanco en un área de más de 450 centímetros cuadrados. Es 5 veces más blanca que el pigmento blanco comúnmente utilizado, Lithopone, y por lo tanto es el mejor pigmento para preparar pintura blanca. El dióxido de titanio, que se utiliza como pigmento en el mundo, equivale a cientos de miles de toneladas al año. Se puede agregar dióxido de titanio al papel para que el papel sea blanco y opaco. Es 10 veces más efectivo que otros materiales. Por lo tanto, el dióxido de titanio debe agregarse al papel de billetes y al papel de bellas artes. Además, para hacer que el color del plástico sea más claro y hacer que el rayón sea brillante y suave, a veces se agrega dióxido de titanio. En la industria del caucho, el dióxido de titanio también se utiliza como un relleno de caucho blanco.
El tetracloruro de titanio es muy interesante. Normalmente es un líquido incoloro (punto de fusión -25 ° C, punto de ebullición: 136.4 ° C). Tiene un olor acre y emitirá humo blanco en el aire húmedo, se hidroliza y se convierte en hidrogel de dióxido de titanio blanco. En agua, se hidroliza fuertemente en ácido metatitánico H2TiO3. En el ejército, las personas usan tetracloruro de titanio como un agente de aerosol artificial. Especialmente en el océano, hay mucha agua y gas, y se emite tetracloruro de titanio. El humo es como una pared blanca que bloquea la vista del enemigo. En la agricultura, las personas usan tetrafluoruro de titanio para evitar las heladas.
TiCl₃ es un cristal violeta y su solución acuosa se puede usar como agente reductor. Ti3 + es más reductivo que Sn2 +. El cristal de titanato de bario tiene la característica de que cuando cambia de forma por presión, generará corriente eléctrica, y una vez que se energice, cambiará de forma. Entonces, la gente pone titanato de bario en la onda ultrasónica, producirá la corriente eléctrica bajo presión, la magnitud de la corriente eléctrica que puede producir puede medir la intensidad de la onda ultrasónica. Por el contrario, las ondas ultrasónicas se pueden generar pasando corriente de alta frecuencia a través de él. El titanato de bario se usa en casi todos los instrumentos ultrasónicos. Además, el titanato de bario tiene muchos usos. Por ejemplo: los ferroviarios lo ponen debajo de los rieles para medir la presión del paso del tren; El doctor lo usó para hacer un registrador de pulso. La sonda subacuática hecha de titanato de bario es un ojo filoso bajo el agua. No solo puede ver peces, también puede ver arrecifes submarinos, icebergs y submarinos enemigos.
Al fundir titanio, toma pasos complicados. La ilmenita se convirtió en tetracloruro de titanio, se colocó en un tanque de acero inoxidable sellado, se rellenó con argón y se hizo reaccionar con magnesio metálico para obtener "esponja de titanio". Esta "esponja de titanio" porosa no puede usarse directamente. También se debe derretir en un líquido en un horno eléctrico para lanzar un lingote de titanio. ¡Pero es fácil hacer semejante horno eléctrico! Además del hecho de que el aire en el horno eléctrico tiene que ser drenado, es más problemático encontrar un crisol que contenga titanio líquido porque el material refractario general contiene óxidos y el oxígeno contenido en él se lo quita el titanio líquido. Más tarde, la gente finalmente inventó un horno eléctrico "gong de cobre refrigerado por agua". Solo una parte del horno central de este tipo de horno eléctrico está muy caliente y el resto está frío. Después de fundir el titanio en el horno eléctrico, fluye hacia la pared del crisol de cobre enfriado con agua e inmediatamente forma un lingote de titanio. Con este método, ha sido capaz de producir varias toneladas de bloques de titanio, pero se puede imaginar su costo.
