Właściwości fizykochemiczne tytanu, otrzymywanie tytanu

Zastosowanie tytanu w postaci czystej oraz w postaci stopów, zastosowanie tytanu w postaci związków, fizjologiczne działanie tytanu

Sekcja 1. Historia i występowanie tytanu w przyrodzie.

Tytan -to jest element drugorzędnej podgrupy czwartej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 22. Prosta substancja tytan (numer CAS: 7440-32-6) jest jasna srebrno-biała metal. Występuje w dwóch odmianach krystalicznych: α-Ti z heksagonalną ciasno upakowaną siecią, β-Ti z sześciennym upakowaniem centrowanym w ciele, temperatura przemiany polimorficznej α↔β wynosi 883 °C. Temperatura topnienia 1660±20 °C.

Historia i obecność w naturze tytanu

Titan został nazwany na cześć starożytnych greckich postaci Titans. Niemiecki chemik Martin Klaproth nazwał go tak z powodów osobistych, w przeciwieństwie do Francuzów, którzy próbowali nadawać nazwy zgodne z właściwościami chemicznymi pierwiastka, ale od tego czasu właściwości pierwiastka były nieznane, taką nazwę wybrano.

Tytan to dziesiąty pierwiastek pod względem jego ilości na naszej planecie. Ilość tytanu w skorupie ziemskiej wynosi 0,57% wagowo i 0,001 miligrama na 1 litr wody morskiej. Złoża tytanu zlokalizowane są na terenie: Republiki Południowej Afryki, Ukrainy, Rosji, Kazachstanu, Japonii, Australii, Indii, Cejlonu, Brazylii oraz Korea Południowa.

Pod względem właściwości fizycznych tytan jest metalem lekko srebrzystym, dodatkowo charakteryzuje się dużą lepkością podczas obróbki i ma skłonność do przyklejania się do narzędzia skrawającego, dlatego stosuje się specjalne smary lub natryski, aby wyeliminować ten efekt. W temperaturze pokojowej pokryty jest przezroczystą warstwą tlenku TiO2, dzięki czemu jest odporny na korozję w większości agresywnych środowisk, z wyjątkiem alkaliów. Pył tytanowy ma zdolność wybuchu o temperaturze zapłonu 400 °C. Wióry tytanowe są łatwopalne.

Do produkcji czystego tytanu lub jego stopów w większości przypadków stosuje się dwutlenek tytanu z niewielką liczbą zawartych w nim związków. Na przykład koncentrat rutylowy otrzymany przez wzbogacenie rud tytanu. Ale rezerwy rutylu są niezwykle małe iw związku z tym stosuje się tak zwany syntetyczny żużel rutylowy lub tytanowy, otrzymywany podczas przetwarzania koncentratów ilmenitu.

Za odkrywcę tytanu uważa się 28-letniego angielskiego mnicha Williama Gregora. W 1790 roku, prowadząc badania mineralogiczne w swojej parafii, zwrócił uwagę na występowanie i niezwykłe właściwości czarnego piasku w dolinie Menaken w południowo-zachodniej Anglii i zaczął go badać. W piasku ksiądz znalazł ziarna czarnego, błyszczącego minerału, przyciągniętego zwykłym magnesem. Uzyskany w 1925 roku przez Van Arkela i de Boera metodą jodkową najczystszy tytan okazał się plastycznym i technologicznym metalem o wielu cennych właściwościach, który przyciągnął uwagę szerokiego grona projektantów i inżynierów. W 1940 roku Croll zaproponował termiczną metodę magnezowo-termiczną ekstrakcji tytanu z rud, która do dziś jest najważniejsza. W 1947 wyprodukowano pierwsze 45 kg komercyjnie czystego tytanu.

W układzie okresowym pierwiastków Mendelejewa tytan ma numer seryjny 22. Masa atomowa tytanu naturalnego, obliczona na podstawie wyników badań jego izotopów, wynosi 47,926. Tak więc jądro obojętnego atomu tytanu zawiera 22 protony. Liczba neutronów, czyli obojętnych nienaładowanych cząstek, jest inna: częściej 26, ale może wynosić od 24 do 28. Dlatego liczba izotopów tytanu jest inna. W sumie znanych jest obecnie 13 izotopów pierwiastka nr 22. Naturalny tytan składa się z mieszaniny pięciu stabilnych izotopów, najszerzej reprezentowany jest tytan-48, jego udział w rudach naturalnych wynosi 73,99%. Tytan i inne pierwiastki podgrupy IVB mają bardzo podobne właściwości do pierwiastków podgrupy IIIB (grupa skandowa), chociaż różnią się od tych ostatnich zdolnością do wykazywania dużej wartościowości. Podobieństwo tytanu do skandu, itru, a także pierwiastków podgrupy VB - wanadu i niobu, wyraża się również w tym, że tytan często występuje w naturalnych minerałach wraz z tymi pierwiastkami. Z jednowartościowymi halogenami (fluor, brom, chlor i jod) może tworzyć związki di-tri- i tetra, z siarką i pierwiastkami z jej grupy (selen, tellur) - mono- i disiarczki, z tlenem - tlenki, dwutlenki i trójtlenki .

Tytan tworzy również związki z wodorem (wodorki), azotem (azotki), węglem (węgliki), fosforem (fosforki), arsenem (arsydy), a także związki z wieloma metalami - związki międzymetaliczne. Tytan tworzy nie tylko proste, ale także liczne związki złożone, wiele jego związków z substancjami organicznymi jest znanych. Jak widać z listy związków, w których może uczestniczyć tytan, jest on bardzo aktywny chemicznie. A jednocześnie tytan jest jednym z nielicznych metali o wyjątkowo wysokiej odporności na korozję: praktycznie wieczny w powietrzu, w zimnej i wrzącej wodzie, bardzo odporny w wodzie morskiej, w roztworach wielu soli nieorganicznych i organicznych. kwasy. Pod względem odporności na korozję w wodzie morskiej przewyższa wszystkie metale, z wyjątkiem szlachetnych - złota, platyny itp., większości gatunków stali nierdzewnej, niklu, miedzi i innych stopów. W wodzie, w wielu agresywnych środowiskach, czysty tytan nie podlega korozji. Odporny na korozję tytanu i erozję wynikającą z połączenia chemicznych i mechanicznych oddziaływań na metal. Pod tym względem nie ustępuje najlepszym gatunkom stali nierdzewnych, stopów na bazie miedzi i innych materiałów konstrukcyjnych. Tytan jest również dobrze odporny na korozję zmęczeniową, która często objawia się naruszeniem integralności i wytrzymałości metalu (pęknięcia, miejscowe ogniska korozji itp.). Zachowanie tytanu w wielu agresywnych środowiskach, takich jak azot, chlorowodór, siarka, „aqua regia” oraz inne kwasy i zasady, jest dla tego metalu zaskakujące i godne podziwu.

Tytan jest bardzo ogniotrwałym metalem. Przez długi czas wierzono, że topi się w 1800 ° C, ale w połowie lat 50-tych. Angielscy naukowcy Diardorf i Hayes ustalili temperaturę topnienia czystego pierwiastkowego tytanu. Wyniósł 1668 ± 3 ° C. Pod względem ogniotrwałości tytan ustępuje tylko takim metalom jak wolfram, tantal, niob, ren, molibden, platynoidy, cyrkon, a wśród głównych metali konstrukcyjnych zajmuje pierwsze miejsce. Najważniejszą cechą tytanu jako metalu są jego unikalne właściwości fizyczne i chemiczne: niska gęstość, wysoka wytrzymałość, twardość itp. Najważniejsze jest to, że właściwości te nie zmieniają się znacząco w wysokich temperaturach.

Tytan jest metalem lekkim, jego gęstość w 0°C wynosi tylko 4,517 g/cm8, a w 100°C 4,506 g/cm3. Tytan należy do grupy metali o ciężarze właściwym poniżej 5 g/cm3. Obejmuje to wszystkie metale alkaliczne (sód, kad, lit, rubid, cez) o ciężarze właściwym 0,9-1,5 g/cm3, magnez (1,7 g/cm3), aluminium (2,7 g/cm3) itd. Tytan to więcej niż 1,5 razy cięższy od aluminium iw tym oczywiście traci z nim, ale jest 1,5 razy lżejszy od żelaza (7,8 g/cm3). Jednak zajmując pozycję pośrednią między aluminium i żelazem pod względem gęstości właściwej, tytan wielokrotnie przewyższa je swoimi właściwościami mechanicznymi.). Tytan ma znaczną twardość: jest 12 razy twardszy niż aluminium, 4 razy twardszy niż żelazo i miedź. Inną ważną cechą metalu jest jego granica plastyczności. Im jest wyższy, tym lepiej części wykonane z tego metalu wytrzymują obciążenia eksploatacyjne. Granica plastyczności tytanu jest prawie 18 razy wyższa niż aluminium. Wytrzymałość właściwą stopów tytanu można zwiększyć o współczynnik 1,5–2. Jej wysokie właściwości mechaniczne dobrze zachowują się w temperaturach do kilkuset stopni. Czysty tytan nadaje się do wszystkich rodzajów obróbki w stanie gorącym i zimnym: może być kuty jak żelazo, ciągniony, a nawet przerabiany na drut, zwijany w arkusze, taśmy i folie o grubości do 0,01 mm.

W przeciwieństwie do większości metali, tytan ma znaczny opór elektryczny: jeśli przewodność elektryczna srebra przyjmie się jako 100, to przewodność elektryczna miedzi wynosi 94, aluminium 60, żelazo i platyna -15, a tytan tylko 3,8. Tytan jest metalem paramagnetycznym, nie jest namagnesowany jak żelazo w polu magnetycznym, ale nie jest z niego wypychany jak miedź. Jego podatność magnetyczna jest bardzo słaba, właściwość ta może być wykorzystana w budownictwie. Tytan ma stosunkowo niską przewodność cieplną, tylko 22,07 W/(mK), która jest około 3 razy niższa niż przewodność cieplna żelaza, 7 razy niższa niż magnez, 17–20 razy niższa niż aluminium i miedź. W związku z tym współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej tytanu jest niższy niż w przypadku innych materiałów konstrukcyjnych: w temperaturze 20 C jest 1,5 razy niższy niż w przypadku żelaza, 2 - dla miedzi i prawie 3 - dla aluminium. Tak więc tytan jest słabym przewodnikiem elektryczności i ciepła.

Obecnie stopy tytanu są szeroko stosowane w technice lotniczej. Stopy tytanu po raz pierwszy zastosowano na skalę przemysłową do budowy samolotów silników odrzutowych. Zastosowanie tytanu w konstrukcji silników odrzutowych umożliwia zmniejszenie ich masy o 10...25%. W szczególności tarcze i łopatki sprężarek, części wlotu powietrza, łopatki kierujące i elementy złączne są wykonane ze stopów tytanu. Stopy tytanu są niezbędne w samolotach naddźwiękowych. Wzrost prędkości lotu samolotów doprowadził do wzrostu temperatury poszycia, w wyniku czego stopy aluminium nie spełniają już wymagań stawianych przez technikę lotniczą przy prędkościach naddźwiękowych. Temperatura skóry w tym przypadku sięga 246...316 °C. W tych warunkach stopy tytanu okazały się najbardziej akceptowalnym materiałem. W latach 70. znacznie wzrosło zastosowanie stopów tytanu do budowy płatowca samolotów cywilnych. W średniodystansowym samolocie TU-204 łączna masa części wykonanych ze stopów tytanu wynosi 2570 kg. Zastosowanie tytanu w śmigłowcach stopniowo się rozszerza, głównie na części układu wirnika głównego, napęd i układ sterowania. Ważne miejsce w nauce rakietowej zajmują stopy tytanu.

