Титанов метал. Титанът е метал. свойства на титан. Приложение на титан. Степени и химичен състав на титан. Физични свойства на метала

Паметникът в чест на завоевателите на космоса е издигнат в Москва през 1964 г. Проектирането и изграждането на този обелиск отне почти седем години (1958-1964 г.). Авторите трябваше да решат не само архитектурни и художествени, но и технически проблеми. Първият от тях беше изборът на материали, включително облицовка. След дълги експерименти те се спряха на титанови листове, полирани до блясък.

Наистина, по много характеристики и най-вече по устойчивост на корозия, титанът превъзхожда по-голямата част от металите и сплавите. Понякога (особено в популярната литература) титанът се нарича вечният метал. Но първо, нека поговорим за историята на този елемент.

Окислени или неокислени?

До 1795 г. елемент No 22 се нарича "менакин". Така го нарича през 1791 г. английският химик и минералог Уилям Грегор, който открива нов елемент в минерала менаканит (не търсете това име в съвременните минералогични справочници - менаканитът също е преименуван, сега се нарича илменит).

Четири години след откритието на Грегор немският химик Мартин Клапрот открива нов химичен елемент в друг минерал – рутил – и го нарича титан в чест на елфическата кралица Титания (германска митология).

Според друга версия името на елемента идва от титаните, могъщите синове на богинята на земята - Гея (гръцката митология).

През 1797 г. се оказва, че Грегор и Клапрот са открили същия елемент и въпреки че Грегор е направил това по-рано, името, дадено му от Клапрот, е установено за новия елемент.

Но нито Грегор, нито Клапрот успяха да получат елементала титан. Белият кристален прах, който те изолират, е титанов диоксид TiO 2 . Дълго време никой от химиците не успя да редуцира този оксид, изолирайки чист метал от него.

През 1823 г. английският учен У. Уоластън съобщава, че откритите от него кристали в металургичните шлаки на завода в Мертир Тидвил не са нищо друго освен чист титан. И 33 години по-късно известният немски химик Ф. Вьолер доказа, че тези кристали отново са титаново съединение, този път металоподобен карбонитрид.

Дълги години се смяташе, че метал Титанът е получен за първи път от Берцелиус през 1825 г.при редукция на калиев флуоротитанат с метален натрий. Въпреки това, днес, сравнявайки свойствата на титана и продукта, получен от Берцелиус, може да се твърди, че президентът на Шведската академия на науките е сбъркал, тъй като чистият титабн бързо се разтваря във флуороводородна киселина (за разлика от много други киселини) и Берцелиус металният титан успешно устоя на неговото действие.

Всъщност Ti е получен за първи път едва през 1875 г. от руския учен Д. К. Кирилов. Резултатите от тази работа са публикувани в неговата брошура Research on Titanium. Но работата на малко известен руски учен остана незабелязана. След още 12 години доста чист продукт - около 95% титан - беше получен от сънародниците на Берцелиус, известните химици Л. Нилсон и О. Петерсън, които редуцираха титанов тетрахлорид с метален натрий в стоманена херметична бомба.

През 1895 г. френският химик А. Мойсан, редуциращ титанов диоксид с въглерод в дъгова пещ и подлагайки получения материал на двойно рафиниране, получава титан, съдържащ само 2% примеси, главно въглерод. И накрая, през 1910 г. американският химик М. Хънтър, след като подобри метода на Нилсон и Питърсън, успя да получи няколко грама титан с чистота около 99%. Ето защо в повечето книги приоритетът за получаване на метален титан се приписва на Хънтър, а не на Кирилов, Нилсън или Мойсан.

Въпреки това нито Хънтър, нито неговите съвременници предричат ​​голямо бъдеще на титана. Само няколко десети от процента примеси се съдържат в метала, но тези примеси правят титана чуплив, крехък, неподходящ за машинна обработка. Следователно някои титанови съединения намериха приложение по-рано от самия метал. Ti тетрахлорид, например, е бил широко използван в първия световна войназа създаване на димни завеси.

No22 в медицината

През 1908 г. в САЩ и Норвегия започва производството на бяло не от оловни и цинкови съединения, както се правеше преди, а от титанов диоксид. Такава варова боя може да боядисва повърхност няколко пъти по-голяма от същото количество оловна или цинкова варова боя. В допълнение, титановото бяло има повече отразяваща способност, те не са отровни и не потъмняват под въздействието на сероводород. В медицинската литература е описан случай, когато човек е "взел" 460 g титанов диоксид наведнъж! (Чудя се с какво я обърка?) „Любовникът“ на титановия диоксид не изпитваше никакви болезнени усещания. TiO 2 е част от някои лекарства, по-специално мехлеми срещу кожни заболявания.

Но не медицината, а лаковата индустрия консумира най-големи количества TiO2. Световното производство на това съединение далеч надхвърля половин милион тона годишно. Емайлите на базата на титанов диоксид се използват широко като защитни и декоративни покрития за метал и дърво в корабостроенето, строителството и машиностроенето. В същото време експлоатационният живот на конструкциите и частите се увеличава значително. Титаново бяло се използва за боядисване на тъкани, кожа и други материали.

Ти в индустрията

Титановият диоксид е съставна част на порцеланови маси, огнеупорни стъкла и керамични материали с висока диелектрична проницаемост. Като пълнител, който повишава якостта и устойчивостта на топлина, той се въвежда в каучукови смеси. Въпреки това, всички предимства на титановите съединения изглеждат незначителни на фона уникални свойствачист метален титан.

елементарен титан

През 1925 г. холандските учени van Arkel и de Boer получават титан с висока чистота - 99,9% по йодидния метод (повече за това по-долу). За разлика от титана, получен от Хънтър, той имаше пластичност: можеше да се кове на студено, да се навива на листове, ленти, тел и дори най-тънкото фолио. Но дори това не е основното. Изследванията на физикохимичните свойства на металния титан доведоха до почти фантастични резултати. Оказа се например, че титанът, който е почти два пъти по-лек от желязото (плътността на титана е 4,5 g/cm3), превъзхожда много стомани по здравина. Сравнението с алуминия също се оказа в полза на титана: титанът е само един и половина пъти по-тежък от алуминия, но шест пъти по-силен и, най-важното, запазва здравината си при температури до 500 ° C (и с добавяне на легиране елементи - до 650°C), докато якостта на алуминиевите и магнезиевите сплави рязко спада още при 300°C.

Титанът също има значителна твърдост: той е 12 пъти по-твърд от алуминия, 4 пъти по-твърд от желязото и медта. Друга важна характеристика на метала е неговата граница на провлачване. Колкото по-високо е, толкова по-добре детайлите на този метал издържат на експлоатационни натоварвания, толкова по-дълго запазват формата и размера си. Границата на провлачване на титана е почти 18 пъти по-висока от тази на алуминия.

За разлика от повечето метали, титанът има значително електрическо съпротивление: ако електрическата проводимост на среброто се приеме за 100, тогава електрическата проводимост на медта е 94, на алуминия е 60, на желязото и платината е 15, а на титана е само 3,8. Едва ли е необходимо да се обяснява, че това свойство, както и немагнитната природа на титана, представлява интерес за радиоелектрониката и електротехниката.

Забележителна устойчивост на титан срещу корозия. На плоча от този метал в продължение на 10 години морска воданямаше следи от корозия. Основните ротори на съвременните тежки хеликоптери са направени от титанови сплави. Руловете, елероните и някои други критични части на свръхзвукови самолети също са направени от тези сплави. В много химически индустрии днес можете да намерите цели апарати и колони, изработени от титан.

Как се получава титан?