Clasificación de titanio
Titanio industrial:
El titanio puro industrial contiene más impurezas que el titanio puro químico, por lo que su resistencia y dureza son ligeramente superiores, y sus propiedades mecánicas y químicas son similares a las del acero inoxidable. En comparación con la resistencia a la aleación de titanio puro de titanio es mejor, mejor que el acero inoxidable austenítico en términos de resistencia a la oxidación, Sin embargo, la resistencia al calor era pobre. El contenido de TA1, TA2 y TA3 aumentó a su vez, y la resistencia mecánica y la dureza aumentaron a su vez, pero la dureza del plástico disminuyó a su vez.
Tipo de titanio: el metal compuesto de titanio de tipo β puede tratarse térmicamente y fortalecerse. La aleación tiene alta resistencia, soldabilidad y procesabilidad a presión, pero el rendimiento es inestable y el proceso de fusión es complicado.
A, placa de titanio β: 0.5-4.0 mm
B, placa de vidrios (titanio puro): 0.8-8.0mm
C. Placa de destino (titanio puro): 1 x 2 m Espesor: 0.5-20 mm
D. Galjanoplastia y otras placas industriales (titanio puro): 0.1-50m m
Usos: electrónica, productos químicos, relojes, gafas, joyas, artículos deportivos, maquinaria y equipo, equipos de galvanoplastia, equipos de protección ambiental, golf e industrias de procesamiento de precisión.
Especificaciones del tubo de titanio: φ6-φ120mm Grosor de la pared: 0.3-3.0mm
El tubo de titanio utiliza: equipos de protección ambiental, tubos de enfriamiento, tubos de calentamiento de titanio, equipos de electrodeposición, anillos y varios tubos eléctricos de precisión y otras industrias.
Especificaciones del cable A, β de titanio: φ0.8-φ6.0mm
B, especificaciones del alambre de titanio de los vidrios: alambre de titanio especial de φ1.0-φ6.0mm
C, especificaciones del alambre de titanio: φ0.2-φ8.0mm especial para colgar
El cable de titanio utiliza: artículos militares, médicos, deportivos, gafas, aretes, accesorios para el cabello, perchas para placas, alambre de soldadura y otras industrias.
A, especificaciones de la barra cuadrada: barra cuadrada: 8-12 mm
B, barra redonda pulida: φ4-φ60mm
C, palo peludo, barra de piel negra: φ6-φ120mm
Uso de barras de titanio: se utiliza principalmente en equipos mecánicos, equipos de electrodeposición, médicos, diversas piezas de precisión y otras industrias.
Distribución de origen
Fuente del elemento
El titanio es un metal raro. De hecho, el titanio no es raro. Su abundancia en la corteza terrestre representa el séptimo lugar, que representa el 0,45%, mucho más que muchos metales comunes. Sin embargo, debido a la naturaleza animada del titanio, se imponen requisitos elevados en el proceso de fundición, lo que hace imposible que las personas obtengan una gran cantidad de titanio durante mucho tiempo y, por lo tanto, se clasifica como un metal "raro". Los principales minerales utilizados para fundir titanio son ilmenita (FeTiO3), rutilo (TiO2) y perovskita. El mineral se trata para obtener tetracloruro de titanio volátil, que luego se reduce con magnesio para obtener titanio puro.
