Titāna apstrāde, titāna ekstrahēšana no tā rūdām un titāna sakausējumu vai savienojumu sagatavošana izmantošanai dažādos produktos.
Titāns (Ti) ir mīksts, kaļams, sudrabaini pelēks metāls ar kušanas punktu 1,675 ° C (3,047 ° F). Tā kā uz tās virsmas veidojas ķīmiski relatīvi inerta oksīda plēve, tai ir lieliska izturība pret koroziju lielākajā daļā dabisko apstākļu. Turklāt tas ir mazs svars ar blīvumu (4,51 grami uz kubikcentimetru) pa vidu starp alumīniju un dzelzi. Tā zema blīvuma un augstas stiprības kombinācija nodrošina visefektīvāko parasto metālu stiprības un svara attiecību temperatūrā līdz 600 ° C (1100 ° F).
Tā kā tā atoma diametrs ir līdzīgs daudziem parastajiem metāliem, piemēram, alumīnijam, dzelzs, alvai un vanādijam, titānu var viegli leģēt, lai uzlabotu tā īpašības. Tāpat kā dzelzs, metāls var pastāvēt divās kristāliskās formās: sešstūrainā cieši iesaiņotā (hcp) temperatūrā zem 883 ° C (1,621 ° F) un uz ķermeni vērsta kubiskā stāvoklī (ccc) augstākās temperatūrās līdz tā kušanas temperatūrai. Šī allotropiskā izturēšanās un spēja sakausēt ar daudziem elementiem rada titāna sakausējumus, kuriem ir plašs mehānisko un korozijizturīgo īpašību diapazons.
Lai arī titāna rūdas ir bagātīgas, augsta metāla reakcija ar skābekli, slāpekli un ūdeņradi gaisā paaugstinātā temperatūrā prasa sarežģītus un tāpēc dārgus ražošanas un izgatavošanas procesus.
Vēsture
Titāna rūdu pirmo reizi 1791. gadā Kornvolas pludmales smiltīs atklāja angļu garīdznieks Viljams Gregors. Faktisko oksīda identificēšanu dažus gadus vēlāk veica vācu ķīmiķis MH Klaprots. Klaprots deva šī oksīda metāla sastāvdaļai nosaukumu titāns pēc Titāniem, grieķu mitoloģijas milžiem.
Tīru metālisku titānu pirmo reizi ražoja vai nu 1906., vai 1910. gadā MA Hunters Rensselaer Politehniskajā institūtā (Troja, Ņujorka, ASV) sadarbībā ar General Electric Company. Šie pētnieki uzskatīja, ka titāna kušanas temperatūra ir 6000 ° C (10 800 ° F), un tāpēc viņš bija kandidāts kvēlspuldžu pavedieniem, bet, kad Hunter ražoja metālu ar kušanas temperatūru tuvāk 1800 ° C (3 300 ° F), pūles tika atceltas. Neskatoties uz to, Hunters tomēr norādīja, ka metālam piemīt zināma elastība, un viņa iegūšanas metode, titāna tetrahlorīdam (TiCl 4) reaģējot ar nātriju vakuumā, vēlāk tika komercializēta un tagad ir pazīstama kā Hantera process. Nozīmīgas elastības metālu 1925. gadā ieguva holandiešu zinātnieki AE van Arkels un JH de Boers, kuri no karstā kvēldiega evakuētā stikla spuldzē sadalīja titāna tetraiodīdu.
1932. gadā Viljams J. Krolls no Luksemburgas ražoja ievērojamu daudzumu kaļamā titāna, apvienojot TiCl 4 ar kalciju. Līdz 1938. gadam Kroll bija saražojis 20 kilogramus (50 mārciņas) titāna un bija pārliecināts, ka tam piemīt izcilas korozijas un izturības īpašības. Sākoties Otrajam pasaules karam, viņš aizbēga no Eiropas un turpināja darbu Amerikas Savienotajās Valstīs Union Carbide Company un vēlāk ASV Mīnu birojā. Šajā laikā viņš bija mainījis reducētāju no kalcija uz metāla magniju. Krollu tagad atzīst par modernās titāna rūpniecības tēvu, un Krolla process ir pamatā jaunākajai titāna ražošanai.
ASV gaisa spēku pētījumā, kas veikts 1946. gadā, tika secināts, ka titāna sakausējumi ir potenciāli ļoti nozīmīgi inženiertehniski materiāli, jo pieaugošo vajadzību pēc lielākas izturības un svara attiecībām reaktīvo lidmašīnu konstrukcijās un motoros nevarēja efektīvi apmierināt ne tērauds, ne alumīnijs. Tā rezultātā Aizsardzības departaments sniedza ražošanas stimulus titāna rūpniecības uzsākšanai 1950. gadā. Līdzīgas rūpniecības jaudas tika dibinātas Japānā, PSRS un Apvienotajā Karalistē. Pēc tam, kad šo stimulu sniedza aviācijas un rūpniecības nozare, metāla pieejamība ļāva radīt jaunus lietojumus citos tirgos, piemēram, ķīmiskajā pārstrādē, medicīnā, enerģijas ražošanā un atkritumu apstrādē.
Rūdas
Titāns ir ceturtais visiecienītākais strukturālais metāls uz Zemes, kuru pārsniedz tikai alumīnijs, dzelzs un magnijs. Apstrādājamas derīgo izrakteņu atradnes ir izkliedētas visā pasaulē, un tajās ietilpst vietas Austrālijā, ASV, Kanādā, Dienvidāfrikā, Sjerraleonē, Ukrainā, Krievijā, Norvēģijā, Malaizijā un vairākās citās valstīs.
Pārsvarā minerāli ir rutila, kas ir aptuveni 95 procenti titāna dioksīda (TiO 2), un ilmenīts (FeTiO 3), kas satur no 50 līdz 65 procentiem TiO 2. Trešais minerāls, leikoksēns, ir ilmenīta pārveidojums, no kura daļa dzelzs ir dabiski izskalota. Tam nav īpaša titāna satura. Titāna minerāli rodas aluviālos un vulkāniskos veidojumos. Noguldījumos parasti ir no 3 līdz 12 procentiem smago minerālu, kas sastāv no ilmenīta, rutila, leikoksēna, cirkona un monazīta.