Цена - това е, което още забавя производството и потреблението на титан. Всъщност високата цена не е вроден дефект на титана. Има го много в земната кора - 0,63%. Все още високата цена на титана е следствие от трудното му извличане от рудите. Това се обяснява с високия афинитет на титана към много елементи и силата на химичните връзки в естествените му съединения. Оттук и сложността на технологията. Ето как изглежда магнезиево-термичният метод за производство на титан, разработен през 1940 г. от американския учен В. Крол.

Титановият диоксид се превръща с хлор (в присъствието на въглерод) в титанов тетрахлорид:

HO 2 + C + 2CI 2 → HCI 4 + CO 2.

Процесът протича в шахтови електрически пещи при 800-1250°C. Друг вариант е хлорирането в стопилката на соли на алкални метали NaCl и KCl.Следващата операция (която е също толкова важна и трудоемка) е пречистването на TiCl 4 различни начинии вещества. Титановият тетрахлорид при нормални условия е течност с точка на кипене 136°C.

По-лесно е да се прекъсне връзката на титан с хлор, отколкото с кислород. Това може да се направи с магнезий чрез реакцията

TiCl4 + 2Mg → T + 2MgCl2.

Тази реакция протича в стоманени реактори при 900°C. Резултатът е така наречената титанова гъба, импрегнирана с магнезий и магнезиев хлорид. Те се изпаряват в запечатан вакуумен апарат при 950°C и титановата гъба след това се синтерова или разтопява в компактен метал.

Натриево-термичният метод за получаване на метален титан по принцип не се различава много от магнезиево-термичния метод. Тези два метода са най-широко използвани в индустрията. За получаване на по-чист титан все още се използва йодидният метод, предложен от van Arkel и de Boer. Металотермичната титанова гъба се превръща в TiI 4 йодид, който след това се сублимира във вакуум. По пътя си парите на титап йодид се натъкват на титанова тел, нагрята до 1400°C. В този случай йодидът се разлага и върху жицата се образува слой от чист титан. Този метод за производство на титан е неефективен и скъп, поради което се използва в индустрията в много ограничена степен.

Въпреки трудоемкостта и енергоемкостта на производството на титан, то вече се превърна в един от най-важните подсектори на цветната металургия. Световното производство на титан се развива с много бързи темпове. Това може да се съди дори по откъслечната информация, която попада в печат.

Известно е, че през 1948 г. в света са били разтопени само 2 тона титан, а след 9 години - вече 20 хиляди тона.Това означава, че през 1957 г. 20 хиляди тона титан се падат на всички страни, а през 1980 г. са консумирали само САЩ. 24,4 хиляди тона титан... Съвсем наскоро, изглежда, титанът беше наречен рядък метал - сега той е най-важният конструктивен материал. Това се обяснява само с едно нещо: рядка комбинация полезни свойстваелемент номер 22. И, разбира се, нуждите на технологиите.

Ролята на титана като конструктивен материал, в основата на високоякостни сплави за авиацията, корабостроенето и ракетостроенето, бързо нараства. Именно в сплави отива по-голямата част от титана, който се топи в света. Широко известна сплав за авиационната индустрия, състояща се от 90% титан, 6% алуминий и 4% ванадий. През 1976 г. американската преса съобщава за нова сплав за същата цел: 85% титан, 10% ванадий, 3% алуминий и 2% желязо. Твърди се, че тази сплав е не само по-добра, но и по-икономична.

Като цяло титановите сплави включват много елементи, до платина и паладий. Последните (в количество от 0,1-0,2%) повишават вече високата химическа устойчивост на титановите сплави.

Силата на титана също се увеличава от такива "легиращи добавки" като азот и кислород. Но заедно със здравината те повишават твърдостта и най-важното - крехкостта на титана, така че съдържанието им е строго регулирано: в сплавта се допускат не повече от 0,15% кислород и 0,05% азот.

Въпреки факта, че титанът е скъп, замяната му с по-евтини материали в много случаи се оказва икономически изгодна. Ето един типичен пример. Корпусът на химически апарат от неръждаема стомана струва 150 рубли, а от титанова сплав - 600 рубли. Но в същото време стоманен реактор служи само 6 месеца, а титанов - 10 години. Добавете разходите за подмяна на стоманени реактори, принудителния престой на оборудването - и става очевидно, че използването на скъп титан може да бъде по-изгодно от стоманата.

Значителни количества титан се използват в металургията. Има стотици марки стомани и други сплави, които съдържат титан като легираща добавка. Въвежда се за подобряване на структурата на металите, повишаване на якостта и устойчивостта на корозия.

Някои ядрени реакции трябва да протичат в почти абсолютна празнота. С живачните помпи разреждането може да бъде доведено до няколко милиарда от атмосферата. Но това не е достатъчно, а живачните помпи не могат повече. По-нататъшното изпомпване на въздуха се извършва от специални титанови помпи. В допълнение, за постигане на още по-голямо разреждане, фин титан се напръсква върху вътрешната повърхност на камерата, където протичат реакциите.

Титанът често се нарича металът на бъдещето. Фактите, с които науката и технологиите вече разполагат, ни убеждават, че това не е съвсем вярно – титанът вече се е превърнал в метала на настоящето.

Перовскит и сфен. Илменит - железен метатитанат FeTiO 3 - съдържа 52,65% TiO 2. Името на този минерал се дължи на факта, че е открит в Урал в планините Илменски. Най-големите разсипи от илменитови пясъци се намират в Индия. Друг важен минерал, рутилът, е титановият диоксид. Промишлено значение имат и титаномагнетитите - естествена смес от илменит с железни минерали. Богати находища на титанови руди има в СССР, САЩ, Индия, Норвегия, Канада, Австралия и други страни. Не толкова отдавна геолозите откриха в района на Северен Байкал нов минерал, съдържащ титан, който беше наречен ландауит в чест на съветския физик академик Л. Д. Ландау. Общо в света са известни повече от 150 значителни находища на руда и титан.

Основната част от титана се изразходва за нуждите на авиационната и ракетната техника и морското корабостроене. Той, както и феротитанът, се използва като легираща добавка към висококачествени стомани и като деоксидант. Техническият титан се използва за производство на резервоари, химически реактори, тръбопроводи, фитинги, помпи, клапани и други продукти, работещи в агресивни среди. Решетките и другите части на електровакуумните устройства, работещи при високи температури, са направени от компактен титан.

По отношение на употребата като конструктивен материал Ti е на 4-то място, на второ място след Al, Fe и Mg. Титановите алуминиди са много устойчиви на окисляване и топлоустойчиви, което от своя страна определя използването им в авиационната и автомобилната индустрия като структурни материали. Биологичната безопасност на този метал го прави отличен материал за хранително-вкусовата промишленост и реконструктивната хирургия.

Титанът и неговите сплави се използват широко в инженерството поради високата си механична якост, която се поддържа при високи температури, устойчивост на корозия, устойчивост на топлина, специфична якост, ниска плътност и други полезни свойства. Високата цена на този метал и материали, базирани на него, в много случаи се компенсира от тяхната по-голяма ефективност, а в някои случаи те са единствената суровина, от която е възможно да се произвежда оборудване или конструкции, способни да работят в тези условия. специфични условия.

Титаниевите сплави играят важна роля в авиационната технология, където целта е да се получи най-лекият дизайн, съчетан с необходимата здравина. Ti е лек в сравнение с други метали, но в същото време може да работи при високи температури. Базираните на Ti материали се използват за направата на кожи, закрепващи части, захранващ комплект, части на шасито и различни единици. Също така, тези материали се използват в конструкцията на самолетни реактивни двигатели. Това ви позволява да намалите теглото им с 10-25%. Титанови сплави се използват за производство на дискове и лопатки на компресори, части от въздухозаборници и водачи в двигатели и различни крепежни елементи.

Друга област на приложение е ракетната наука. С оглед на краткотрайната работа на двигателите и бързото преминаване на плътни слоеве на атмосферата, проблемите на якостта на умора, статичната издръжливост и до известна степен пълзенето са отстранени в ракетната наука.