Distribución geográficaEl ácido nítrico concentrado por encima de 70 ° C también puede reaccionar con el titanio:
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O
A temperatura ambiente, el titanio no reacciona con el ácido nitrohidroclorhídrico. A altas temperaturas, el titanio reacciona con el ácido nitrohidroclórico para producir
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O
En resumen, la naturaleza del titanio tiene una relación muy estrecha con la temperatura y su forma y pureza existentes. El titanio denso es de naturaleza bastante estable, pero el titanio en polvo puede provocar una combustión espontánea en el aire. La presencia de impurezas en el titanio afecta significativamente la resistencia física, química, mecánica y a la corrosión del titanio. En particular, algunas impurezas intersticiales, que pueden distorsionar la retícula de titanio, afectan las diversas propiedades del titanio. La actividad química del titanio a temperatura ambiente es muy pequeña y puede reaccionar con algunas sustancias como el ácido fluorhídrico. Sin embargo, la actividad del titanio aumenta rápidamente cuando la temperatura aumenta, especialmente cuando el titanio de alta temperatura reacciona violentamente con muchas sustancias. El proceso de fundición de titanio generalmente se realiza a una temperatura alta de 800 ° C o más, y por lo tanto debe operarse al vacío o bajo una protección de atmósfera inerte. Propiedades físicas del titanio metálico Titanio metálico (Ti), metal gris. Número atómico 22, masa atómica relativa 47.87. La disposición de los electrones extranucleares en la subcapa es 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2. La actividad del metal no es estable entre el magnesio y el aluminio a temperatura ambiente. Por lo tanto, existen solo en el estado químico en la naturaleza, y los compuestos de titanio comunes incluyen ilmenita (FeTiO3) y rutilo (TiO2).
El titanio tiene un alto contenido en la corteza terrestre, ocupando el noveno puesto, alcanzando las 5.600 ppm, lo que se traduce en un porcentaje del 0,56%. El titanio puro tiene una densidad de 4.54 x 103 kg / m3, un volumen molar de 10.54 cm3 / mol, una dureza pobre y una dureza Mohs de solo 4 y, por lo tanto, tiene buena ductilidad. La estabilidad térmica del titanio es muy buena, el punto de fusión es 1660 ± 10 ° C y el punto de ebullición es 3287 ° C. Propiedades químicas del metal titanio El titanio tiene una capacidad de reducción muy alta en ambientes de alta temperatura y puede combinarse con oxígeno, carbono, nitrógeno y muchos otros elementos, así como oxígeno abstracto de algunos óxidos metálicos como la alúmina. A temperatura ambiente, el titanio y el oxígeno se combinan para formar una película de óxido muy delgada y densa. Esta capa de película de óxido no reacciona con ácido nítrico, ácido sulfúrico diluido, ácido clorhídrico diluido y ácido nitrohidroclorhídrico a temperatura ambiente. Reacciona con ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico concentrado y ácido sulfúrico concentrado.
El titanio es resistente a la corrosión, por lo que a menudo se usa en la industria química. En el pasado, los reactores químicos cargados de ácido nítrico caliente, son de acero inoxidable. El acero inoxidable también teme al agente corrosivo fuerte, el ácido nítrico caliente, cada seis meses, este componente debe ser reemplazado. Con titanio para hacer estas piezas, aunque cuesta más caro que las piezas de acero inoxidable, pero se puede utilizar de forma continua durante cinco años, pero desde el punto de vista computacional mucho más rentable.
En electroquímica, el titanio es un metal de válvula de un solo sentido con un potencial muy negativo. Por lo general, es imposible usar titanio como un ánodo para la descomposición. El mayor inconveniente del titanio es que es difícil de extraer. La razón principal es que el titanio tiene una fuerte combinación química a altas temperaturas y se puede combinar con oxígeno, carbono, nitrógeno y muchos otros elementos. Por lo tanto, al fundir o fundir, las personas tienen cuidado de evitar que estos elementos invadan el titanio. En la fundición de titanio, el aire y el agua están, por supuesto, estrictamente prohibidos para estar cerca, e incluso los crisoles de óxido de aluminio comúnmente utilizados en metalurgia están prohibidos de usar, porque el titanio tomará oxígeno de la alúmina. Gente magnesio con tetracloruro de titanio, en una fase de separación de gas inerte con helio o argón, para extraer titanio.