Ze względu na wysoką odporność na korozję w wodzie morskiej tytan i jego stopy są wykorzystywane w przemyśle stoczniowym do produkcji śrub napędowych, poszycia okrętów, okrętów podwodnych, torped itp. Pociski nie przyklejają się do tytanu i jego stopów, co znacznie zwiększa wytrzymałość naczynia podczas jego ruchu. Stopniowo rozszerzają się obszary zastosowań tytanu. Tytan i jego stopy są wykorzystywane w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, celulozowo-papierniczym i Przemysł spożywczy, metalurgia metali nieżelaznych, energetyka, elektronika, technika jądrowa, galwanizacja, w produkcji broni, do produkcji płyt pancernych, narzędzi chirurgicznych, implantów chirurgicznych, odsalania, części do samochodów wyścigowych, sprzęt sportowy (kije golfowe, wspinaczka sprzęt), części zegarków, a nawet biżuterii. Azotowanie tytanu prowadzi do powstania na jego powierzchni złotego filmu, który nie ustępuje pięknemu prawdziwemu złotemu.

Odkrycia TiO2 dokonali niemal jednocześnie i niezależnie Anglik W. Gregor i niemiecki chemik M.G. Klaproth. W. Gregor, badając skład magnetycznego piasku żelazistego (Creed, Cornwall, Anglia, 1791), wyizolował nową „ziemię” (tlenek) z nieznanego metalu, który nazwał menaken. W 1795 r. niemiecki chemik Klaproth odkrył w rutylu nowy pierwiastek i nazwał go tytanem. Dwa lata później Klaproth ustalił, że rutyl i ziemia groźna są tlenkami tego samego pierwiastka, za którym pozostała nazwa „tytan” zaproponowana przez Klaprotha. Po 10 latach odkrycie tytanu miało miejsce po raz trzeci. Francuski naukowiec L. Vauquelin odkrył tytan w anatazie i udowodnił, że rutyl i anataz są identycznymi tlenkami tytanu.

Pierwszą próbkę metalicznego tytanu uzyskał w 1825 r. J. Ya Berzelius. Ze względu na wysoką aktywność chemiczną tytanu i złożoność jego oczyszczania, holenderscy A. van Arkel i I. de Boer uzyskali w 1925 r. próbkę czystego Ti poprzez termiczny rozkład par jodku tytanu TiI4.

Tytan jest dziesiątym najbogatszym gatunkiem w przyrodzie. Zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,57% masy, w wodzie morskiej 0,001 mg / l. 300 g/t w skałach ultrazasadowych, 9 kg/t w skałach zasadowych, 2,3 kg/t w skałach kwaśnych, 4,5 kg/t w glinach i łupkach. W skorupie ziemskiej tytan jest prawie zawsze czterowartościowy i występuje tylko w związkach tlenu. Nie występuje w postaci wolnej. Tytan w warunkach wietrzenia i opadów atmosferycznych wykazuje powinowactwo geochemiczne do Al2O3. Koncentruje się w boksytach skorupy wietrzeniowej oraz w morskich osadach ilastych. Przenoszenie tytanu odbywa się w postaci mechanicznych fragmentów minerałów oraz w postaci koloidów. W niektórych glinach gromadzi się do 30% wagowo TiO2. Minerały tytanu są odporne na warunki atmosferyczne i tworzą duże stężenia w placerach. Znanych jest ponad 100 minerałów zawierających tytan. Najważniejsze z nich to: rutyl TiO2, ilmenit FeTiO3, tytanomagnetyt FeTiO3 + Fe3O4, perowskit CaTiO3, tytanit CaTiSiO5. Istnieją pierwotne rudy tytanu - ilmenit-tytanomagnetyt i placer - rutyl-ilmenit-cyrkon.

Główne rudy: ilmenit (FeTiO3), rutyl (TiO2), tytanit (CaTiSiO5).

W 2002 roku 90% wydobytego tytanu wykorzystano do produkcji dwutlenku tytanu TiO2. Światowa produkcja dwutlenku tytanu wyniosła 4,5 miliona ton rocznie. Potwierdzone zasoby dwutlenku tytanu (bez Rosji) wynoszą około 800 mln t. Według US Geological Survey w 2006 r. w przeliczeniu na dwutlenek tytanu i z wyłączeniem Rosji zapasy rud ilmenitu wynoszą 603-673 mln ton, a rutylu - 49,7-52,7 mln t. Tak więc, przy obecnym tempie produkcji, potwierdzone światowe rezerwy tytanu (bez Rosji) wystarczą na ponad 150 lat.

Rosja ma drugie co do wielkości rezerwy tytanu na świecie po Chinach. Baza mineralna tytanu w Rosji składa się z 20 złóż (z czego 11 to złoża pierwotne, a 9 to aluwialne), dość równomiernie rozproszonych w całym kraju. Największy ze zbadanych złóż (Jaregskoje) znajduje się 25 km od miasta Uchta (Republika Komi). Zasoby złoża szacowane są na 2 mld ton rudy o średniej zawartości dwutlenku tytanu około 10%.

Największy na świecie producent tytanu - Rosyjska firma„VSMPO-AVISMA”.

Z reguły materiałem wyjściowym do produkcji tytanu i jego związków jest dwutlenek tytanu ze stosunkowo niewielką ilością zanieczyszczeń. W szczególności może to być koncentrat rutylowy uzyskany podczas wzbogacania rud tytanu. Zasoby rutylu na świecie są jednak bardzo ograniczone, a coraz częściej stosuje się tzw. W celu uzyskania żużla tytanowego koncentrat ilmenitu jest redukowany w elektrycznym piecu łukowym, natomiast żelazo jest rozdzielane na fazę metaliczną (żeliwo), a niezredukowane tlenki tytanu i zanieczyszczenia tworzą fazę żużla. Bogaty żużel przetwarzany jest metodą chlorkową lub kwasem siarkowym.

W czystej postaci i w postaci stopów

Tytanowy pomnik Gagarina na Prospekcie Leninskiego w Moskwie

Metal znajduje zastosowanie w: przemyśle chemicznym (reaktory, rurociągi, pompy, armatura rurociągów), przemyśle wojskowym (kamizelki kuloodporne, pancerze i zapory przeciwpożarowe w lotnictwie, kadłuby okrętów podwodnych), procesach przemysłowych (odsalanie, procesy celulozowo-papiernicze), przemyśle motoryzacyjnym , przemysł rolniczy, przemysł spożywczy, biżuteria do piercingu, przemysł medyczny (protezy, osteoprotezy), instrumenty dentystyczne i endodontyczne, implanty dentystyczne, artykuły sportowe, biżuteria (Aleksander Chomow), telefony komórkowe, stopy lekkie itp. Jest to najważniejszy materiał konstrukcyjny w samolotach, rakiecie, przemyśle stoczniowym.

Odlewanie tytanu odbywa się w piecach próżniowych w formach grafitowych. Stosowane jest również odlewanie próżniowe. Ze względu na trudności technologiczne w ograniczonym zakresie jest wykorzystywana w odlewach artystycznych. Pierwszą monumentalną rzeźbą z odlewu tytanowego na świecie jest pomnik Jurija Gagarina na placu jego imienia w Moskwie.

Tytan jest dodatkiem stopowym w wielu stalach stopowych i większości specjalnych stopów.

Nitinol (nikiel-tytan) to stop z pamięcią kształtu stosowany w medycynie i technologii.

Aluminiki tytanu są bardzo odporne na utlenianie i żaroodporne, co z kolei przesądziło o ich zastosowaniu w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym jako materiałów konstrukcyjnych.

Tytan jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów getterowych stosowanych w pompach wysokiej próżni.

Biały dwutlenek tytanu (TiO2) stosowany jest w farbach (np. biel tytanowa) oraz w produkcji papieru i tworzyw sztucznych. Dodatek do żywności E171.

Związki tytanoorganiczne (np. tetrabutoksytytan) są stosowane jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym i farbiarskim.

Nieorganiczne związki tytanu są stosowane w przemyśle chemicznym, elektronicznym, włókien szklanych jako dodatki lub powłoki.

Węglik tytanu, dwuborek tytanu, węgloazotek tytanu są ważnymi składnikami supertwardych materiałów do obróbki metali.

Azotek tytanu jest używany do powlekania narzędzi, kopuł kościelnych oraz do produkcji biżuterii, ponieważ. ma kolor zbliżony do złota.

Tytanian baru BaTiO3, tytanian ołowiu PbTiO3 i szereg innych tytanianów to ferroelektryki.

Istnieje wiele stopów tytanu z różnymi metalami. Pierwiastki stopowe dzielą się na trzy grupy w zależności od ich wpływu na temperaturę przemian polimorficznych: stabilizatory beta, stabilizatory alfa i utwardzacze neutralne. Te pierwsze obniżają temperaturę przemiany, drugie ją podwyższają, a te drugie nie wpływają na nią, ale prowadzą do przesycenia osnowy. Przykłady stabilizatorów alfa: glin, tlen, węgiel, azot. Stabilizatory beta: molibden, wanad, żelazo, chrom, nikiel. Utwardzacze neutralne: cyrkon, cyna, silikon. Z kolei beta-stabilizatory dzielą się na beta-izomorficzne i beta-eutektoidalne. Najpopularniejszym stopem tytanu jest stop Ti-6Al-4V (w klasyfikacji rosyjskiej - VT6).

60% - farba;

20% - plastik;

13% - papier;

7% - inżynieria mechaniczna.

15-25 USD za kilogram, w zależności od czystości.

O czystości i gatunku szorstkiego tytanu (gąbki tytanowej) decyduje zazwyczaj jego twardość, która zależy od zawartości zanieczyszczeń. Najpopularniejsze marki to TG100 i TG110.

Cena ferrotytanu (minimum 70% tytanu) na dzień 22.12.2010 wynosi 6,82 USD za kilogram. W dniu 01.01.2010 cena utrzymywała się na poziomie 5,00 USD za kilogram.

W Rosji ceny tytanu na początku 2012 roku wynosiły 1200-1500 rubli/kg.

Zalety:

niska gęstość (4500 kg / m3) pomaga zmniejszyć masę użytego materiału;

wysoka wytrzymałość mechaniczna. Należy zauważyć, że w podwyższonych temperaturach (250-500 °C) stopy tytanu mają wyższą wytrzymałość niż wysokowytrzymałe stopy aluminium i magnezu;

niezwykle wysoka odporność korozyjna, dzięki zdolności tytanu do tworzenia na powierzchni cienkich (5-15 mikronów) ciągłych warstw tlenku TiO2 mocno związanych z masą metalową;

wytrzymałość właściwa (stosunek wytrzymałości do gęstości) najlepszych stopów tytanu sięga 30-35 lub więcej, co stanowi prawie dwukrotność wytrzymałości właściwej stali stopowych.