Поради недостатъчно висока термична якост, техническият титан не е подходящ за използване в авиацията, но поради изключително високата си устойчивост на корозия, в някои случаи е незаменим в химическата промишленост и корабостроенето. Така че се използва в производството на компресори и помпи за изпомпване на такива агресивни среди като сярна и солна киселина и техните соли, тръбопроводи, клапани, автоклави, различни контейнери, филтри и др. Само Ti има устойчивост на корозия в среди като мокър хлор, водни и киселинни разтвори на хлор, поради което оборудването за хлорната промишленост е направено от този метал. Използва се и за производство на топлообменници, работещи в корозивни среди, например в азотна киселина (без дим). В корабостроенето титанът се използва за производството на витла, корабни обшивки, подводници, торпеда и др. Черупките не залепват за този материал, което рязко увеличава съпротивлението на плавателния съд по време на движението му.

Титановите сплави са обещаващи за използване в много други приложения, но тяхното използване в технологиите е ограничено от високата цена и недостатъчното разпространение на този метал.

Титановите съединения също се използват широко в различни индустрии. Карбидът (TiC) има висока твърдост и се използва в производството на режещи инструменти и абразиви. Бял диоксид (TiO 2 ) се използва в бои (напр. титаниево бяло), както и в производството на хартия и пластмаси. Органотитановите съединения (например тетрабутоксититан) се използват като катализатор и втвърдител в химическата и бояджийската промишленост. Ti неорганичните съединения се използват в химическата, електронната промишленост, промишлеността със стъклени влакна като добавка. Диборидът (TiB 2) е важен компонент на свръхтвърдите металообработващи материали. Нитрид (TiN) се използва за покритие на инструменти.

Физични и химични свойства на титана, получаване на титан

Използването на титан в чиста форма и под формата на сплави, използването на титан под формата на съединения, физиологичният ефект на титана

Раздел 1. История и поява на титан в природата.

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

История и присъствие в природата на титана

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

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

По отношение на физичните свойства титанът е лек сребрист метал, освен това се характеризира с висок вискозитет по време на обработка и е склонен да залепва към режещия инструмент, така че се използват специални смазочни материали или пръскане, за да се елиминира този ефект. При стайна температура той е покрит с полупрозрачен филм от TiO2 оксид, поради което е устойчив на корозия в повечето агресивни среди, с изключение на алкали. Титановият прах има способността да експлодира с температура на възпламеняване 400 °C. Титановите стружки са запалими.

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

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

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

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

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

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

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

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

Поради високата устойчивост на корозия в морската вода, титанът и неговите сплави се използват в корабостроенето за производството на витла, корабни обшивки, подводници, торпеда и др. Черупките не залепват за титан и неговите сплави, което рязко увеличава устойчивостта на съда при движение. Постепенно областите на приложение на титана се разширяват. Титанът и неговите сплави се използват в химическата, нефтохимическата, целулозно-хартиената и хранително-вкусовата промишленост, цветната металургия, енергетиката, електрониката, ядрената технология, галванопластиката, в производството на оръжия, за производството на бронирани плочи, хирургически инструменти, хирургически импланти, инсталации за обезсоляване, части за състезателни автомобили, спортно оборудване (стикове за голф, оборудване за катерене), части за часовници и дори бижута. Азотирането на титан води до образуването на златист филм върху повърхността му, който не отстъпва по красота на истинското злато.

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

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

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

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

През 2002 г. 90% от добития титан е използван за производството на титанов диоксид TiO2. Световното производство на титанов диоксид е 4,5 милиона тона годишно. Потвърдените запаси от титанов диоксид (без Русия) са около 800 милиона тона.За 2006 г., според Геоложката служба на САЩ, по отношение на титанов диоксид и с изключение на Русия, запасите от илменитови руди възлизат на 603-673 милиона тона, а рутил - 49,7- 52,7 млн. т. Така при сегашния темп на производство доказаните световни запаси от титан (с изключение на Русия) ще са достатъчни за повече от 150 години.

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

Най-големият производител на титан в света е руската компания VSMPO-AVISMA.

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

В чист вид и под формата на сплави

Титанов паметник на Гагарин на Ленински проспект в Москва

Металът се използва в: химическата промишленост (реактори, тръбопроводи, помпи, тръбопроводна арматура), военна промишленост (бронежилетки, бронирани и противопожарни прегради в авиацията, корпуси на подводници), промишлени процеси (обезсоляващи инсталации, процеси на целулоза и хартия), автомобилна индустрия , селскостопанска промишленост, хранително-вкусова промишленост, пиърсинг бижута, медицинска промишленост (протези, остеопротези), стоматологични и ендодонтски инструменти, зъбни импланти, спортни стоки, бижута (Александър Хомов), мобилни телефони, леки сплави и др. Това е най-важният структурен материал в самолетостроенето, ракетостроенето, корабостроенето.

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

Титанът е легираща добавка в много легирани стомани и повечето специални сплави.

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

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

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

Белият титанов диоксид (TiO2) се използва в бои (като титаниево бяло), както и в производството на хартия и пластмаси. Хранителна добавка E171.

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

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

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

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

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

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

60% - боя;

20% - пластмаса;

13% - хартия;

7% - машиностроене.

15-25$ за килограм в зависимост от чистотата.

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

Цената на феротитана (минимум 70% титан) към 22.12.2010 г. е 6,82 долара за килограм. На 01.01.2010 цената беше на ниво от $5.00 за килограм.

В Русия цените на титана в началото на 2012 г. бяха 1200-1500 рубли/кг.

Предимства:

ниска плътност (4500 kg / m3) спомага за намаляване на масата на използвания материал;

висока механична якост. Заслужава да се отбележи, че при повишени температури(250-500 °C) титановите сплави превъзхождат по якост високоякостните алуминиеви и магнезиеви сплави;

необичайно висока устойчивост на корозия, поради способността на титана да образува тънки (5-15 микрона) непрекъснати филми от TiO2 оксид върху повърхността, здраво свързани с металната маса;

специфичната якост (съотношение на якост и плътност) на най-добрите титанови сплави достига 30-35 или повече, което е почти два пъти повече от специфичната якост на легираните стомани.

недостатъци:

висока производствена цена, титанът е много по-скъп от желязо, алуминий, мед, магнезий;

активно взаимодействие при високи температури, особено в течно състояние, с всички газове, които съставляват атмосферата, в резултат на което титанът и неговите сплави могат да се стопят само във вакуум или в среда на инертен газ;

трудности, свързани с производството на титанови отпадъци;

лоши антифрикционни свойства поради прилепването на титан към много материали, титанът, съчетан с титан, не може да работи за триене;

висока склонност на титана и много от неговите сплави към водородна крехкост и солева корозия;

лоша обработваемост, подобна на тази на аустенитни неръждаеми стомани;

висока реактивност, склонност към растеж на зърна при висока температура и фазови трансформации по време на цикъла на заваряване причиняват трудности при заваряването на титан.

Основната част от титана се изразходва за нуждите на авиационната и ракетната техника и морското корабостроене. Титан (феротитан) се използва като легираща добавка към висококачествени стомани и като деоксидант. Техническият титан се използва за производство на резервоари, химически реактори, тръбопроводи, фитинги, помпи, клапани и други продукти, работещи в агресивни среди. Решетките и другите части на електровакуумните устройства, работещи при високи температури, са направени от компактен титан.

По отношение на употребата като конструктивен материал титанът е на 4-то място, на второ място след Al, Fe и Mg. Титановите алуминиди са много устойчиви на окисляване и топлоустойчиви, което от своя страна определя използването им в авиационната и автомобилната индустрия като структурни материали. Биологичната безопасност на титана го прави отличен материал за хранително-вкусовата промишленост и реконструктивната хирургия.