Las personas aprovechan la extremadamente alta capacidad del titanio a altas temperaturas. En el proceso de fabricación de acero, el nitrógeno se disuelve fácilmente en el acero fundido. Cuando el lingote de acero se enfría, se forman burbujas en el lingote de acero y afecta la calidad del acero. Por lo tanto, los trabajadores del acero añadieron titanio metálico al acero fundido, de modo que los compuestos de titanio y nitrógeno se convirtieron en nitruro de titanio, flotando en la superficie de acero fundido, de modo que el lingote de acero era relativamente puro. Cuando un avión supersónico vuela, la temperatura de su ala puede alcanzar los 500 ° C. Si el ala está hecha de una aleación de aluminio relativamente resistente al calor, pero la temperatura alcanza los 200-300 ° C también se deformará, debe haber un material ligero, resistente y resistente a altas temperaturas en lugar de una aleación de aluminio, y el titanio puede cumplir estos requisitos. requisitos. El titanio puede resistir la prueba de más de 100 grados bajo cero, a esta temperatura baja, el titanio sigue siendo una dureza muy buena sin quebradizo.
Con la fuerte absorción de aire por el titanio y el zirconio, se puede eliminar el aire y crear un vacío. Por ejemplo, usando una bomba de vacío hecha de titanio, se puede extraer el aire, dejando solo uno de los diez billones de puntos.
Compuestos de titanio
Óxido de titanio, TiO2 natural es rutilo, TiO2 puro es un polvo blanco, es el mejor pigmento blanco, comúnmente conocido como blanco de titanio, blanco cuando está frío, amarillo claro cuando está caliente. En el pasado, el objetivo principal de la minería de las minas de titanio era obtener dióxido de titanio. El titanio tiene una fuerte adhesión, no es fácil de cambiar químicamente, es siempre blanco y es un excelente recubrimiento blanco. Tiene un alto índice de refracción, una fuerte coloración, un alto poder cubriente y propiedades químicas estables. Otras pinturas blancas, tales como zinc blanco ZnO y plomo blanco 2PbCO3 · Pb (OH) 2, no tienen estas excelentes propiedades de blanco de titanio. Particularmente valioso es el dióxido de titanio no tóxico. Tiene un punto de fusión muy alto y se usa para hacer vidrios resistentes al fuego, esmaltes, esmaltes, arcilla, utensilios experimentales que soportan altas temperaturas, y más.
El dióxido de titanio es lo más blanco del mundo. Un gramo de dióxido de titanio se puede pintar de blanco en un área de más de 450 centímetros cuadrados. Es 5 veces más blanca que el pigmento blanco comúnmente utilizado, Lithopone, y por lo tanto es el mejor pigmento para preparar pintura blanca. El dióxido de titanio, que se utiliza como pigmento en el mundo, equivale a cientos de miles de toneladas al año. Se puede agregar dióxido de titanio al papel para que el papel sea blanco y opaco. Es 10 veces más efectivo que otros materiales. Por lo tanto, el dióxido de titanio debe agregarse al papel de billetes y al papel de bellas artes. Además, para hacer que el color del plástico sea más claro y hacer que el rayón sea brillante y suave, a veces se agrega dióxido de titanio. En la industria del caucho, el dióxido de titanio también se utiliza como un relleno de caucho blanco.
El tetracloruro de titanio es muy interesante. Normalmente es un líquido incoloro (punto de fusión -25 ° C, punto de ebullición: 136.4 ° C). Tiene un olor acre y emitirá humo blanco en el aire húmedo, se hidroliza y se convierte en hidrogel de dióxido de titanio blanco. En agua, se hidroliza fuertemente en ácido metatitánico H2TiO3. En el ejército, las personas usan tetracloruro de titanio como un agente de aerosol artificial. Especialmente en el océano, hay mucha agua y gas, y se emite tetracloruro de titanio. El humo es como una pared blanca que bloquea la vista del enemigo. En la agricultura, las personas usan tetrafluoruro de titanio para evitar las heladas.