Wady:

wysoki koszt produkcji, tytan jest znacznie droższy niż żelazo, aluminium, miedź, magnez;

aktywne oddziaływanie w wysokich temperaturach, zwłaszcza w stanie ciekłym, ze wszystkimi gazami tworzącymi atmosferę, w wyniku czego tytan i jego stopy mogą być topione tylko w próżni lub w środowisku gazu obojętnego;

trudności związane z produkcją odpadów tytanowych;

słabe właściwości przeciwcierne ze względu na przywieranie tytanu do wielu materiałów, tytan w połączeniu z tytanem nie może działać na tarcie;

wysoka skłonność tytanu i wielu jego stopów do kruchości wodorowej i korozji solnej;

słaba skrawalność podobna do austenitycznych stali nierdzewnych;

wysoka reaktywność, tendencja do rozrostu ziaren w wysokiej temperaturze oraz przemian fazowych podczas cyklu spawania powodują trudności w spawaniu tytanu.

Główną część tytanu przeznacza się na potrzeby technologii lotniczej i rakietowej oraz budowy statków morskich. Tytan (ferrotitanium) jest stosowany jako dodatek stopowy do stali wysokiej jakości oraz jako odtleniacz. Tytan techniczny wykorzystywany jest do produkcji zbiorników, reaktorów chemicznych, rurociągów, armatury, pomp, zaworów i innych produktów pracujących w środowiskach agresywnych. Siatki i inne części urządzeń elektropróżniowych pracujących w wysokich temperaturach wykonane są ze zwartego tytanu.

Pod względem wykorzystania jako materiał konstrukcyjny, tytan zajmuje 4 miejsce, ustępując jedynie Al, Fe i Mg. Aluminiki tytanu są bardzo odporne na utlenianie i żaroodporne, co z kolei przesądziło o ich zastosowaniu w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym jako materiałów konstrukcyjnych. Bezpieczeństwo biologiczne tytanu sprawia, że ​​jest to doskonały materiał dla przemysłu spożywczego i chirurgii rekonstrukcyjnej.

Tytan i jego stopy są szeroko stosowane w inżynierii ze względu na wysoką wytrzymałość mechaniczną, która jest utrzymywana w wysokich temperaturach, odporność na korozję, odporność na ciepło, wytrzymałość właściwą, niską gęstość i inne. użyteczne właściwości. Wysoki koszt tytanu i jego stopów jest w wielu przypadkach rekompensowany ich większą wydajnością, a w niektórych przypadkach jest to jedyny materiał, z którego można wyprodukować urządzenia lub konstrukcje zdolne do pracy w określonych warunkach.

Stopy tytanu odgrywają ważną rolę w technice lotniczej, gdzie celem jest uzyskanie jak najlżejszego projektu w połączeniu z wymaganą wytrzymałością. Tytan jest lekki w porównaniu do innych metali, ale jednocześnie może pracować w wysokich temperaturach. Stopy tytanu są używane do produkcji poszycia, elementów mocujących, zespołu napędowego, części podwozia i różnych jednostek. Materiały te są również wykorzystywane do budowy samolotów silników odrzutowych. Pozwala to zmniejszyć ich wagę o 10-25%. Stopy tytanu są używane do produkcji tarcz i łopatek sprężarek, części wlotu powietrza i łopatek kierujących oraz elementów złącznych.

Tytan i jego stopy są również wykorzystywane w nauce rakietowej. W związku z krótkotrwałą eksploatacją silników i szybkim przechodzeniem gęstych warstw atmosfery, problemy wytrzymałości zmęczeniowej, wytrzymałości statycznej i do pewnego stopnia pełzania są usuwane w nauce rakietowej.

Ze względu na niewystarczająco wysoką odporność cieplną tytan techniczny nie nadaje się do stosowania w lotnictwie, jednak ze względu na wyjątkowo wysoką odporność korozyjną w niektórych przypadkach jest niezbędny w przemyśle chemicznym i stoczniowym. Stosuje się go więc w produkcji sprężarek i pomp do pompowania tak agresywnych mediów jak kwas siarkowy i solny oraz ich sole, rurociągi, zawory, autoklawy, różne pojemniki, filtry itp. Tylko tytan ma odporność na korozję w mediach takich jak mokry chlor, wodne i kwaśne roztwory chloru, zatem z dany metal produkujemy urządzenia dla przemysłu chlorowego. Tytan służy do wytwarzania wymienników ciepła, które działają w środowiskach korozyjnych, na przykład w kwasie azotowym (nie dymiącym). W przemyśle stoczniowym tytan jest używany do produkcji śrub napędowych, poszycia statków, okrętów podwodnych, torped itp. Pociski nie przyklejają się do tytanu i jego stopów, co znacznie zwiększa wytrzymałość naczynia podczas jego ruchu.

Stopy tytanu są obiecujące w wielu innych zastosowaniach, ale ich wykorzystanie w technologii jest ograniczone wysokimi kosztami i niedoborem tytanu.

Związki tytanu są również szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Węglik tytanu ma wysoką twardość i jest używany do produkcji narzędzi skrawających oraz materiałów ściernych. Biały dwutlenek tytanu (TiO2) stosowany jest w farbach (np. biel tytanowa) oraz w produkcji papieru i tworzyw sztucznych. Związki tytanoorganiczne (np. tetrabutoksytytan) są stosowane jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym i farbiarskim. Nieorganiczne związki tytanu są stosowane w przemyśle chemicznym, elektronicznym, włókien szklanych jako dodatek. Diborek tytanu jest ważnym składnikiem supertwardych materiałów do obróbki metali. Do powlekania narzędzi stosuje się azotek tytanu.

Przy obecnych wysokich cenach tytanu używa się go głównie do produkcji sprzętu wojskowego, gdzie główną rolę odgrywa nie koszt, ale Specyfikacja techniczna. Niemniej jednak znane są przypadki wykorzystania unikalnych właściwości tytanu na potrzeby cywilne. Wraz ze spadkiem ceny tytanu i wzrostem jego produkcji, zastosowanie tego metalu w celach wojskowych i cywilnych będzie się coraz bardziej zwiększać.

Lotnictwo. Niski ciężar właściwy i wysoka wytrzymałość (szczególnie w podwyższonych temperaturach) tytanu i jego stopów sprawiają, że są one bardzo cennymi materiałami lotniczymi. W dziedzinie budowy samolotów i produkcji silników lotniczych tytan coraz częściej zastępuje aluminium i stal nierdzewną. Wraz ze wzrostem temperatury aluminium szybko traci swoją wytrzymałość. Z drugiej strony tytan ma wyraźną przewagę wytrzymałościową w temperaturach do 430°C, a podwyższone temperatury tego rzędu występują przy dużych prędkościach ze względu na nagrzewanie aerodynamiczne. Zaletą zastąpienia stali tytanem w lotnictwie jest zmniejszenie masy bez poświęcania wytrzymałości. Ogólna redukcja masy przy jednoczesnym wzroście wydajności w podwyższonych temperaturach pozwala na zwiększenie ładunek, zasięg i zwrotność statku powietrznego. Tłumaczy to wysiłki zmierzające do rozszerzenia zastosowania tytanu w konstrukcji samolotów w produkcji silników, konstrukcji kadłubów, produkcji poszycia, a nawet elementów złącznych.

W konstrukcji silników odrzutowych tytan wykorzystywany jest głównie do produkcji łopatek sprężarek, tarcz turbin i wielu innych elementów tłoczonych. Tutaj tytan zastępuje nierdzewne i poddane obróbce cieplnej stale stopowe. Oszczędność jednego kilograma masy silnika pozwala zaoszczędzić do 10 kg całkowitej masy samolotu dzięki odciążeniu kadłuba. W przyszłości planuje się wykorzystanie blachy tytanowej do produkcji obudów komór spalania silnika.

W budowie samolotów tytan jest szeroko stosowany w elementach kadłuba pracujących w podwyższonych temperaturach. Blacha tytanowa stosowana jest do produkcji wszelkiego rodzaju osłon, osłon kabli i prowadnic do pocisków. Różne elementy usztywniające, ramy kadłuba, żebra itp. wykonane są ze stopowych blach tytanowych.

Osłony, klapy, osłony kabli i prowadnice pocisków wykonane są z niestopowego tytanu. Stop tytanowy jest używany do produkcji ramy kadłuba, ram, rurociągów i przegród przeciwpożarowych.

Tytan jest coraz częściej wykorzystywany do budowy samolotów F-86 i F-100. W przyszłości tytan będzie wykorzystywany do produkcji drzwi podwozia, przewodów hydraulicznych, rur wydechowych i dysz, dźwigarów, klap, rozpórek składanych itp.

Z tytanu można wytwarzać płyty pancerne, łopaty śmigieł i skrzynki na pociski.

Obecnie tytan jest używany do budowy samolotów wojskowych Douglas X-3 dla skóry, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 i Boeing B-52.

Tytan wykorzystywany jest również do budowy samolotów cywilnych DC-7. Firma Douglas, zastępując stopy aluminium i stal nierdzewną tytanem w produkcji gondoli silnika i przegród ogniowych, osiągnęła już oszczędności w masie konstrukcji samolotu rzędu 90 kg. Obecnie masa części tytanowych w tym samolocie wynosi 2%, a liczba ta ma zostać zwiększona do 20% całkowitej masy samolotu.

Zastosowanie tytanu umożliwia zmniejszenie masy śmigłowców. Do podłóg i drzwi stosowana jest blacha tytanowa. Znaczącą redukcję masy śmigłowca (ok. 30 kg) osiągnięto poprzez zastąpienie stali stopowej tytanem do poszycia łopat jego wirników.

Marynarka wojenna. Odporność na korozję tytanu i jego stopów sprawia, że ​​są one bardzo cennym materiałem na morzu. Departament Marynarki Wojennej USA intensywnie bada odporność tytanu na korozję na działanie gazów spalinowych, pary, oleju i wody morskiej. Wysoka wytrzymałość właściwa tytanu ma prawie takie samo znaczenie w sprawach morskich.

Niski ciężar właściwy metalu w połączeniu z odpornością na korozję zwiększa zwrotność i zasięg statków, a także obniża koszty konserwacji części materiałowej i jej naprawy.

Zastosowania tytanu w marynarce wojennej obejmują tłumiki wydechowe do podwodnych silników Diesla, tarcze przyrządów, cienkościenne rury do skraplaczy i wymienników ciepła. Według ekspertów tytan, jak żaden inny metal, jest w stanie wydłużyć żywotność tłumików wydechu na okrętach podwodnych. W przypadku tarcz pomiarowych wystawionych na działanie słonej wody, benzyny lub oleju, tytan zapewnia większą trwałość. Badana jest możliwość wykorzystania tytanu do produkcji rur wymienników ciepła, które powinny być odporne na korozję w wodzie morskiej myjącej rury z zewnątrz, a jednocześnie wytrzymać działanie skroplin spalin przepływających w ich wnętrzu. Rozważa się możliwość wykonania z tytanu anten i elementów instalacji radarowych, od których wymaga się odporności na działanie spalin i wody morskiej. Tytan może być również wykorzystany do produkcji części takich jak zawory, śmigła, części turbin itp.