Титанът и неговите сплави се използват широко в инженерството поради високата си механична якост, която се поддържа при високи температури, устойчивост на корозия, устойчивост на топлина, специфична якост, ниска плътност и други полезни свойства. Високата цена на титана и неговите сплави в много случаи се компенсира от тяхната по-добра производителност, а в някои случаи те са единственият материал, от който е възможно да се произвежда оборудване или конструкции, способни да работят при определени специфични условия.

Титаниевите сплави играят важна роля в авиационната технология, където целта е да се получи най-лекият дизайн, съчетан с необходимата здравина. Титанът е лек в сравнение с други метали, но в същото време може да работи при високи температури. Титанови сплави се използват за направата на кожа, закрепващи части, захранващ комплект, части на шасито и различни възли. Също така, тези материали се използват в конструкцията на самолетни реактивни двигатели. Това ви позволява да намалите теглото им с 10-25%. Титанови сплави се използват за производство на компресорни дискове и лопатки, части за всмукване на въздух и направляващи лопатки и крепежни елементи.

Титанът и неговите сплави също се използват в ракетната наука. С оглед на краткотрайната работа на двигателите и бързото преминаване на плътни слоеве на атмосферата, проблемите на якостта на умора, статичната издръжливост и до известна степен пълзенето са отстранени в ракетната наука.

Техническият титан не е подходящ за авиационни приложения поради недостатъчно високата си топлоустойчивост, но поради изключително високата си устойчивост на корозия в някои случаи е незаменим в химическата промишленост и корабостроенето. Така че се използва в производството на компресори и помпи за изпомпване на такива агресивни среди като сярна и солна киселина и техните соли, тръбопроводи, клапани, автоклави, различни контейнери, филтри и др. Само титанът има устойчивост на корозия в среди като мокър хлор, водни и киселинни разтвори на хлор, поради което оборудването за хлорната промишленост е направено от този метал. Титанът се използва за производство на топлообменници, които работят в корозивни среди, например в азотна киселина (без дим). В корабостроенето титанът се използва за производството на витла, обшивка на кораби, подводници, торпеда и др. Черупките не залепват за титан и неговите сплави, което рязко увеличава устойчивостта на съда при движение.

Титановите сплави са обещаващи за използване в много други приложения, но тяхното използване в технологиите е ограничено от високата цена и недостига на титан.

Титановите съединения също се използват широко в различни индустрии. Титановият карбид има висока твърдост и се използва в производството на режещи инструменти и абразивни материали. Белият титанов диоксид (TiO2) се използва в бои (като титаниево бяло), както и в производството на хартия и пластмаси. Органотитановите съединения (напр. тетрабутоксититан) се използват като катализатор и втвърдител в химическата и бояджийската промишленост. Неорганичните титанови съединения се използват в химическата, електронната промишленост, производството на фибростъкло като добавка. Титановият диборид е важен компонент на свръхтвърдите металообработващи материали. Титановият нитрид се използва за покритие на инструменти.

При съществуващите високи цени на титана, той се използва главно за производството на военна техника, където основната роля принадлежи не на цената, а на техническите характеристики. Въпреки това са известни случаи на използване на уникалните свойства на титана за граждански нужди. Тъй като цената на титана намалява и производството му расте, използването на този метал за военни и граждански цели ще се разширява все повече и повече.

Авиация. Ниското специфично тегло и високата якост (особено при повишени температури) на титана и неговите сплави ги правят изключително ценни авиационни материали. В областта на самолетостроенето и производството на самолетни двигатели титанът все повече измества алуминия и неръждаемата стомана. С повишаване на температурата алуминият бързо губи силата си. От друга страна, титанът има ясно предимство в якостта при температури до 430°C, а повишени температури от този порядък възникват при високи скорости поради аеродинамично нагряване. Предимството на замяната на стоманата с титан в авиацията е да се намали теглото, без да се жертва силата. Общото намаление на теглото с повишена производителност при повишени температури позволява увеличаване на полезния товар, обхвата и маневреността на самолета. Това обяснява усилията, насочени към разширяване на употребата на титан в самолетостроенето при производството на двигатели, конструкцията на фюзелажи, производството на кожи и дори крепежни елементи.

В конструкцията на реактивни двигатели титанът се използва главно за производството на компресорни лопатки, турбинни дискове и много други щамповани части. Тук титанът заменя неръждаемите и термично обработените легирани стомани. Спестяването на един килограм от теглото на двигателя спестява до 10 kg от общото тегло на самолета поради олекотяването на фюзелажа. В бъдеще се планира да се използва листов титан за производството на корпуси за горивни камери на двигатели.

В самолетостроенето титанът се използва широко за части на фюзелажа, работещи при повишени температури. Листовият титан се използва за производството на всички видове обвивки, защитни обвивки на кабели и водачи за снаряди. Различни усилващи елементи, рамки на фюзелажа, ребра и др. са изработени от листове от легиран титан.

Кожухите, клапите, кабелните обвивки и водачите на снарядите са направени от нелегиран титан. Легираният титан се използва за производството на рамката на фюзелажа, рамите, тръбопроводите и противопожарните бариери.

Титанът се използва все повече в конструкцията на самолетите F-86 и F-100. В бъдеще титанът ще се използва за направата на врати на колесника, хидравлични тръби, изпускателни тръби и дюзи, лонжерони, клапи, сгъваеми подпори и др.

Титанът може да се използва за направата на бронирани плочи, лопатки на витла и кутии за снаряди.

В момента титанът се използва в конструкцията на военните самолети Douglas X-3 for skin, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 и Boeing B-52.

Титанът се използва и в конструкцията на граждански самолет DC-7. Компанията Douglas, заменяйки алуминиевите сплави и неръждаемата стомана с титан при производството на гондолата на двигателя и противопожарните бариери, вече постигна спестяване на теглото на конструкцията на самолета от около 90 kg. В момента теглото на титаниевите части в този самолет е 2%, като се очаква тази цифра да бъде увеличена до 20% от общото тегло на самолета.

Използването на титан позволява да се намали теглото на хеликоптерите. Листовият титан се използва за подове и врати. Значително намаляване на теглото на хеликоптера (около 30 кг) е постигнато чрез замяна на легирана стомана с титан за обвивка на лопатките на неговите ротори.

ВМС. Устойчивостта на корозия на титана и неговите сплави ги прави изключително ценен материал в морето. Министерството на военноморските сили на САЩ проучва задълбочено корозионната устойчивост на титана при излагане на димни газове, пара, масло и морска вода. Високата специфична якост на титана е от почти същото значение във военноморските дела.

Ниското специфично тегло на метала, съчетано с устойчивост на корозия, повишава маневреността и обхвата на корабите, а също така намалява разходите за поддръжка на материалната част и нейния ремонт.

Приложенията на титан във флота включват шумозаглушители за подводни дизелови двигатели, инструментални дискове, тънкостенни тръби за кондензатори и топлообменници. Според експерти титанът, както никой друг метал, е в състояние да увеличи живота на ауспухите на подводниците. За измервателните дискове, изложени на солена вода, бензин или масло, титанът ще осигури по-добра издръжливост. Проучва се възможността за използване на титан за производството на топлообменни тръби, които трябва да бъдат устойчиви на корозия в морска вода, измиваща тръбите отвън, и в същото време да издържат на въздействието на изпускателния кондензат, протичащ вътре в тях. Разглежда се възможността за производство на антени и компоненти на радарни инсталации от титан, които трябва да бъдат устойчиви на въздействието на димни газове и морска вода. Титанът може да се използва и за производството на части като клапани, витла, части на турбини и др.

Артилерия. Очевидно най-големият потенциален потребител на титан може да бъде артилерията, където в момента се провеждат интензивни изследвания на различни прототипи. В тази област обаче производството само на отделни части и части от титан е стандартизирано. Доста ограниченото използване на титан в артилерията с голям обхват на изследване се обяснява с високата му цена.