TiCl₃ es un cristal violeta y su solución acuosa se puede usar como agente reductor. Ti3 + es más reductivo que Sn2 +. El cristal de titanato de bario tiene la característica de que cuando cambia de forma por presión, generará corriente eléctrica, y una vez que se energice, cambiará de forma. Entonces, la gente pone titanato de bario en la onda ultrasónica, producirá la corriente eléctrica bajo presión, la magnitud de la corriente eléctrica que puede producir puede medir la intensidad de la onda ultrasónica. Por el contrario, las ondas ultrasónicas se pueden generar pasando corriente de alta frecuencia a través de él. El titanato de bario se usa en casi todos los instrumentos ultrasónicos. Además, el titanato de bario tiene muchos usos. Por ejemplo: los ferroviarios lo ponen debajo de los rieles para medir la presión del paso del tren; El doctor lo usó para hacer un registrador de pulso. La sonda subacuática hecha de titanato de bario es un ojo filoso bajo el agua. No solo puede ver peces, también puede ver arrecifes submarinos, icebergs y submarinos enemigos.
Al fundir titanio, toma pasos complicados. La ilmenita se convirtió en tetracloruro de titanio, se colocó en un tanque de acero inoxidable sellado, se rellenó con argón y se hizo reaccionar con magnesio metálico para obtener "esponja de titanio". Esta "esponja de titanio" porosa no puede usarse directamente. También se debe derretir en un líquido en un horno eléctrico para lanzar un lingote de titanio. ¡Pero es fácil hacer semejante horno eléctrico! Además del hecho de que el aire en el horno eléctrico tiene que ser drenado, es más problemático encontrar un crisol que contenga titanio líquido porque el material refractario general contiene óxidos y el oxígeno contenido en él se lo quita el titanio líquido. Más tarde, la gente finalmente inventó un horno eléctrico "gong de cobre refrigerado por agua". Solo una parte del horno central de este tipo de horno eléctrico está muy caliente y el resto está frío. Después de fundir el titanio en el horno eléctrico, fluye hacia la pared del crisol de cobre enfriado con agua e inmediatamente forma un lingote de titanio. Con este método, ha sido capaz de producir varias toneladas de bloques de titanio, pero se puede imaginar su costo.
Clasificación de titanio
Titanio industrial:
El titanio puro industrial contiene más impurezas que el titanio puro químico, por lo que su resistencia y dureza son ligeramente superiores, y sus propiedades mecánicas y químicas son similares a las del acero inoxidable. En comparación con la resistencia a la aleación de titanio puro de titanio es mejor, mejor que el acero inoxidable austenítico en términos de resistencia a la oxidación, Sin embargo, la resistencia al calor era pobre. El contenido de TA1, TA2 y TA3 aumentó a su vez, y la resistencia mecánica y la dureza aumentaron a su vez, pero la dureza del plástico disminuyó a su vez.
Tipo de titanio: el metal compuesto de titanio de tipo β puede tratarse térmicamente y fortalecerse. La aleación tiene alta resistencia, soldabilidad y procesabilidad a presión, pero el rendimiento es inestable y el proceso de fusión es complicado.
A, placa de titanio β: 0.5-4.0 mm
B, placa de vidrios (titanio puro): 0.8-8.0mm
C. Placa de destino (titanio puro): 1 x 2 m Espesor: 0.5-20 mm
D. Galjanoplastia y otras placas industriales (titanio puro): 0.1-50m m
Usos: electrónica, productos químicos, relojes, gafas, joyas, artículos deportivos, maquinaria y equipo, equipos de galvanoplastia, equipos de protección ambiental, golf e industrias de procesamiento de precisión.
Especificaciones del tubo de titanio: φ6-φ120mm Grosor de la pared: 0.3-3.0mm
El tubo de titanio utiliza: equipos de protección ambiental, tubos de enfriamiento, tubos de calentamiento de titanio, equipos de electrodeposición, anillos y varios tubos eléctricos de precisión y otras industrias.