Artyleria. Podobno największym potencjalnym konsumentem tytanu może być artyleria, gdzie obecnie trwają intensywne badania nad różnymi prototypami. Jednak w tym obszarze standaryzowana jest produkcja tylko pojedynczych części oraz części wykonanych z tytanu. Dość ograniczone wykorzystanie tytanu w artylerii o dużym zakresie badań tłumaczy się jego wysokim kosztem.

Przebadano różne części wyposażenia artyleryjskiego pod kątem możliwości zastąpienia konwencjonalnych materiałów tytanem, przy obniżeniu cen tytanu. Główną uwagę zwrócono na części, dla których istotne jest zmniejszenie wagi (części przenoszone ręcznie i transportowane drogą powietrzną).

Podstawa do zaprawy wykonana z tytanu zamiast stali. Dzięki takiej wymianie i po pewnych przeróbkach, zamiast stalowej płyty z dwóch połówek o łącznej wadze 22 kg udało się stworzyć jedną część o wadze 11 kg. Dzięki tej wymianie możliwe jest zmniejszenie liczby personelu serwisowego z trzech do dwóch. Rozważa się możliwość wykorzystania tytanu do produkcji przerywaczy ognia do broni palnej.

Testowane są wykonane z tytanu mocowania działa, krzyże karetki i cylindry odrzutu. Tytan może być szeroko stosowany w produkcji pocisków kierowanych i rakiet.

Pierwsze badania tytanu i jego stopów wykazały możliwość wytwarzania z nich płyt pancernych. Zastąpienie pancerza stalowego (grubość 12,7 mm) pancerzem tytanowym o tej samej odporności na pocisk (16 mm grubości) pozwala, zgodnie z tymi badaniami, zaoszczędzić do 25% masy.

Wysokiej jakości stopy tytanu dają nadzieję na możliwość zastąpienia blach stalowych blachami tytanowymi o jednakowej grubości, co pozwala zaoszczędzić do 44% wagi. Przemysłowe zastosowanie tytanu zapewni większą zwrotność, zwiększy zasięg transportu i trwałość broni. Obecny poziom rozwoju transportu lotniczego uwidacznia zalety lekkich samochodów pancernych i innych pojazdów wykonanych z tytanu. Dział artylerii zamierza w przyszłości wyposażyć piechotę w hełmy, bagnety, granatniki i ręczne miotacze ognia wykonane z tytanu. Stop tytanu został po raz pierwszy użyty w artylerii do produkcji tłoków niektórych pistoletów automatycznych.

Transport. Wiele korzyści płynących z zastosowania tytanu w produkcji materiałów opancerzonych dotyczy również pojazdów.

Zastąpienie materiałów konstrukcyjnych obecnie zużywanych przez przedsiębiorstwa inżynierii transportowej tytanem powinno prowadzić do zmniejszenia zużycia paliwa, zwiększenia ładowności, zwiększenia granicy zmęczenia części mechanizmów korbowych itp. szyny kolejowe konieczne jest zmniejszenie martwego ciężaru. Znaczne zmniejszenie całkowitej masy taboru dzięki zastosowaniu tytanu pozwoli zaoszczędzić na przyczepności, zmniejszy wymiary szyjek i maźnic.

W przypadku przyczep ważna jest również waga. Pojazd. Tutaj zastąpienie stali tytanem w produkcji osi i kół również zwiększyłoby ładowność.

Wszystkie te możliwości można zrealizować poprzez obniżenie ceny tytanu z 15 do 2-3 dolarów za funt półfabrykatów tytanowych.

Przemysł chemiczny. W produkcji urządzeń dla przemysłu chemicznego najważniejsza jest odporność metalu na korozję. Niezbędne jest również zmniejszenie wagi i zwiększenie wytrzymałości sprzętu. Logicznie należy przyjąć, że tytan mógłby zapewnić szereg korzyści w produkcji urządzeń do transportu z niego kwasów, zasad i soli nieorganicznych. Dodatkowe możliwości wykorzystania tytanu otwierają się w produkcji takich urządzeń jak zbiorniki, kolumny, filtry oraz wszelkiego rodzaju butle wysokociśnieniowe.

Zastosowanie orurowania tytanowego może poprawić sprawność wężownic grzewczych w autoklawach laboratoryjnych i wymiennikach ciepła. O przydatności tytanu do produkcji butli, w których gazy i ciecze przechowywane są przez długi czas pod ciśnieniem, świadczy zastosowanie w mikroanalizie produktów spalania zamiast cięższej szklanej rurki (pokazanej w górnej części zdjęcia). Ze względu na małą grubość ścianki i niską środek ciężkości tę probówkę można ważyć na mniejszych, bardziej czułych wagach analitycznych. Tutaj połączenie lekkości i odporności na korozję poprawia dokładność analizy chemicznej.

Inne aplikacje. Zastosowanie tytanu jest celowe w przemyśle spożywczym, naftowym i elektrycznym, a także w produkcji narzędzi chirurgicznych oraz w samej chirurgii.

Stoły do ​​przygotowywania potraw, stoły parowe wykonane z tytanu przewyższają jakością wyroby stalowe.

W branży wiertniczej nafty i gazu walka z korozją ma ogromne znaczenie, dlatego zastosowanie tytanu pozwoli na rzadszą wymianę prętów korodujących urządzeń. W produkcji katalitycznej i do produkcji rurociągów naftowych pożądane jest stosowanie tytanu, który zachowuje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach i ma dobrą odporność na korozję.

W przemyśle elektrycznym tytan może być stosowany do opancerzenia kabli ze względu na dobrą wytrzymałość właściwą, wysoką oporność elektryczną i właściwości niemagnetyczne.

W różnych gałęziach przemysłu zaczynają być stosowane elementy złączne w takiej czy innej formie wykonane z tytanu. Dalsza ekspansja zastosowania tytanu jest możliwa do produkcji narzędzi chirurgicznych, głównie ze względu na jego odporność na korozję. Narzędzia tytanowe są pod tym względem lepsze od konwencjonalnych narzędzi chirurgicznych, gdy są wielokrotnie gotowane lub autoklawowane.

W dziedzinie chirurgii tytan okazał się lepszy niż witalium i stale nierdzewne. Obecność tytanu w ciele jest całkiem do przyjęcia. Płytka i śruby wykonane z tytanu do mocowania kości znajdowały się w ciele zwierzęcia przez kilka miesięcy, a kość wrosła w gwinty śrub i w otwór w płytce.

Zaletą tytanu jest również to, że na płytce tworzy się tkanka mięśniowa.

Około połowa produktów tytanowych wytwarzanych na świecie jest zwykle wysyłana do cywilnego przemysłu lotniczego, ale jego upadek po znanych tragicznych wydarzeniach zmusza wielu uczestników przemysłu do poszukiwania nowych zastosowań dla tytanu. Niniejszy materiał stanowi pierwszą część wyboru publikacji w zagranicznej prasie metalurgicznej poświęconych perspektywom tytanu w nowoczesne warunki. Według jednego z czołowych amerykańskich producentów tytanu RT1, z całkowitego wolumenu produkcji tytanu w skali światowej na poziomie 50-60 tys. ton rocznie, segment lotniczy odpowiada za aż 40 zużycia, zastosowań przemysłowych stanowią 34, a obszar wojskowy 16 , a około 10 stanowiło wykorzystanie tytanu w produktach konsumenckich. Przemysłowe zastosowania tytanu obejmują procesy chemiczne, energetykę, przemysł naftowy i gazowy, zakłady odsalania. Wojskowe zastosowania nielotnicze obejmują przede wszystkim zastosowanie w pojazdach artyleryjskich i bojowych. Sektory o znacznym wykorzystaniu tytanu to przemysł motoryzacyjny, architektura i budownictwo, artykuły sportowe i biżuteria. Prawie cały tytan we wlewkach jest produkowany w USA, Japonii i WNP – Europa stanowi tylko 3,6 globalnego wolumenu. Regionalne rynki końcowych zastosowań tytanu są zupełnie inne – najbardziej uderzającym przykładem oryginalności jest Japonia, gdzie cywilny sektor lotniczy odpowiada tylko za 2-3, zużywając 30 całkowitego zużycia tytanu w sprzęcie i elementach konstrukcyjnych zakładów chemicznych. Około 20% całkowitego zapotrzebowania Japonii jest przeznaczone na elektrownie jądrowe i na paliwo stałe, reszta na architekturę, medycynę i sport. Odwrotny obraz obserwuje się w USA i Europie, gdzie konsumpcja w sektorze lotniczym jest niezwykle ważna - odpowiednio 60-75 i 50-60 dla każdego regionu. W USA tradycyjnie mocnymi rynkami końcowymi są chemikalia, sprzęt medyczny, sprzęt przemysłowy, podczas gdy w Europie największy udział ma przemysł naftowo-gazowy i budowlany. Duże uzależnienie od przemysłu lotniczego jest od dawna przedmiotem troski przemysłu tytanowego, który stara się rozszerzyć zastosowania tytanu, zwłaszcza w obecnej dekoniunkturze w lotnictwo cywilne na globalną skalę. Według US Geological Survey w pierwszym kwartale 2003 roku nastąpił znaczny spadek importu gąbki tytanowej – tylko 1319 ton, czyli o 62 mniej niż 3431 ton w analogicznym okresie 2002 roku. Sektor lotniczy zawsze będzie jednym z wiodących rynków dla tytanu, ale my, przemysł tytanowy, musimy stawić czoła wyzwaniu i zrobić wszystko, co w naszej mocy, aby upewnić się, że nasza branża nie przechodzi cykli rozwoju i recesji w sektorze lotniczym. Niektórzy z wiodących producentów w przemyśle tytanowym dostrzegają rosnące możliwości na istniejących rynkach, z których jednym jest rynek sprzętu i materiałów podmorskich. Według Martina Proko, Kierownika Sprzedaży i Dystrybucji RT1, tytan jest od dawna stosowany w przemyśle energetycznym i podmorskim, od wczesnych lat 80-tych, ale dopiero w ciągu ostatnich pięciu lat obszary te stale się rozwijają z odpowiednim wzrostem niszę rynkową. W sektorze podmorskim wzrost jest napędzany głównie przez operacje wiercenia na większych głębokościach, gdzie tytan jest najbardziej odpowiednim materiałem. Jest, że tak powiem, pod wodą koło życia wynosi pięćdziesiąt lat, co odpowiada zwykłemu czasowi trwania projektów podwodnych. Wymieniliśmy już obszary, w których prawdopodobny jest wzrost wykorzystania tytanu. Kierownik sprzedaży Howmet Ti-Cast, Bob Funnell, zauważa, że ​​obecny stan rynku można postrzegać jako rosnące możliwości w nowych obszarach, takich jak części obrotowe do turbosprężarek w ciężarówkach, rakiety i pompy.