Бяха изследвани различни части на артилерийското оборудване от гледна точка на възможността за замяна на конвенционалните материали с титан при намаление на цените на титана. Основното внимание беше обърнато на частите, за които намаляването на теглото е от съществено значение (части, носени на ръка и транспортирани по въздух).

Основна плоча за хоросан, изработена от титан вместо стомана. Чрез такава подмяна и след известна промяна, вместо стоманена плоча от две половини с общо тегло 22 kg, беше възможно да се създаде една част с тегло 11 kg. Благодарение на тази подмяна е възможно да се намали броят на обслужващия персонал от трима на двама. Разглежда се възможността за използване на титан за производството на пламегасители на пистолети.

Тестват се изработени от титан оръжия, кръстове на лафета и цилиндри за откат. Титанът може да се използва широко в производството на управляеми снаряди и ракети.

Първите изследвания на титан и неговите сплави показаха възможността за производство на бронирани плочи от тях. Замяната на стоманена броня (дебелина 12,7 mm) с титанова броня със същата устойчивост на снаряд (дебелина 16 mm) прави възможно, според тези проучвания, да спести до 25% тегло.

Висококачествените титанови сплави дават надежда за възможността за замяна на стоманени плочи с титанови плочи с еднаква дебелина, което спестява до 44% тегло. Промишленото използване на титан ще осигури по-голяма маневреност, ще увеличи обхвата на транспортиране и издръжливостта на пистолета. Сегашното ниво на развитие на въздушния транспорт прави очевидни предимствата на леките бронирани автомобили и други превозни средства, изработени от титан. Артилерийското ведомство възнамерява в бъдеще да оборудва пехотата с каски, щикове, гранатомети и ръчни огнехвъргачки от титан. Титановата сплав е използвана за първи път в артилерията за производството на буталото на някои автоматични оръдия.

транспорт. Много от предимствата на използването на титан в производството на бронирана техника се отнасят и за превозните средства.

Замяната на структурните материали, използвани в момента от транспортните инженерни предприятия с титан, трябва да доведе до намаляване на разхода на гориво, увеличаване на товароподемността, увеличаване на границата на умора на частите на коляно-мотовилковите механизми и др. железнициот съществено значение е да се намали мъртвото тегло. Значително намаляване на общото тегло на подвижния състав поради използването на титан ще спести сцепление, ще намали размерите на шийките и буксите.

Теглото също е важно за ремаркетата. Тук замяната на стоманата с титан при производството на оси и колела също би увеличила товароподемността.

Всички тези възможности могат да бъдат реализирани чрез намаляване на цената на титана от 15 на 2-3 долара за килограм титанови полуготови продукти.

Химическа индустрия. При производството на оборудване за химическата промишленост корозионната устойчивост на метала е от първостепенно значение. Също така е важно да се намали теглото и да се увеличи здравината на оборудването. Логично трябва да се приеме, че титанът би могъл да осигури редица предимства при производството на оборудване за транспортиране на киселини, основи и неорганични соли от него. Допълнителни възможности за използване на титан се отварят при производството на такова оборудване като резервоари, колони, филтри и всички видове цилиндри. високо налягане.

Използването на титанови тръби може да подобри ефективността на нагревателните намотки в лабораторни автоклави и топлообменници. Приложимостта на титана за производството на цилиндри, в които газове и течности се съхраняват под налягане за дълго време, се доказва от използването в микроанализа на продукти от горенето вместо по-тежка стъклена тръба (показана в горната част на изображението). Поради малката дебелина на стената и ниската специфично теглотази тръба може да се претегли на по-малки, по-чувствителни аналитични везни. Тук комбинацията от лекота и устойчивост на корозия подобрява точността на химическия анализ.

Други приложения. Използването на титан е целесъобразно в хранително-вкусовата, нефтената и електрическата промишленост, както и за производството на хирургически инструменти и в самата хирургия.

Маси за приготвяне на храна, маси за готвене на пара, изработени от титан, превъзхождат по качество стоманените продукти.

В промишлеността за сондиране на нефт и газ борбата с корозията е от голямо значение, така че използването на титан ще позволи по-рядко да се сменят прътите на корозиращото оборудване. При каталитичното производство и за производството на нефтопроводи е желателно да се използва титан, който запазва механичните свойства при високи температури и има добра устойчивост на корозия.

В електрическата индустрия титанът може да се използва за брониране на кабели поради добрата си специфична якост, високо електрическо съпротивление и немагнитни свойства.

В различни индустрии започват да се използват крепежни елементи от една или друга форма, изработени от титан. По-нататъшното разширяване на употребата на титан е възможно за производството на хирургически инструменти, главно поради неговата устойчивост на корозия. Титаниевите инструменти превъзхождат в това отношение конвенционалните хирургически инструменти при многократно кипене или автоклавиране.

В областта на хирургията титанът се оказа по-добър от виталията и неръждаемите стомани. Наличието на титан в тялото е напълно приемливо. Плочата и винтовете от титан за закрепване на костите са били в тялото на животното няколко месеца, като костта е прораснала в резбите на винтовете и в отвора на пластината.

Предимството на титана се крие и във факта, че върху плочата се образува мускулна тъкан.

Приблизително половината от произведените титаниеви продукти в света обикновено се изпращат в индустрията за граждански самолети, но спадът им след добре известните трагични събития принуждава много участници в индустрията да търсят нови приложения за титан. Този материал представлява първата част от селекция от публикации в чуждестранната металургична преса, посветени на перспективите на титана в съвременни условия. Според един от водещите американски производители на титан RT1, от общия обем на производството на титан в световен мащаб на ниво от 50-60 хиляди тона годишно, аерокосмическият сегмент представлява до 40 потребителски, индустриални приложения и приложения представляват 34, а военната зона 16, а около 10 представляват използването на титан в потребителски продукти. Индустриалните приложения на титан включват химически процеси, енергетика, нефтена и газова промишленост, инсталации за обезсоляване. Военните неаеронавигационни приложения включват основно използване в артилерия и бойни превозни средства. Секторите със значително използване на титан са автомобилната индустрия, архитектурата и строителството, спортните стоки и бижутата. Почти целият титан в слитъци се произвежда в САЩ, Япония и ОНД - Европа представлява само 3,6 от световния обем. Регионални пазари крайна употребатитанът е много различен - най-яркият пример за оригиналност е Япония, където гражданският аерокосмически сектор представлява само 2-3 използване на 30 от общото потребление на титан в оборудването и структурните елементи на химическите заводи. Приблизително 20% от общото търсене на Япония е за атомна енергия и електроцентрали на твърдо гориво, останалото е за архитектура, медицина и спорт. Обратната картина се наблюдава в САЩ и Европа, където потреблението в аерокосмическия сектор е от изключително значение - съответно 60-75 и 50-60 за всеки регион. В САЩ традиционно силните крайни пазари са химикали, медицинско оборудване, индустриално оборудване, докато в Европа най-голям е делът в нефтената и газовата индустрия и строителната индустрия. Силното разчитане на космическата индустрия е отдавнашен проблем за титановата индустрия, която се опитва да разшири приложенията на титан, особено в настоящия спад в глобалната гражданска авиация. Според Геоложката служба на САЩ през първото тримесечие на 2003 г. има значителен спад на вноса на титанова гъба - само 1319 тона, което е с 62 по-малко от 3431 тона за същия период на 2002 г. Аерокосмическият сектор винаги ще бъде един от водещите пазари за титан, но ние в титановата индустрия трябва да се справим с предизвикателството и да направим всичко възможно, за да гарантираме, че нашата индустрия няма цикли на развитие и рецесия в аерокосмическия сектор. Някои от водещите производители на титанова индустрия виждат нарастващи възможности на съществуващите пазари, един от които е пазарът на подводно оборудване и материали. Според Мартин Проко, мениджър продажби и дистрибуция за RT1, титанът се използва в производството на енергия и подводни приложения от дълго време, от началото на 80-те години на миналия век, но едва през последните пет години тези области се развиват стабилно със съответния ръст в пазарната ниша. В подводния сектор растежът се дължи основно на сондажи на по-големи дълбочини, където титанът е най-подходящият материал. Това е, така да се каже, под вода кръговат на животае петдесет години, което съответства на обичайната продължителност на подводните проекти. Вече изброихме областите, в които е вероятно увеличаване на употребата на титан. Мениджърът по продажбите на Howmet Ti-Cast Боб Фунел отбелязва, че текущото състояние на пазара може да се разглежда като възможности за растеж в нови области като въртящи се части за турбокомпресори за камиони, ракети и помпи.