Especificaciones del cable A, β de titanio: φ0.8-φ6.0mm
B, especificaciones del alambre de titanio de los vidrios: alambre de titanio especial de φ1.0-φ6.0mm
C, especificaciones del alambre de titanio: φ0.2-φ8.0mm especial para colgar
El cable de titanio utiliza: artículos militares, médicos, deportivos, gafas, aretes, accesorios para el cabello, perchas para placas, alambre de soldadura y otras industrias.
A, especificaciones de la barra cuadrada: barra cuadrada: 8-12 mm
B, barra redonda pulida: φ4-φ60mm
C, palo peludo, barra de piel negra: φ6-φ120mm
Uso de barras de titanio: se utiliza principalmente en equipos mecánicos, equipos de electrodeposición, médicos, diversas piezas de precisión y otras industrias.
Distribución de origen
Fuente del elemento
El titanio es un metal raro. De hecho, el titanio no es raro. Su abundancia en la corteza terrestre representa el séptimo lugar, que representa el 0,45%, mucho más que muchos metales comunes. Sin embargo, debido a la naturaleza animada del titanio, se imponen requisitos elevados en el proceso de fundición, lo que hace imposible que las personas obtengan una gran cantidad de titanio durante mucho tiempo y, por lo tanto, se clasifica como un metal "raro". Los principales minerales utilizados para fundir titanio son ilmenita (FeTiO3), rutilo (TiO2) y perovskita. El mineral se trata para obtener tetracloruro de titanio volátil, que luego se reduce con magnesio para obtener titanio puro.
China tiene 965 millones de toneladas de recursos de titanio, ocupando el primer lugar en el mundo y representa el 38.85% de las reservas probadas del mundo. Principalmente concentrado en Sichuan, Yunnan, Guangdong, Guangxi y Hainan. La región occidental de Panzhihua (Xichang, Panzhihua) es la base de recursos de titanio más grande de China con 870 millones de toneladas de recursos de titanio. Los recursos de titanio probados en China se distribuyen en 108 zonas mineras en 21 provincias (regiones autónomas y municipios directamente dependientes del Gobierno central) (Figura 3.5.1 y Tabla 3.5.4). Las principales zonas productoras son Sichuan, seguido de Hebei, Hainan, Guangdong, Hubei, Guangxi, Yunnan, Shaanxi, Shanxi y otras provincias (regiones).
Roca de magnetita de titanio:
Los depósitos principales se encuentran en Yanbian Hongge y Miyibaima en Panzhihua, Sichuan y Taihe en Xichang. Chengde, provincia de Hebei, templo, Montenegro, zanja del ejército de reclutamiento de Fengning, puerta sur de Chongli; Tongzi, Zuoquan, provincia de Shanxi; Bijigou en el condado de Yang, provincia de Shaanxi; Yawei en Xinjiang; Zhao Dzhuang en Wuyang, provincia de Henan; Xiayu en Xingning, provincia de Guangdong; Huma, provincia de Heilongjiang; y Shangdi Village y Huairou District en Changping, Beijing. Entre ellos, las reservas internas de Sichuan (TiO2 442,563,200 toneladas) representaron el 95.1% de las reservas equivalentes del país (TiO2 465.2283 millones), la provincia de Hebei (TiO2 154.446 millones de toneladas) representaron el 3.3%, la provincia de Shaanxi el 0.46% y la provincia de Shanxi representaron el 0,35%.
El depósito principal de roca rutilo se encuentra en la montaña Dazhao, Zaoyang, provincia de Hubei; Nianzigou en el condado de Daixian, provincia de Shanxi; Yangchong en el condado de Xinxian, provincia de Henan; Liujiazhuang, condado de Laixi, provincia de Shandong. Entre ellos, las reservas de TiO2 en rutilo (de la provincia de Hubei) representaron el 71,2% de las reservas equivalentes del país (7.058.600 toneladas), la provincia de Shanxi (15.479.900 toneladas) representaron el 20,6% y la provincia de Shaanxi (444.000 toneladas) por 5.9%.