Jednym z naszych bieżących projektów jest opracowanie lekkich systemów artyleryjskich BAE Butitzer XM777 o kalibrze 155 mm. Newmet dostarczy 17 z 28 konstrukcyjnych zespołów tytanowych dla każdego mocowania działa, a dostawy do Korpusu Piechoty Morskiej USA mają się odbyć w sierpniu 2004 roku. Przy całkowitej masie działa 9800 funtów około 4,44 tony, tytan stanowi około 2600 funtów z około 1,18 tony tytanu w jego konstrukcji – zastosowano stop 6A14U z dużą liczbą odlewów, mówi Frank Hrster, szef systemów wsparcia ogniowego. BAE Sy81et8. Ten system XM777 ma zastąpić obecny system M198 Newitzer, który waży około 17 000 funtów i około 7,71 tony. Produkcja seryjna planowana jest na okres od 2006 do 2010 roku – początkowo planowane są dostawy do USA, Wielkiej Brytanii i Włoch, ale istnieje możliwość rozszerzenia programu o dostawy do krajów członkowskich NATO. John Barber z Timet zwraca uwagę, że przykładami sprzętu wojskowego, które wykorzystują w swojej konstrukcji znaczne ilości tytanu, są czołg Abramé i wóz bojowy Bradley. Od dwóch lat realizowany jest wspólny program między NATO, USA i Wielką Brytanią, którego celem jest zintensyfikowanie wykorzystania tytanu w uzbrojeniu i systemach obronnych. Jak już niejednokrotnie zauważono, tytan bardzo dobrze nadaje się do zastosowania w motoryzacji, jednak udział tego kierunku jest raczej skromny – około 1 w całkowitej ilości zużytego tytanu, czyli 500 ton rocznie, według Włoch firma Poggipolini, producent tytanowych podzespołów i części do motocykli Formuły 1 i wyścigowych. Daniele Stoppolini, szef działu badań i rozwoju w tej firmie uważa, że ​​obecne zapotrzebowanie na tytan w tym segmencie rynku kształtuje się na poziomie 500 ton, przy masowym wykorzystaniu tego materiału w budowie zaworów, sprężyn, układów wydechowych, przekładni wały, śruby, mogą potencjalnie wzrosnąć do poziomu prawie nie 16 000 ton rocznie. Dodał, że jego firma dopiero zaczyna rozwijać zautomatyzowaną produkcję śrub tytanowych w celu obniżenia kosztów produkcji. Jego zdaniem, czynnikami ograniczającymi, przez które zastosowanie tytanu nie rozwija się znacząco w motoryzacji, jest nieprzewidywalność popytu oraz niepewność podaży surowców. Jednocześnie duża potencjalna nisza dla tytanu pozostaje w przemyśle motoryzacyjnym, łącząc optymalne właściwości wagowe i wytrzymałościowe dla sprężyn śrubowych i układów wydechowych. Niestety na rynku amerykańskim szerokie zastosowanie tytanu w tych układach zaznacza jedynie dość ekskluzywny półsportowy model Chevrolet Corvette Z06, który w żaden sposób nie może pretendować do miana samochodu masowego. Jednak ze względu na bieżące wyzwania związane z oszczędnością paliwa i odpornością na korozję, perspektywy dla tytanu w tym obszarze pozostają. W celu uzyskania aprobaty na rynkach zastosowań innych niż lotnicze i niemilitarne, w jego nazwie utworzono niedawno spółkę joint venture UNITI, w której odtwarzane jest słowo jedność - jedność i Ti - oznaczenie tytanu w układzie okresowym pierwiastków jako część światowego wiodący producenci tytanu – amerykański Allegheny Technologies i rosyjski VSMPO-Avisma. Jak powiedział prezes nowej firmy, Carl Moulton, rynki te zostały celowo wykluczone – zamierzamy zrobić Nowa firma wiodący dostawca dla branż wykorzystujących części i podzespoły z tytanu, głównie petrochemicznego i energetyki. Ponadto zamierzamy aktywnie wprowadzać na rynek urządzenia do odsalania, pojazdy, produkty konsumenckie i elektronikę. Wierzę, że nasze zakłady produkcyjne dobrze się uzupełniają – VSMPO ma wybitne możliwości wytwarzania produktów końcowych, Allegheny ma doskonałe tradycje w produkcji wyrobów walcowanych na zimno i na gorąco z tytanu. Oczekuje się, że udział UNITI w światowym rynku produktów tytanowych wyniesie 45 milionów funtów, czyli około 20.411 ton. Rynek sprzętu medycznego można uznać za rynek stale rozwijający się – według British Titanium International Group roczna zawartość tytanu na całym świecie w różnych implantach i protezach wynosi około 1000 ton, a liczba ta będzie rosła, ponieważ możliwości chirurgii do zastąpienia ludzkie stawy po wypadkach lub urazach. Oprócz oczywistych zalet elastyczności, wytrzymałości, lekkości, tytan jest wysoce kompatybilny z ciałem w sensie biologicznym ze względu na brak korozji tkanek i płynów w ludzkim ciele. W stomatologii gwałtownie rośnie również wykorzystanie protez i implantów – według Amerykańskiego Towarzystwa Stomatologicznego trzy razy w ciągu ostatnich dziesięciu lat, głównie ze względu na właściwości tytanu. Chociaż zastosowanie tytanu w architekturze sięga ponad 25 lat, jego szerokie zastosowanie w tej dziedzinie rozpoczęło się dopiero w ostatnich latach. Rozbudowa lotniska w Abu Dhabi w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, której zakończenie zaplanowano na 2006 r., pochłonie do 1,5 miliona funtów z około 680 ton tytanu. Sporo różnorodnych projektów architektoniczno-budowlanych z wykorzystaniem tytanu planowanych jest do realizacji nie tylko w kraje rozwinięte USA, Kanada, Wielka Brytania, Niemcy, Szwajcaria, Belgia, Singapur, ale także w Egipcie i Peru.

Segment rynku dóbr konsumpcyjnych jest obecnie najszybciej rozwijającym się segmentem rynku tytanu. Podczas gdy 10 lat temu ten segment stanowił zaledwie 1-2 rynku tytanu, dziś urósł do 8-10 rynku. Ogólnie rzecz biorąc, konsumpcja tytanu w przemyśle dóbr konsumpcyjnych wzrosła około dwukrotnie szybciej niż cały rynek tytanu. Stosowanie tytanu w sporcie trwa najdłużej i ma największy udział w wykorzystaniu tytanu w produktach konsumenckich. Powód popularności tytanu w sprzęcie sportowym jest prosty - pozwala uzyskać stosunek masy do wytrzymałości lepszy niż jakikolwiek inny metal. Zastosowanie tytanu w rowerach rozpoczęło się około 25-30 lat temu i było pierwszym zastosowaniem tytanu w sprzęcie sportowym. Stosowane są głównie rury ze stopu Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9. Inne części wykonane ze stopów tytanu to hamulce, koła zębate i sprężyny gniazd. Stosowanie tytanu w produkcji kijów golfowych po raz pierwszy rozpoczęło się pod koniec lat 80. i na początku lat 90. przez producentów kijów w Japonii. Przed 1994-1995 takie zastosowanie tytanu było praktycznie nieznane w Stanach Zjednoczonych i Europie. To się zmieniło, gdy Callaway wprowadził tytanowy kij Ruger Titanium, zwany Great Big Bertha. Ze względu na oczywiste korzyści i przemyślany marketing Callaway, tytanowe sztyfty stały się natychmiastowym hitem. W krótkim czasie tytanowe kije z ekskluzywnego i drogiego wyposażenia niewielkiej grupy golfistów stały się powszechnie używane przez większość golfistów, a jednocześnie są droższe niż kije stalowe. Chciałbym podać główne moim zdaniem trendy rozwoju rynku golfowego, który w krótkim okresie 4-5 lat przeszedł od high-tech do masowej produkcji, podążając ścieżką innych branż o wysokich kosztach pracy takich jak produkcja odzieży, zabawek i elektroniki użytkowej, produkcja kijów golfowych trafiła do krajów o najtańszych siła robocza najpierw do Tajwanu, potem do Chin, a teraz budowane są fabryki w krajach o jeszcze tańszej sile roboczej, takich jak Wietnam i Tajlandia, tytan jest zdecydowanie wykorzystywany przez kierowców, gdzie jego doskonałe właściwości dają wyraźną przewagę i uzasadniają wyższą cenę. Tytan nie znalazł jednak jeszcze zbyt szerokiego zastosowania w kolejnych kijach, ponieważ znacznemu wzrostowi kosztów nie towarzyszy odpowiednia poprawa w grze.Obecnie sterowniki produkowane są głównie z kutą powierzchnią uderzeniową, kutym lub odlewanym blatem i odlewem Ostatnio stowarzyszenie Professional Golf Association ROA pozwoliło na podwyższenie górnej granicy tzw. W tym celu konieczne jest zmniejszenie grubości powierzchni uderzenia i zastosowanie do niej mocniejszych stopów, takich jak SP700, 15-3-3-3 i VT-23. Teraz skupmy się na wykorzystaniu tytanu i jego stopów w innym sprzęcie sportowym. Rury do rowerów wyścigowych i inne części są wykonane ze stopu ASTM Grade 9 Ti3Al-2,5V. Zaskakująco duża ilość blachy tytanowej jest wykorzystywana do produkcji noży do nurkowania z akwalungiem. Większość producentów używa stopu Ti6Al-4V, ale ten stop nie zapewnia trwałości ostrza jak inne mocniejsze stopy. Niektórzy producenci przestawiają się na stosowanie stopu BT23.

Cena detaliczna noży do nurkowania z tytanu wynosi około 70-80 USD. Podkowy odlewane z tytanu zapewniają znaczną redukcję wagi w porównaniu do stali, zapewniając jednocześnie niezbędną wytrzymałość. Niestety, to zastosowanie tytanu nie nastąpiło, ponieważ tytanowe podkowy błyszczały i przerażały konie. Niewielu zgodzi się na użycie podków tytanowych po pierwszych nieudanych eksperymentach. Titanium Beach, z siedzibą w Newport Beach w Kalifornii Newport Beach w Kalifornii opracowało deski do rolek ze stopu Ti6Al-4V. Niestety tutaj znowu problemem jest trwałość krawędzi ostrzy. Myślę, że ten produkt ma szansę żyć, jeśli producenci stosują mocniejsze stopy, takie jak 15-3-3-3 czy BT-23. Tytan jest bardzo szeroko stosowany w alpinizmie i turystyce górskiej, do prawie wszystkich przedmiotów, które wspinacze i turyści noszą w plecakach, butelki, kubki w cenie detalicznej 20-30 USD, zestawy do gotowania w cenie detalicznej około 50 USD, zastawa stołowa wykonana głównie z komercyjnie czystego tytanu klasy 1 i 2. Inne przykłady sprzętu wspinaczkowego i turystycznego to kompaktowe piece, stojaki i uchwyty namiotowe, czekany i śruby lodowe. Producenci broni rozpoczęli ostatnio produkcję tytanowych pistoletów zarówno do strzelectwa sportowego, jak i do zastosowań organów ścigania.