Един от нашите текущи проекти е разработването на леки артилерийски системи BAE Butitzer XM777 с калибър 155 мм. Newmet ще достави 17 от 28-те структурни титанови възли за всяка оръжейна стойка, като доставките за Корпуса на морската пехота на САЩ трябва да бъдат извършени през август 2004 г. С общо тегло на пистолета от 9800 паунда или приблизително 4,44 тона, титанът съставлява около 2600 паунда от приблизително 1,18 тона титан в неговия дизайн - използва се сплав 6A14U с голям брой отливки, казва Франк Хрстер, ръководител на системи за огнева поддръжка BAE Sy81et8. Тази система XM777 трябва да замени настоящата система M198 Newitzer, която тежи около 17 000 паунда и приблизително 7,71 тона. Масовото производство е планирано за периода от 2006 до 2010 г. - първоначално са планирани доставки за САЩ, Великобритания и Италия, но програмата може да бъде разширена за доставки в страните-членки на НАТО. Джон Барбър от Timet посочва, че примерите военна техника , в чиято конструкция са използвани значителни количества титан, са танкът Abramé и бойната машина Bradley. През последните две години беше в ход съвместна програма между НАТО, САЩ и Обединеното кралство за засилване на използването на титан в оръжия и отбранителни системи. Както беше отбелязано повече от веднъж, титанът е много подходящ за използване в автомобилната индустрия, но делът на тази посока е доста скромен - около 1 от общия обем консумиран титан, или 500 тона годишно, според италианския компания Poggipolini, производител на титаниеви компоненти и части за Формула-1 и състезателни мотоциклети. Даниеле Стополини, ръководител на изследователската и развойна дейност в тази компания, смята, че текущото търсене на титан в този пазарен сегмент е на ниво от 500 тона, с масовото използване на този материал в конструкцията на клапани, пружини, изпускателни системи, трансмисии валове, болтове, потенциално може да се повиши до нивото от почти не 16 000 тона годишно. Той добави, че компанията му тепърва започва да развива автоматизирано производство на титанови болтове, за да намали производствените разходи. Според него ограничаващите фактори, поради които използването на титан не се разширява значително в автомобилната индустрия, са непредсказуемостта на търсенето и несигурността с доставките на суровини. В същото време голяма потенциална ниша за титан остава в автомобилната индустрия, комбинирайки оптимално тегло и якостни характеристики за винтови пружини и системи за отработени газове. За съжаление, на американския пазар широкото използване на титан в тези системи е белязано само от един доста ексклузивен полуспортен модел Chevrolet Corvette Z06, който по никакъв начин не може да претендира за масов автомобил. Въпреки това, поради постоянните предизвикателства на икономията на гориво и устойчивостта на корозия, перспективите за титан в тази област остават. За одобрение на пазарите на неаерокосмически и невоенни приложения съвместното предприятие UNITI беше създадено наскоро в името му, думата unity се играе - единство и Ti - обозначението на титан в периодичната таблица като част от световната водещи производители на титан - американската Allegheny Technologies и руската VSMPO-Avisma. Тези пазари са били умишлено изключени, каза Карл Моултън, президент на новата компания, тъй като ние възнамеряваме да направим новата компания водещ доставчик за индустрии, използващи титанови части и възли, предимно нефтохимически и производство на енергия. Освен това възнамеряваме активно да пазаруваме в областта на устройствата за обезсоляване, превозни средства, потребителски продукти и електроника. Вярвам, че нашите производствени мощности се допълват добре - VSMPO има изключителни възможности за производство на крайни продукти, Allegheny има отлични традиции в производството на студено и горещо валцувани продукти от титан. Делът на UNITI на глобалния пазар на титанови продукти се очаква да бъде 45 милиона паунда, приблизително 20 411 тона. Пазарът на медицинско оборудване може да се счита за стабилно развиващ се пазар - според британската Titanium International Group годишното съдържание на титан в световен мащаб в различни импланти и протези е около 1000 тона и тази цифра ще нараства, тъй като възможностите за операция за заместване човешки стави след инциденти или наранявания. В допълнение към очевидните предимства на гъвкавост, здравина, лекота, титанът е много съвместим с тялото в биологичен смисъл поради липсата на корозия на тъканите и течностите в човешкото тяло. В денталната медицина използването на протези и импланти също расте главоломно - три пъти през последните десет години, според Американската дентална асоциация, до голяма степен поради характеристиките на титана. Въпреки че използването на титан в архитектурата датира от преди повече от 25 години, широкото му използване в тази област започва едва през последните години. Разширяването на летище Абу Даби в ОАЕ, планирано да завърши през 2006 г., ще използва до 1,5 милиона паунда от приблизително 680 тона титан. Доста различни архитектурни и строителни проекти, използващи титан, са планирани да бъдат реализирани не само в развитите страни на САЩ, Канада, Великобритания, Германия, Швейцария, Белгия, Сингапур, но и в Египет и Перу.

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

Цената на дребно на титаниеви ножове за гмуркане е приблизително $70-80. Лятите титаниеви подкови осигуряват значително намаляване на теглото в сравнение със стоманата, като същевременно осигуряват необходимата здравина. За съжаление, това използване на титан не се материализира, защото титаниевите подкови блестяха и плашеха конете. Малцина ще се съгласят да използват титанови подкови след първите неуспешни експерименти. Titanium Beach, разположен в Нюпорт Бийч, Калифорния Нюпорт Бийч, Калифорния, разработи остриета за кънки от сплав Ti6Al-4V. За съжаление и тук проблемът е издръжливостта на ръба на остриетата. Мисля, че този продукт има шанс да оцелее, ако производителите използват по-здрави сплави като 15-3-3-3 или BT-23. Титанът се използва много широко в планинарството и туризма, за почти всички артикули, които катерачите и туристите носят в раниците си бутилки, чаши $20-$30 на дребно, комплекти за готвене около $50 на дребно, сервизи за хранене, направени предимно от търговски чист титан клас 1 и 2. Други примери от оборудването за катерене и туризъм са компактни печки, стелажи и стойки за палатки, ледени брадви и винтове за лед. Производителите на оръжие наскоро започнаха да произвеждат титаниеви пистолети както за спортна стрелба, така и за приложения в правоохранителните органи.

Потребителската електроника е сравнително нов и бързо развиващ се пазар за титан. В много случаи използването на титан в битовата електроника се дължи не само на неговите отлични свойства, но и на привлекателния външен вид на продуктите. Търговски чист титан клас 1 се използва за направата на кутии за лаптопи, мобилни телефони, плазмени телевизори с плосък екран и друго електронно оборудване. Използването на титан в конструкцията на високоговорителите осигурява превъзходни акустични свойства, тъй като титанът е по-лек от стоманата, което води до повишена акустична чувствителност. Титаниеви часовници, представени за първи път на пазара от японски производители, сега са едни от най-достъпните и признати потребителски продукти от титан. Световното потребление на титан в производството на традиционни и т. нар. носими бижута се измерва в няколко десетки тона. Все по-често можете да видите сватбени пръстени от титан и, разбира се, хората, които носят бижута по тялото си, просто са длъжни да използват титан. Титанът се използва широко в производството на морски крепежни елементи и фитинги, където комбинацията от висока устойчивост на корозия и здравина е много важна. Базираната в Лос Анджелис Atlas Ti произвежда широка гама от тези продукти в сплав VTZ-1. Използването на титан в производството на инструменти за първи път започва в Съветския съюз в началото на 80-те години, когато по указание на правителството са направени леки и удобни инструменти за улесняване на работата на работниците. Съветският гигант в производството на титан, Верхне-Салдинското производствено обединение за обработка на метали, по това време произвеждаше титанови лопати, тегличи за пирони, стойки, брадви и ключове.