El mineral principal de titanio es el rutilo TiO2 e ilmenita FeTiO3, y su descubrimiento también proviene del análisis de estos dos minerales. El sacerdote Magalor de la parroquia Menacan en Cornualles, al sudoeste de Inglaterra en 1791, también fue un científico que analizó el mineral negro producido en su parroquia, que es hoy en día. Se descubrió un nuevo material metálico en el mineral de ilmenita y se lo denominó menacenita. Tres años más tarde, en 1795, Kraptrot analizó el rutilo producido en la región de Boinik en Hungría y se dio cuenta de que era un nuevo óxido de metal con resistencia a las soluciones ácidas y alcalinas. Tomó prestada la mitología griega de la tierra. La primera generación de hijos de los Titanes Titán Protoss, llamaron a este metal titanio, el símbolo del elemento como Ti. Dos años más tarde, Kramprot confirmó que la menacenita encontrada en Gregourg era de titanio.
El titanio tiene una fuerte resistencia a la corrosión a los ácidos y los álcalis y se ha convertido en un material importante en la producción química.
El titanio generalmente se considera como un metal raro. De hecho, su contenido en la corteza terrestre es bastante grande. Es más que zinc, cobre, estaño, etc., e incluso más que el cloro y el fósforo.
Situacion general
A fines de 1995, las reservas y reservas del rutilo mundial (incluyendo anatasa) eran 33.3 millones de toneladas y 16.44 millones de toneladas respectivamente, y la cantidad total de recursos era de aproximadamente 230 millones de toneladas (contenido de TiO2, el mismo abajo), concentrado principalmente en Sudáfrica, India y Sri Lanka. Australia. Las reservas y reservas de ilmenita (TiO2) del mundo se basan respectivamente en 274,3 millones de toneladas y 435,3 millones de toneladas, y los recursos totales son de aproximadamente 1.000 millones de toneladas; se concentran principalmente en Sudáfrica, Noruega, Australia, Canadá e India.
A fines de 1996, China tenía 365704.09 millones de toneladas de reservas primarias de titanio (magnético) de mineral de hierro (fold TiO2) (de las cuales 231,915,500 t eran A + B + C); Las reservas minerales de ilmenita (arena) son 38,039,900 toneladas (incluidas 21,477,000 toneladas de grado A + B + C); las reservas minerales de rutilo son 2.586.600 toneladas (de las cuales 737.300 toneladas de grado A + B + C); Reservas de TiO2 de rutilo de 7.508.600 toneladas (incluido el nivel A + B + C de 2.424.300 t).
Si China reserva 211.47 millones de toneladas de minerales A + B + C en depósitos de ilmenita en 1996, que se calcula en un 48% de TiO2, las reservas de TiO2 serán de 10.3064 millones de toneladas. Solo representó el 3,83% de los 270 millones de toneladas de ilmenita (TiO2) en el mundo en el mismo año; Si se combina con las reservas de grado A + B + C (231,91 millones de toneladas) de titanomagnetita primaria (TiO2), se puede utilizar aproximadamente el 50% de las reservas disponibles (TiO2) de ilmenita granular. 11595.75 millones de toneladas, reservas totales de TiO2 de 126.264 millones de toneladas, representa el 47.76% de las 270 millones de toneladas de reservas de ilmenita (TiO2) en el mundo. En este sentido, China puede considerarse como el país con los recursos de ilmenita más abundantes del mundo.
Si las reservas de minerales de rutilo de China en 1996, las 737,300 toneladas de reservas de clase A + B + C se convierten en reservas de TiO2 de 693,300 toneladas en base al 94% de TiO2. Junto con las reservas de rutilo (TiO2) de 242.43 millones de A + B + C en el mismo año, un total de 31.7744 millones de toneladas, esto representó el 9.36% de las reservas mundiales de 3.33 millones de toneladas de rutilo (TiO2) en el mismo año. Esto muestra que los recursos de rutilo de China no son abundantes.
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