Elektronika użytkowa to dość nowy i szybko rozwijający się rynek tytanu. W wielu przypadkach zastosowanie tytanu w elektronice użytkowej wynika nie tylko z jego doskonałych właściwości, ale również z powodu atrakcyjnego wyglądu produktów. Komercyjnie czysty tytan Grade 1 jest używany do produkcji obudów na laptopy, telefony komórkowe, telewizory plazmowe z płaskim ekranem i inny sprzęt elektroniczny. Zastosowanie tytanu w konstrukcji głośników zapewnia lepsze właściwości akustyczne, ponieważ tytan jest lżejszy od stali, co skutkuje zwiększoną wrażliwością akustyczną. Zegarki tytanowe, po raz pierwszy wprowadzone na rynek przez japońskich producentów, są obecnie jednym z najbardziej przystępnych cenowo i uznanych produktów tytanowych dla konsumentów. Światowe zużycie tytanu w produkcji tradycyjnej i tzw. biżuterii do noszenia mierzy się w kilkudziesięciu tonach. Coraz częściej można zobaczyć tytanowe obrączki ślubne i oczywiście osoby noszące biżuterię na ciele są po prostu zobowiązane do używania tytanu. Tytan znajduje szerokie zastosowanie w produkcji elementów złącznych i armatury okrętowej, gdzie bardzo ważne jest połączenie wysokiej odporności na korozję i wytrzymałości. Firma Atlas Ti z siedzibą w Los Angeles produkuje szeroką gamę tych produktów ze stopu VTZ-1. Zastosowanie tytanu do produkcji narzędzi po raz pierwszy rozpoczęło się w Związku Radzieckim na początku lat 80., kiedy na polecenie rządu wyprodukowano lekkie i wygodne narzędzia ułatwiające pracę robotnikom. Radziecki gigant produkcji tytanu, Stowarzyszenie Produkcji Metali Verkhne-Saldinskoye, produkował w tym czasie tytanowe łopaty, ściągacze gwoździ, okucia, toporki i klucze.

Później japońscy i amerykańscy producenci narzędzi zaczęli stosować tytan w swoich produktach. Nie tak dawno VSMPO podpisało umowę z Boeingiem na dostawę płyt tytanowych. Ten kontrakt niewątpliwie miał bardzo korzystny wpływ na rozwój produkcji tytanu w Rosji. Tytan od wielu lat jest szeroko stosowany w medycynie. Zaletami są wytrzymałość, odporność na korozję, a co najważniejsze, niektórzy ludzie są uczuleni na nikiel, niezbędny składnik stali nierdzewnych, podczas gdy nikt nie jest uczulony na tytan. Stosowane stopy to komercyjnie czysty tytan i Ti6-4Eli. Tytan wykorzystywany jest do produkcji narzędzi chirurgicznych, protez wewnętrznych i zewnętrznych, w tym krytycznych, takich jak zastawka serca. Kule i wózki inwalidzkie wykonane są z tytanu. Zastosowanie tytanu w sztuce datuje się na rok 1967, kiedy w Moskwie wzniesiono pierwszy tytanowy pomnik.

W chwili obecnej na niemal wszystkich kontynentach wzniesiono znaczną liczbę pomników i budowli z tytanu, w tym tak znanych jak Muzeum Guggenheima, zbudowane przez architekta Franka Gehry'ego w Bilbao. Materiał jest bardzo popularny wśród ludzi sztuki ze względu na swój kolor, wygląd zewnętrzny, wytrzymałość i odporność na korozję. Z tych powodów tytan jest wykorzystywany w upominkach i galanterii jubilerskiej, gdzie z powodzeniem konkuruje z metalami szlachetnymi, takimi jak srebro, a nawet złoto. Według Martina Proko z RTi średnia cena gąbki tytanowej w USA wynosi 3,80 za funt, w Rosji 3,20 za funt. Ponadto cena metalu jest silnie uzależniona od cykliczności komercyjnego przemysłu lotniczego. Rozwój wielu projektów może znacznie przyspieszyć, jeśli uda się znaleźć sposoby na obniżenie kosztów produkcji i przetwarzania tytanu, przetwarzania złomu i technologii wytapiania, powiedział Markus Holz, dyrektor zarządzający niemieckiej firmy Deutshe Titan. British Titanium zgadza się, że ekspansja produktów z tytanu jest powstrzymywana przez wysokie koszty produkcji, a przed masową produkcją tytanu należy dokonać wielu postępów w obecnej technologii.

Jednym z kroków w tym kierunku jest opracowanie tzw. procesu FFC, czyli nowego procesu elektrolitycznego do produkcji metalicznego tytanu i jego stopów, którego koszt jest znacznie niższy. Według Daniele Stoppolini ogólna strategia w przemyśle tytanowym wymaga opracowania stopów najbardziej odpowiednich, technologii produkcji dla każdego nowego rynku oraz zastosowania tytanu.

Źródła

Wikipedia - Wolna encyklopedia, WikiPedia

metotech.ru - Metotechnika

housetop.com - Dom Top

atomsteel.com – Technologia atomowa

domremstroy.ru - DomRemStroy

Zastosowania tytanu

Przy obecnych wysokich cenach tytanu stosuje się go głównie do produkcji sprzętu wojskowego, gdzie główną rolę odgrywa nie koszt, ale parametry techniczne. Niemniej jednak znane są przypadki wykorzystania unikalnych właściwości tytanu na potrzeby cywilne. Wraz ze spadkiem ceny tytanu i wzrostem jego produkcji, zastosowanie tego metalu w celach wojskowych i cywilnych będzie się coraz bardziej zwiększać.
Lotnictwo. Niski ciężar właściwy i wysoka wytrzymałość (szczególnie w podwyższonych temperaturach) tytanu i jego stopów sprawiają, że są one bardzo cennymi materiałami lotniczymi. W dziedzinie budowy samolotów i produkcji silników lotniczych tytan coraz częściej zastępuje aluminium i stal nierdzewną. Wraz ze wzrostem temperatury aluminium szybko traci swoją wytrzymałość. Z drugiej strony tytan ma wyraźną przewagę wytrzymałościową w temperaturach do 430°C, a podwyższone temperatury tego rzędu występują przy dużych prędkościach ze względu na nagrzewanie aerodynamiczne. Zaletą zastąpienia stali tytanem w lotnictwie jest zmniejszenie masy bez poświęcania wytrzymałości. Ogólna redukcja masy przy zwiększonej wydajności w podwyższonych temperaturach pozwala na zwiększenie ładowności, zasięgu i zwrotności samolotu. Tłumaczy to wysiłki zmierzające do rozszerzenia zastosowania tytanu w konstrukcji samolotów w produkcji silników, konstrukcji kadłubów, produkcji poszycia, a nawet elementów złącznych.
W konstrukcji silników odrzutowych tytan wykorzystywany jest głównie do produkcji łopatek sprężarek, tarcz turbin i wielu innych elementów tłoczonych. Tutaj tytan zastępuje nierdzewne i poddane obróbce cieplnej stale stopowe. Oszczędność jednego kilograma masy silnika pozwala zaoszczędzić do 10 kg całkowitej masy samolotu dzięki odciążeniu kadłuba. W przyszłości planuje się wykorzystanie blachy tytanowej do produkcji obudów komór spalania silnika.
W budowie samolotów tytan jest szeroko stosowany w elementach kadłuba pracujących w podwyższonych temperaturach. Blacha tytanowa stosowana jest do produkcji wszelkiego rodzaju osłon, osłon kabli i prowadnic do pocisków. Różne elementy usztywniające, ramy kadłuba, żebra itp. wykonane są ze stopowych blach tytanowych.
Osłony, klapy, osłony kabli i prowadnice pocisków wykonane są z niestopowego tytanu. Stop tytanowy jest używany do produkcji ramy kadłuba, ram, rurociągów i przegród przeciwpożarowych.
Tytan jest coraz częściej wykorzystywany do budowy samolotów F-86 i F-100. W przyszłości tytan będzie wykorzystywany do produkcji drzwi podwozia, przewodów hydraulicznych, rur wydechowych i dysz, dźwigarów, klap, rozpórek składanych itp.
Z tytanu można wytwarzać płyty pancerne, łopaty śmigieł i skrzynki na pociski.
Obecnie tytan jest używany do budowy samolotów wojskowych Douglas X-3 dla skóry, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 i Boeing B-52.
Tytan wykorzystywany jest również do budowy samolotów cywilnych DC-7. Firma Douglas, zastępując stopy aluminium i stal nierdzewną tytanem w produkcji gondoli silnika i przegród ogniowych, osiągnęła już oszczędności w masie konstrukcji samolotu rzędu 90 kg. Obecnie masa części tytanowych w tym samolocie wynosi 2%, a liczba ta ma zostać zwiększona do 20% całkowitej masy samolotu.
Zastosowanie tytanu umożliwia zmniejszenie masy śmigłowców. Do podłóg i drzwi stosowana jest blacha tytanowa. Znaczącą redukcję masy śmigłowca (ok. 30 kg) osiągnięto poprzez zastąpienie stali stopowej tytanem do poszycia łopat jego wirników.
Marynarka wojenna. Odporność na korozję tytanu i jego stopów sprawia, że ​​są one bardzo cennym materiałem na morzu. Departament Marynarki Wojennej USA intensywnie bada odporność tytanu na korozję na działanie gazów spalinowych, pary, oleju i wody morskiej. Wysoka wytrzymałość właściwa tytanu ma prawie takie samo znaczenie w sprawach morskich.
Niski ciężar właściwy metalu w połączeniu z odpornością na korozję zwiększa zwrotność i zasięg statków, a także obniża koszty konserwacji części materiałowej i jej naprawy.
Zastosowania tytanu w marynarce wojennej obejmują tłumiki wydechowe do podwodnych silników Diesla, tarcze przyrządów, cienkościenne rury do skraplaczy i wymienników ciepła. Według ekspertów tytan, jak żaden inny metal, jest w stanie wydłużyć żywotność tłumików wydechu na okrętach podwodnych. W przypadku tarcz pomiarowych wystawionych na działanie słonej wody, benzyny lub oleju, tytan zapewnia większą trwałość. Badana jest możliwość wykorzystania tytanu do produkcji rur wymienników ciepła, które powinny być odporne na korozję w wodzie morskiej myjącej rury z zewnątrz, a jednocześnie wytrzymać działanie skroplin spalin przepływających w ich wnętrzu. Rozważa się możliwość wykonania z tytanu anten i elementów instalacji radarowych, od których wymaga się odporności na działanie spalin i wody morskiej. Tytan może być również wykorzystany do produkcji części takich jak zawory, śmigła, części turbin itp.
Artyleria. Podobno największym potencjalnym konsumentem tytanu może być artyleria, gdzie obecnie trwają intensywne badania nad różnymi prototypami. Jednak w tym obszarze standaryzowana jest produkcja tylko pojedynczych części oraz części wykonanych z tytanu. Dość ograniczone wykorzystanie tytanu w artylerii o dużym zakresie badań tłumaczy się jego wysokim kosztem.
Przebadano różne części wyposażenia artyleryjskiego pod kątem możliwości zastąpienia konwencjonalnych materiałów tytanem, przy obniżeniu cen tytanu. Główną uwagę zwrócono na części, dla których istotne jest zmniejszenie wagi (części przenoszone ręcznie i transportowane drogą powietrzną).
Podstawa do zaprawy wykonana z tytanu zamiast stali. Dzięki takiej wymianie i po pewnych przeróbkach, zamiast stalowej płyty z dwóch połówek o łącznej wadze 22 kg udało się stworzyć jedną część o wadze 11 kg. Dzięki tej wymianie możliwe jest zmniejszenie liczby personelu serwisowego z trzech do dwóch. Rozważa się możliwość wykorzystania tytanu do produkcji przerywaczy ognia do broni palnej.
Testowane są wykonane z tytanu mocowania działa, krzyże karetki i cylindry odrzutu. Tytan może być szeroko stosowany w produkcji pocisków kierowanych i rakiet.
Pierwsze badania tytanu i jego stopów wykazały możliwość wytwarzania z nich płyt pancernych. Zastąpienie pancerza stalowego (grubość 12,7 mm) pancerzem tytanowym o tej samej odporności na pocisk (16 mm grubości) pozwala, zgodnie z tymi badaniami, zaoszczędzić do 25% masy.
Wysokiej jakości stopy tytanu dają nadzieję na możliwość zastąpienia blach stalowych blachami tytanowymi o jednakowej grubości, co pozwala zaoszczędzić do 44% wagi. Przemysłowe zastosowanie tytanu zapewni większą zwrotność, zwiększy zasięg transportu i trwałość broni. Obecny poziom rozwoju transportu lotniczego uwidacznia zalety lekkich samochodów pancernych i innych pojazdów wykonanych z tytanu. Dział artylerii zamierza w przyszłości wyposażyć piechotę w hełmy, bagnety, granatniki i ręczne miotacze ognia wykonane z tytanu. Stop tytanu został po raz pierwszy użyty w artylerii do produkcji tłoków niektórych pistoletów automatycznych.
Transport. Wiele korzyści płynących z zastosowania tytanu w produkcji materiałów opancerzonych dotyczy również pojazdów.
Zastąpienie materiałów konstrukcyjnych obecnie zużywanych przez przedsiębiorstwa inżynierii transportowej tytanem powinno prowadzić do zmniejszenia zużycia paliwa, zwiększenia ładowności, zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej części mechanizmów korbowych itp. Na kolei niezwykle ważne jest zmniejszenie martwych waga. Znaczne zmniejszenie całkowitej masy taboru dzięki zastosowaniu tytanu pozwoli zaoszczędzić na przyczepności, zmniejszy wymiary szyjek i maźnic.
W przypadku przyczep ważna jest również waga. Tutaj zastąpienie stali tytanem w produkcji osi i kół również zwiększyłoby ładowność.
Wszystkie te możliwości można zrealizować poprzez obniżenie ceny tytanu z 15 do 2-3 dolarów za funt półfabrykatów tytanowych.
Przemysł chemiczny. W produkcji urządzeń dla przemysłu chemicznego najważniejsza jest odporność metalu na korozję. Niezbędne jest również zmniejszenie wagi i zwiększenie wytrzymałości sprzętu. Logicznie należy przyjąć, że tytan mógłby zapewnić szereg korzyści w produkcji urządzeń do transportu z niego kwasów, zasad i soli nieorganicznych. Dodatkowe możliwości wykorzystania tytanu otwierają się w produkcji takich urządzeń jak zbiorniki, kolumny, filtry oraz wszelkiego rodzaju butle wysokociśnieniowe.
Zastosowanie orurowania tytanowego może poprawić sprawność wężownic grzewczych w autoklawach laboratoryjnych i wymiennikach ciepła. O przydatności tytanu do produkcji butli, w których gazy i ciecze przechowywane są przez długi czas pod ciśnieniem, świadczy zastosowanie w mikroanalizie produktów spalania zamiast cięższej szklanej rurki (pokazanej w górnej części zdjęcia). Ze względu na małą grubość ścianki i niski ciężar właściwy, probówkę tę można ważyć na mniejszych, bardziej czułych wagach analitycznych. Tutaj połączenie lekkości i odporności na korozję poprawia dokładność analizy chemicznej.
Inne aplikacje. Zastosowanie tytanu jest celowe w przemyśle spożywczym, naftowym i elektrycznym, a także w produkcji narzędzi chirurgicznych oraz w samej chirurgii.
Stoły do ​​przygotowywania potraw, stoły parowe wykonane z tytanu przewyższają jakością wyroby stalowe.
W branży wiertniczej nafty i gazu walka z korozją ma ogromne znaczenie, dlatego zastosowanie tytanu pozwoli na rzadszą wymianę prętów korodujących urządzeń. W produkcji katalitycznej i do produkcji rurociągów naftowych pożądane jest stosowanie tytanu, który zachowuje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach i ma dobrą odporność na korozję.
W przemyśle elektrycznym tytan może być stosowany do opancerzenia kabli ze względu na dobrą wytrzymałość właściwą, wysoką oporność elektryczną i właściwości niemagnetyczne.
W różnych gałęziach przemysłu zaczynają być stosowane elementy złączne w takiej czy innej formie wykonane z tytanu. Dalsza ekspansja zastosowania tytanu jest możliwa do produkcji narzędzi chirurgicznych, głównie ze względu na jego odporność na korozję. Narzędzia tytanowe są pod tym względem lepsze od konwencjonalnych narzędzi chirurgicznych, gdy są wielokrotnie gotowane lub autoklawowane.
W dziedzinie chirurgii tytan okazał się lepszy niż witalium i stale nierdzewne. Obecność tytanu w ciele jest całkiem do przyjęcia. Płytka i śruby wykonane z tytanu do mocowania kości znajdowały się w ciele zwierzęcia przez kilka miesięcy, a kość wrosła w gwinty śrub i w otwór w płytce.
Zaletą tytanu jest również to, że na płytce tworzy się tkanka mięśniowa.