По-късно японски и американски производители на инструменти започнаха да използват титан в своите продукти. Не толкова отдавна VSMPO подписа договор с Boeing за доставка на титанови плочи. Този договор несъмнено имаше много благоприятен ефект върху развитието на производството на титан в Русия. Титанът се използва широко в медицината от много години. Предимствата са здравина, устойчивост на корозия и най-важното е, че някои хора са алергични към никела, необходим компонент на неръждаемите стомани, докато никой не е алергичен към титан. Използваните сплави са търговски чист титан и Ti6-4Eli. Титанът се използва в производството на хирургически инструменти, вътрешни и външни протези, включително критични като сърдечна клапа. Патериците и инвалидните колички са направени от титан. Използването на титан в изкуството датира от 1967 г., когато в Москва е издигнат първият титанов паметник.

В момента значителен брой титанови паметници и сгради са издигнати на почти всички континенти, включително такива известни като музея Гугенхайм, построен от архитекта Франк Гери в Билбао. Материалът е много популярен сред хората на изкуството заради своя цвят, външен вид, здравина и устойчивост на корозия. Поради тези причини титанът се използва в галантерията на сувенирите и бижутата, където успешно се конкурира с такива благородни метали като сребро и дори злато. Както посочва Мартин Проко от RTi, в САЩ средна ценатитановата гъба е 3,80 за фунт, в Русия 3,20 за фунт. В допълнение, цената на метала е силно зависима от цикличността на комерсиалната космическа индустрия. Развитието на много проекти може да се ускори драстично, ако се намерят начини за намаляване на разходите за производство и обработка на титан, обработка на скрап и технологии за топене, каза Маркус Холц, управляващ директор на германската Deutshe Titan. British Titanium е съгласен, че разширяването на производството на титан се възпрепятства от високите производствени разходи и трябва да се направят много подобрения, преди титанът да може да се произвежда масово. модерни технологии.

Една от стъпките в тази посока е разработването на така наречения FFC процес, който е нов електролитен процес за производство на метален титан и сплави, чиято цена е значително по-ниска. Според Даниеле Стополини цялостната стратегия в титановата индустрия изисква разработването на най-подходящите сплави, производствена технология за всеки нов пазар и приложение на титан.

Източници

Уикипедия – Безплатната енциклопедия, Уикипедия

metotech.ru - Метотехника

housetop.com - Къща Топ

atomsteel.com – Atom технология

domremstroy.ru - DomRemStroy

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

Титанът под формата на оксид (IV) е открит от английския любител минералог У. Грегор през 1791 г. в магнитните железни пясъци на град Менакан (Англия); през 1795 г. немският химик М. Г. Клапрот установява, че минералът рутил е естествен оксид на същия метал, който той нарича "титан" [в гръцка митологиятитаните са деца на Уран (Небето) и Гея (Земята)]. Не беше възможно да се изолира титан в чиста форма за дълго време; едва през 1910 г. американският учен М. А. Хънтър получава метален титан чрез нагряване на неговия хлорид с натрий в затворена стоманена бомба; полученият от него метал е пластичен само при повишени температури и чуплив при стайна температура поради високото съдържание на примеси. Възможността за изследване на свойствата на чистия титан се появява едва през 1925 г., когато холандските учени А. Ван Аркел и И. де Боер получават метална пластмаса с висока чистота при ниски температури чрез термична дисоциация на титанов йодид.

Разпространение на титана в природата.Титанът е един от често срещаните елементи, средното му съдържание в земната кора (кларк) е 0,57% от теглото (сред структурните метали той заема 4-то място по отношение на разпространението, след желязото, алуминия и магнезия). Най-много титан има в основните скали на така наречената "базалтова обвивка" (0,9%), по-малко в скалите на "гранитната обвивка" (0,23%) и още по-малко в ултраосновните скали (0,03%) и др. Скалите, обогатени с титан, включват пегматити от основни скали, алкални скали, сиенити и свързани с тях пегматити и други. Има 67 известни минерала титан, предимно от магматичен произход; най-важните са рутил и илменит.

Титанът е предимно разпръснат в биосферата. В морската вода съдържа 10 -7%; Титан е слаб мигрант.

Физични свойства на титана.Титанът съществува под формата на две алотропни модификации: под температура от 882,5 °C, α-формата с хексагонална плътно опакована решетка е стабилна (a = 2,951Å, c = 4,679Å), а над тази температура, β -форма с кубична тялоцентрирана решетка a = 3.269 Å. Примесите и добавките могат значително да променят температурата на α/β трансформация.

Плътността на α-формата при 20°С е 4,505 g/cm3, а при 870°C 4,35 g/cm3; β-форми при 900°C 4.32 g/cm3; атомен радиус Ti 1.46 Å, йонни радиуси Ti + 0.94 A, Ti 2+ 0.78 Å, Ti 3+ 0.69 Å, Ti 4+ 0.64 Å; T на топене 1668°C, Tbp 3227°C; топлопроводимост в диапазона 20-25°C 22.065 W/(m K); температурен коефициент на линейно разширение при 20°С 8,5·10 -6 , в диапазона 20-700°С 9,7·10 -6 ; топлинен капацитет 0,523 kJ/(kg K); електрическо съпротивление 42,1 10 -6 ohm cm при 20 °C; температурен коефициент на електрическо съпротивление 0,0035 при 20 °C; има свръхпроводимост под 0,38 K. Титанът е парамагнитен, специфичната магнитна чувствителност е 3,2·10 -6 при 20 °C. Якост на опън 256 MN / m 2 (25,6 kgf / mm 2), относително удължение 72%, твърдост по Бринел по-малко от 1000 MN / m 2 (100 kgf / mm 2). Модулът на нормална еластичност е 108 000 MN / m 2 (10 800 kgf / mm 2). Метал с висока чистота, изкован при нормална температура.

Техническият титан, използван в промишлеността, съдържа примеси от кислород, азот, желязо, силиций и въглерод, които увеличават неговата якост, намаляват пластичността и влияят на температурата на полиморфното превръщане, което се случва в диапазона 865-920 ° C. За технически класове титан VT1-00 и VT1-0 плътността е около 4,32 g/cm 3, якостта на опън 300-550 MN/m 2 (30-55kgf/mm 2), относително удължение не по-малко от 25%, твърдост по Бринел 1150 - 1650 MN / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Външна конфигурация електронна обвивкаатом Ti 3d 2 4s 2 .

Химични свойства на титана.Чистият титан е химически активен преходен елемент; в съединения има степени на окисление +4, по-рядко +3 и +2. При обикновени температури и до 500-550 ° C той е устойчив на корозия, което се обяснява с наличието на тънък, но здрав оксиден филм върху повърхността му.

Той забележимо взаимодейства с атмосферния кислород при температури над 600 ° C с образуването на TiO 2. Тънки титаниеви чипове с недостатъчно смазване могат да се запалят по време на обработка. При достатъчна концентрация на кислород в околната среда и увреждане на оксидния филм от удар или триене е възможно металът да се запали при стайна температура и на относително големи парчета.

Оксидният филм не предпазва титана в течно състояние от по-нататъшно взаимодействие с кислород (за разлика например от алуминия) и следователно неговото топене и заваряване трябва да се извършват във вакуум, в атмосфера на неутрален газ или потопени. Титанът има способността да абсорбира атмосферни газове и водород, образувайки крехки сплави, неподходящи за практическа употреба; в присъствието на активирана повърхност, абсорбцията на водород се извършва дори при стайна температура с ниска скорост, която се увеличава значително при 400 °C и повече. Разтворимостта на водорода в титана е обратима и този газ може да бъде отстранен почти напълно чрез вакуумно отгряване. Титанът реагира с азот при температури над 700 °C и се получават нитриди от типа TiN; под формата на фин прах или тел, титанът може да гори в азотна атмосфера. Скоростта на дифузия на азот и кислород в Титан е много по-ниска от тази на водорода. Слоят, получен в резултат на взаимодействие с тези газове, се характеризира с повишена твърдост и крехкост и трябва да бъде отстранен от повърхността на титановите продукти чрез ецване или механична обработка. Титанът реагира енергично със сухи халогени и е стабилен по отношение на мокрите халогени, тъй като влагата играе ролята на инхибитор.

Металът е стабилен в азотна киселина във всички концентрации (с изключение на червената димяща киселина, която причинява корозионно напукване на титана и реакцията понякога протича с експлозия), в слаби разтвори на сярна киселина (до 5% от теглото) . Солна, флуороводородна, концентрирана сярна, както и горещи органични киселини: оксалова, мравчена и трихлороцетна киселина реагират с титан.

Титанът е устойчив на корозия в атмосферен въздух, морска вода и морска атмосфера, във влажен хлор, хлорна вода, горещи и студени хлоридни разтвори, в различни технологични разтвори и реагенти, използвани в химическата, нефтената, хартиената и други индустрии, както и в хидрометалургия. Титанът образува металоподобни съединения с C, B, Se, Si, които се характеризират с огнеупорност и висока твърдост. TiC карбид (топилка t 3140 °C) се получава чрез нагряване на смес от TiO 2 със сажди при 1900-2000 °C във водородна атмосфера; нитрид TiN (t pl 2950 °C) - чрез нагряване на титанов прах в азот при температура над 700 °C. Известни са силицидите TiSi 2 , TiSi и боридите TiB, Ti 2 B 5 , TiB 2 . При температура 400-600 ° C титанът абсорбира водород с образуването на твърди разтвори и хидриди (TiH, TiH 2). Когато TiO 2 се слее с алкали, титанови киселинни соли на мета- и ортотитанати (например Na 2 TiO 3 и Na 4 TiO 4), както и полититанати (например Na 2 Ti 2 O 5 и Na 2 Ti 3 O 7) се образуват. Титанатите включват най-важните минерали на титана, например илменит FeTiO 3 , перовскит CaTiO 3 . Всички титанати са слабо разтворими във вода. Титанов (IV) оксид, титанови киселини (утайки), а също и титанати се разтварят в сярна киселина, за да образуват разтвори, съдържащи титанил сулфат TiOSO 4 . Когато разтворите се разреждат и нагряват, H 2 TiO 3 се утаява в резултат на хидролиза, от която се получава титанов (IV) оксид. При добавяне на водороден пероксид към киселинни разтвори, съдържащи Ti (IV) съединения, се образуват пероксидни (пертитанови) киселини със състава H 4 TiO 5 и H 4 TiO 8 и съответните им соли; тези съединения са оцветени в жълто или оранжево-червено (в зависимост от концентрацията на титан), което се използва за аналитично определяне на титан.

Получаване на Титан.Най-често срещаният метод за получаване на метален титан е магнезиево-термичният метод, т.е. редукция на титанов тетрахлорид с метален магнезий (по-рядко натрий):

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

И в двата случая като изходна суровина служат рудите от титанов оксид - рутил, илменит и други. При рудите от типа илменит титанът под формата на шлака се отделя от желязото чрез топене в електрически пещи. Шлаката (както и рутилът) се подлага на хлориране в присъствието на въглерод, за да се образува титанов тетрахлорид, който след пречистване влиза в редукционния реактор с неутрална атмосфера.

Титанът се получава в този процес в гъбеста форма и след смилане се претопява във вакуумни дъгови пещи в блокове с въвеждане на легиращи добавки, ако е необходима сплав. Магнезиевият термичен метод ви позволява да създадете голям промишлено производствоТитан със затворен технологичен цикъл, тъй като страничният продукт, образуван по време на редукцията - магнезиев хлорид, се изпраща на електролиза за получаване на магнезий и хлор.

В редица случаи е изгодно да се използват методи на праховата металургия за производството на изделия от титан и неговите сплави. За получаване на особено фини прахове (например за радиоелектроника) може да се използва редукция на титанов (IV) оксид с калциев хидрид.

Приложение на титан.Основните предимства на титана пред другите структурни метали: комбинация от лекота, здравина и устойчивост на корозия. Титановите сплави в абсолютна и още повече в специфична якост (т.е. якост, свързана с плътността) превъзхождат повечето сплави на базата на други метали (например желязо или никел) при температури от -250 до 550 ° C и са корозивни сравними до сплави на благородни метали. Но титанът започва да се използва като самостоятелен конструктивен материал едва през 50-те години на 20-ти век поради големите технически трудности при извличането му от рудите и преработката (затова титанът условно се класифицира като рядък метал). Основната част от титана се изразходва за нуждите на авиационната и ракетната техника и морското корабостроене. Сплавите на титан с желязо, известни като "феротитан" (20-50% титан), в металургията на висококачествени стомани и специални сплави служат като легираща добавка и дезоксидант.

Техническият титан се използва за производство на резервоари, химически реактори, тръбопроводи, фитинги, помпи и други продукти, работещи в агресивни среди, например в химическото инженерство. Титановото оборудване се използва в хидрометалургията на цветни метали. Използва се за покриване на стоманени изделия. Използването на титан в много случаи дава голям технически и икономически ефект, не само поради увеличаване на експлоатационния живот на оборудването, но и възможността за интензифициране на процесите (както например в хидрометалургията на никела). Биологичната безопасност на титана го прави отличен материал за производството на оборудване за хранително-вкусовата промишленост и в реконструктивната хирургия. При условия на дълбоко замръзване силата на титана се увеличава, като същевременно се поддържа добра пластичност, което прави възможно използването му като конструктивен материал за криогенна технология. Титанът се поддава добре на полиране, цветно анодиране и други методи за довършване на повърхности и следователно се използва за производството на различни художествени продукти, включително монументална скулптура. Такъв пример е паметникът в Москва, издигнат в чест на старта на първия изкуствен спътникЗемята. От титановите съединения практическо значение имат оксиди, халогениди, а също и силициди, използвани във високотемпературната технология; бориди и техните сплави, използвани като модератори в атомни електроцентрали поради тяхната нетопимост и голямо напречно сечение на улавяне на неутрони. Титановият карбид, който има висока твърдост, е част от инструменталните твърди сплави, използвани за производството на режещи инструменти и като абразивен материал.

Титановият оксид (IV) и бариевият титанат служат като основа за титанова керамика, а бариевият титанат е най-важният фероелектрик.

Титан в тялото.Титанът постоянно присъства в тъканите на растенията и животните. В сухоземните растения концентрацията му е около 10 -4%, в морските растения - от 1,2 10 -3 до 8 10 -2%, в тъканите на сухоземните животни - по-малко от 2 10 -4%, морските - от 2 10 - 4 до 2 10 -2%. При гръбначните животни се натрупва главно в рогови образувания, далак, надбъбречни жлези, щитовидна жлеза, плацента; слабо се абсорбира от стомашно-чревния тракт. При хората дневният прием на титан с храна и вода е 0,85 mg; екскретира се в урината и изпражненията (съответно 0,33 и 0,52 mg).