Tytan nie jest księżycem Saturna. Metal. W świetle ostatnich wydarzeń temat jest nieco śliski.

Tak, tytanie

Tytan to dupek. Wszystkie problemy, niedociągnięcia i inne dziedzictwo przeszłości naszej bazy surowcowej można zilustrować jednym minerałem – tytanem.

Ale w porządku.

Rezerwy tytanu w Federacji Rosyjskiej wynoszą od 570 do 640 megaton (tylko Chińczycy mają więcej). Dlaczego taki bieg? Dowiedz się dalej.

Ekstrakcja koncentratu tytanu. Około 130 kiloton, z czego większość eksportujemy.

Dlaczego wszystkie najwyższe liczby są przybliżone?

Bo tytan nie jest tu specjalnie wydobywany. Lubię to. Tylko jako składnik towarzyszący i jego część jest brana pod uwagę przy obiektach, dla których bilans tytanu nawet nie został obliczony.

Na przykład w 2011 roku zwiększyliśmy MŚP dla tytanu, po prostu obliczając rezerwy w Rasvumchorra (nienawidzę ludów ugrofińskich za takie nazwy) i, do cholery, +6 megaton.

Z rozmieszczeniem zasobów i jakością rud, jak zawsze mieliśmy szczęście. 50% naszego tytanu znajduje się w złożu naftowo-tytanowym Jaregski (Komi) w tzw. piaskowcach roponośnych z leukoksenem. W podobnym zakładzie w Kanadzie (Athabasca) produkcja jeszcze się nie rozpoczęła. Nasze Jaregskoje jest wymienione jako przygotowane do rozwoju, ale zostało mu jeszcze 100 lat. Ponieważ technologicznie to PPC jakże trudne. Krótko mówiąc, aby nie szerzyć tej idei na drzewie, 97% naszych rezerw znajduje się w niewykorzystanym funduszu.

Bawmy się dalej: jeśli mówimy o tytanie jako metalu, to po koncentracie TiO2 (dla którego produkcji nie jesteśmy nawet w pierwszej dziesiątce) kolejnym etapem jest tytan gąbczasty, tu już jesteśmy na trzecim miejscu. Honorowy. A potem - czysto betonowe wlewki tytanowe. I oto Rosja jest liderem w produkcji tytanu! My, jak pieprzony odkurzacz, jemy surowce tytanowe z całego świata – Ukrainy, Australii, Mozambiku, Chin, nawet Sierra Leone…

Jest jeszcze inne zastosowanie tytanu, o którym nie wszyscy wiedzą. Cóż, jeśli są znane hipsterskie mydlacze lub żona zainspirowana tym hobby, to tak. Dwutlenek tytanu- biały pigment stosowany w kosmetyce, a także w farbach, lakierach itp. itp. Tak, tak, mydło jest tak mętnie blade właśnie przez niego. Jaka jest różnica między pigmentem TiO2 a przemysłowym TiO2, kto do diabła wie. Wiem, że Rosja hawala około 230 kiloton rocznie, import netto. Ale...

„Tytan Krysmski” w mieście Armiańsk jest uwięziony właśnie za tę sprawę. To prawda, że ​​pracował na czysto ukraińskich surowcach. Takie bzdury.

PS: po prawej są moje poprzednie posty o zapasach w Rosji. Dla początkujących polecam rozpocząć czytanie od .

Główną część tytanu przeznacza się na potrzeby technologii lotniczej i rakietowej oraz budowy statków morskich. Jest on, podobnie jak żelazotytan, stosowany jako dodatek stopowy do stali wysokiej jakości oraz jako odtleniacz. Tytan techniczny wykorzystywany jest do produkcji zbiorników, reaktorów chemicznych, rurociągów, armatury, pomp, zaworów i innych produktów pracujących w środowiskach agresywnych. Siatki i inne części urządzeń elektropróżniowych pracujących w wysokich temperaturach wykonane są ze zwartego tytanu.

Pod względem wykorzystania jako materiał konstrukcyjny, Ti zajmuje 4 miejsce, ustępując jedynie Al, Fe i Mg. Aluminiki tytanu są bardzo odporne na utlenianie i żaroodporne, co z kolei przesądziło o ich zastosowaniu w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym jako materiałów konstrukcyjnych. Bezpieczeństwo biologiczne tego metalu sprawia, że ​​jest to doskonały materiał dla przemysłu spożywczego i chirurgii rekonstrukcyjnej.

Tytan i jego stopy są szeroko stosowane w inżynierii ze względu na ich wysoką wytrzymałość mechaniczną, która jest utrzymywana w wysokich temperaturach, odporność na korozję, odporność na ciepło, wytrzymałość właściwą, niską gęstość i inne użyteczne właściwości. Wysoki koszt tego metalu i materiałów na nim opartych jest w wielu przypadkach rekompensowany ich większą wydajnością, a w niektórych przypadkach są one jedynym surowcem, z którego można wyprodukować urządzenia lub konstrukcje zdolne do pracy w określonych warunkach.

Stopy tytanu odgrywają ważną rolę w technice lotniczej, gdzie celem jest uzyskanie jak najlżejszego projektu w połączeniu z wymaganą wytrzymałością. Ti jest lekki w porównaniu z innymi metalami, ale jednocześnie może pracować w wysokich temperaturach. Materiały na bazie Ti są używane do produkcji skóry, elementów mocujących, zasilacza, części podwozia i różnych jednostek. Materiały te są również wykorzystywane do budowy samolotów silników odrzutowych. Pozwala to zmniejszyć ich wagę o 10-25%. Stopy tytanu są wykorzystywane do produkcji tarcz i łopatek sprężarek, części wlotów powietrza i prowadnic w silnikach oraz różnych elementów złącznych.

Innym obszarem zastosowania jest nauka o rakietach. W związku z krótkotrwałą eksploatacją silników i szybkim przechodzeniem gęstych warstw atmosfery, problemy wytrzymałości zmęczeniowej, wytrzymałości statycznej i do pewnego stopnia pełzania są usuwane w nauce rakietowej.

Ze względu na niewystarczająco wysoką wytrzymałość termiczną tytan techniczny nie nadaje się do stosowania w lotnictwie, jednak ze względu na wyjątkowo wysoką odporność na korozję w niektórych przypadkach jest niezastąpiony w przemyśle chemicznym i stoczniowym. Stosuje się go więc w produkcji sprężarek i pomp do pompowania tak agresywnych mediów jak kwas siarkowy i solny oraz ich sole, rurociągi, zawory, autoklawy, różne pojemniki, filtry itp. Tylko Ti ma odporność na korozję w mediach takich jak mokry chlor, wodne i kwaśne roztwory chloru, dlatego urządzenia dla przemysłu chlorowego wykonane są z tego metalu. Służy również do wytwarzania wymienników ciepła pracujących w środowiskach korozyjnych, np. w kwasie azotowym (nie dymiącym). W przemyśle stoczniowym tytan jest używany do produkcji śrub napędowych, poszycia statków, okrętów podwodnych, torped itp. Pociski nie przyklejają się do tego materiału, co znacznie zwiększa opór naczynia podczas jego ruchu.

Stopy tytanu są obiecujące w wielu innych zastosowaniach, ale ich wykorzystanie w technologii jest ograniczone wysokimi kosztami i niewystarczającą częstością występowania tego metalu.

Związki tytanu są również szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Węglik (TiC) ma wysoką twardość i jest używany do produkcji narzędzi skrawających i materiałów ściernych. Biały dwutlenek (TiO 2 ) stosowany jest w farbach (np. biel tytanowa) oraz w produkcji papieru i tworzyw sztucznych. Związki tytanoorganiczne (na przykład tetrabutoksytytan) są stosowane jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym i farbiarskim. Związki nieorganiczne Ti są stosowane w przemyśle chemicznym, elektronicznym, włókien szklanych jako dodatek. Diborek (TiB 2) jest ważnym składnikiem supertwardych materiałów do obróbki metali. Do powlekania narzędzi stosuje się azotek (TiN).

Tytan - metal wróżki. Przynajmniej element nosi imię królowej tych mitycznych stworzeń. Titania, podobnie jak wszyscy jej krewni, wyróżniała się lekkością.

Wróżki potrafią latać nie tylko ze skrzydłami, ale także z niską wagą. Tytan jest również lekki. Gęstość pierwiastka jest najmniejsza wśród metali. Tu kończy się podobieństwo do wróżek i zaczyna się czysta nauka.

Właściwości chemiczne i fizyczne tytanu

Tytan to pierwiastek kolor srebrzystobiały, z wyraźnym połyskiem. W podświetleniach metalu widać różowy, niebieski i czerwony. Połyskuj wszystkimi kolorami tęczy - istotna funkcja 22. element.

Jego blask jest zawsze jasny, ponieważ odporny na tytan na korozję. Materiał jest przed nim zabezpieczony warstwą tlenku. Powstaje na powierzchni w standardowej temperaturze.

Dzięki temu korozja metali nie jest straszna ani w powietrzu, ani w wodzie, ani na przykład w najbardziej agresywnych środowiskach. Tak chemicy nazwali mieszaninę koncentratu i kwasów.

22. pierwiastek topi się w 1660 stopniach Celsjusza. Okazuje się, tytan - metal nieżelazny grupa ogniotrwała. Materiał zaczyna się palić, zanim zmięknie.

Przy 1200 stopniach pojawia się biały płomień. Substancja wrze w 3260 stopniach Celsjusza. Topienie elementu sprawia, że ​​staje się lepki. Musisz użyć specjalnych odczynników, które zapobiegają przywieraniu.

Jeśli płynna masa metalu jest lepka i lepka, to tytan w stanie sproszkowanym jest wybuchowy. Aby „bomba” zadziałała wystarczy podgrzać do 400 stopni Celsjusza. Przyjmując energię cieplną, element nie przenosi jej dobrze.

Tytan nie jest również używany jako przewodnik elektryczny. Ale materiał jest ceniony za swoją wytrzymałość. W połączeniu z niską gęstością i wagą jest przydatny w wielu gałęziach przemysłu.

Pod względem chemicznym tytan jest dość aktywny. Tak czy inaczej metal wchodzi w interakcję z większością elementów. Wyjątki: - gazy obojętne, , sód, potas, , wapń i .

Tak niewielka ilość substancji obojętnych na tytan komplikuje proces otrzymywania czystego pierwiastka. Niełatwe do wyprodukowania i stopy metali tytanowych. Jednak przemysłowcy nauczyli się tego robić. Praktyczne zastosowanie mieszanin opartych na 22. substancji jest zbyt wysokie.

Zastosowanie tytanu

Montaż samolotów i rakiet – tam się przydaje przede wszystkim tytan. Kup metal niezbędne do zwiększenia odporności cieplnej i odporności cieplnej kadłuba. Odporność na ciepło - odporność na wysokie temperatury.

Są one na przykład nieuniknione podczas przyspieszania rakiety w atmosferze. Odporność na ciepło to zachowanie większości właściwości mechanicznych stopu w „ognistych” warunkach. Oznacza to, że w przypadku tytanu charakterystyka działania części nie zmienia się w zależności od warunków środowiskowych.

Przydaje się również odporność 22. metalu na korozję. Ta właściwość jest ważna nie tylko przy produkcji maszyn. Pierwiastek trafia do kolb i innych przyborów do laboratoriów chemicznych, staje się surowcem do wyrobu biżuterii.

Surowce nie są tanie. Jednak we wszystkich branżach koszty są opłacane przez żywotność produktów tytanowych, ich zdolność do zachowania pierwotnego wyglądu.

A więc seria naczyń firmy z Petersburga „Neva” „Metalowy tytan PK” pozwala na używanie podczas smażenia metalowych łyżek. Zniszczyliby teflon, podrapali go. Powłoka tytanowa jest odporna na ataki stali i aluminium.

Nawiasem mówiąc, dotyczy to również biżuterii. Pierścionek wykonany ze złota lub łatwo zarysować. Modele Titanium pozostają gładkie przez dziesięciolecia. Dlatego 22. pierwiastek zaczęto uważać za surowiec na obrączki ślubne.

Patelnia "Tytan Metal" lekkie, jak naczynia z teflonem. 22. element jest tylko nieznacznie cięższy od aluminium. Zainspirowało to nie tylko przedstawicieli przemysłu lekkiego, ale także specjalistów motoryzacyjnych. Nie jest tajemnicą, że samochody mają wiele części aluminiowych.

Są potrzebne do zmniejszenia masy transportu. Ale tytan jest silniejszy. Jeśli chodzi o samochody reprezentatywne, przemysł motoryzacyjny prawie całkowicie przestawił się na stosowanie 22. metalu.

Części wykonane z tytanu i jego stopów zmniejszają masę silnika spalinowego o 30%. Sprawa też jest lżejsza, jednak cena rośnie. Aluminium jest wciąż tańsze.

Solidny „Neva Metal Titan”, recenzje o którym pozostaje, z reguły ze znakiem plus, produkuje naczynia. Marki motoryzacyjne używają tytanu w samochodach. nadaj elementowi kształt pierścionków, kolczyków i bransoletek. W tej serii transferów brakuje firm medycznych.

22. metal jest surowcem do produkcji protez i narzędzi chirurgicznych. Produkty prawie nie mają porów, dzięki czemu można je łatwo wysterylizować. Ponadto tytan, będąc lekkim, może wytrzymać ogromne obciążenia. Co jeszcze jest potrzebne, jeśli np. zamiast więzadeł kolanowych założono obcą część?

Brak porów w materiale jest doceniany przez odnoszących sukcesy restauratorów. Ważna jest czystość skalpeli chirurga. Ale ważna jest również czystość powierzchni roboczych kucharzy. Aby żywność była bezpieczna, jest krojona i parzona na tytanowych stołach.

Nie rysują się i są łatwe do czyszczenia. Zakłady średniego szczebla z reguły używają stalowych przyborów, ale są one gorszej jakości. Dlatego w restauracjach z gwiazdkami Michelin wyposażenie to tytan.

Wydobycie tytanu

Ten pierwiastek jest jednym z 20 najczęściej występujących na Ziemi, znajdując się dokładnie w środku rankingu. Według masy skorupy planety zawartość tytanu wynosi 0,57%. Na litr wody morskiej przypada 0,001 miligrama dwudziestego czwartego metalu. Łupki i iły pierwiastka zawierają 4,5 kilograma na tonę.

W skałach kwaśnych, czyli bogatych w krzemionkę, tytan stanowi 2,3 kilograma na tysiąc. W głównych złożach powstałych z magmy, 22. metal waży około 9 kilogramów na tonę. Najmniej tytanu kryje się w skałach ultrabazowych z 30% zawartością krzemionki – 300 gramów na 1000 kilogramów surowców.

Pomimo rozpowszechnienia w przyrodzie, nie znajduje się w nim czystego tytanu. Materiałem do uzyskania 100% metalu był jego jodek. Rozkład termiczny substancji przeprowadzili Arkel i De Boer. To są holenderscy chemicy. Eksperyment zakończył się sukcesem w 1925 roku. W latach pięćdziesiątych rozpoczęto masową produkcję.

Współcześni z reguły wydobywają tytan z jego dwutlenku. Jest to minerał zwany rutylem. Ma najmniejszą ilość obcych zanieczyszczeń. Wyglądają jak tytanit i.

Podczas przetwarzania rud ilmenitu pozostaje żużel. To on służy jako materiał do uzyskania 22. elementu. Przy wyjściu jest porowaty. Musimy przeprowadzić wtórne przetopienie w piecach próżniowych z dodatkiem.

Podczas pracy z dwutlenkiem tytanu dodaje się do niego magnez i chlor. Mieszanina jest ogrzewana w piecach próżniowych. Temperatura jest podnoszona, aż cały nadmiar pierwiastków wyparuje. Pozostaje na dnie pojemników czysty tytan. Metoda nazywa się termiczną magnezem.

Opracowano również metodę wodorkowo-wapniową. Opiera się na elektrolizie. Wysoki prąd umożliwia rozdzielenie wodorku metalu na tytan i wodór. Opracowana w 1925 roku metoda jodowania pierwiastka jest nadal stosowana. Jednak w XXI wieku jest to najbardziej czasochłonne i kosztowne, więc zaczyna o nim zapominać.

Cena tytanu

Na cena metalowego tytanu zestaw na kilogram. Na początku 2016 roku jest to około 18 dolarów. Światowy rynek 22. pierwiastka osiągnął w ubiegłym roku 7 000 000 ton. Największymi dostawcami są Rosja i Chiny.

Wynika to z eksplorowanych w nich i nadających się do zagospodarowania rezerwatów. W drugiej połowie 2015 roku popyt na tytan i blachy zaczął spadać.

Metal sprzedawany jest również w postaci drutu, różnych części, na przykład rur. Są znacznie tańsze niż ceny akcji. Ale musisz zastanowić się, co jest w złocie czysty tytan, a oparte na nim stopy są stosowane w produktach.