Właściwości tytanu

Tytan to lekki srebrzysto-biały metal o unikalnym zestawie właściwości fizyko-chemicznych. Jego gęstość wynosi 4,5 g/cm³, co prawie dwukrotnie jest lżejsze niż stal, ale pod względem wytrzymałości jest porównywalny z wysokoprężnymi stopami stali. Temperatura topnienia tytanu wynosi 1668 °C, temperatura wrzenia 3260–3300 °C.

Tytan cechuje się wysoką odpornością na korozję dzięki trwałej powłoce tlenkowej na powierzchni. Jest odporny na działanie wody morskiej, kwasów, zasad i chlorków. Metal jest biokompatybilny i nie małomagnetyczny, co rozszerza obszary jego zastosowań. Przy podgrzewaniu powyżej 600 °C tytan aktywnie reaguje z tlenem, więc stopienie przeprowadza się w próżni lub w środowisku inertnym.

Pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej tytan zajmuje czwarte miejsce wśród metali konstrukcyjnych, ustępując jedynie aluminium, żelazu i magnezytowi. Główne minerały to ilmenit i rutyl.

Zastosowanie tytanu

Aerokosmiczne

Tytan jest szeroko stosowany w lotnictwie i przemysle rakietowym. Z niego wytwarza się części silników, łopatki turbin, elementy kadłuba, elementy mocujące i elementy konstrukcyjne. Wysoka wytrzymałość jednostkowa pozwala zmniejszyć wagę pojazdów lotniczych. Stopie z aluminium, wanadu, cyrkonu i molibdenu stosuje się w elementach pracujących w wysokich temperaturach.

Medycyna

Dzięki biokompatybilności tytan jest stosowany do produkcji implantów: sztucznych stawów, implantów zębowych, szkieletów kostnych, śrub i narzędzi chirurgicznych. Tytan nie wywołuje odrzucania i reakcji alergicznych, a porowata powierzchnia sprzyja wrostowi tkanki kostnej.

Przemysł chemiczny i naftowy

Odporność na korozję tytanu czyni go niezbędnym do produkcji reaktorów, wymienników ciepła, rurociągów i pomp działających w środowiskach agresywnych. Jest odporny na kwasy, chlorki i inne korodujące związki.

Stocznictwo

Tytan jest stosowany do tworzenia kadłubów statków, śrub wioseł i innych elementów narażonych na działanie wody morskiej. Metal nie koroduje w wodzie morskiej, co przedłuża żywotność statków.

Energia jądrowa

Tytan jest stosowany do produkcji rurociągów, wymienników ciepła i innego sprzętu elektrowni jądrowych. Jego odporność na promieniowanie i korozję zapewnia niezawodność elementów reaktorów jądrowych.

Produkcja tytanu

Produkcja tytanu to złożony i energochłonny proces, obejmujący kilka etapów:

• Chlorekowanie rud. Ilmenit lub rutyl przetwarza się chlorem w obecności węgla, uzyskując tetrachlorek tytanu (TiCl₄).
• Wzmacnianie. Tetrachlorek odzyskuje się magнием (metodą magnetytermiczną) lub sodem, uzyskując tytanową piankę.
• Recyklacja. Piankę recyklinguje się w piecach dуговых próżniowych w celu uzyskania billetów.
• Legowanie. Dla uzyskania stopów o określonych właściwościach dodaje się aluminium, wanad, molibden i inne elementy.

Główne technologie produkcji to metoda magnetytermiczna (Krolla) i metoda sodowa. Aktualne badania skierowane są na obniżenie kosztów energii i zmniejszenie kosztów produkcji, w tym rozwój nowych stopów i technologii proszkowych.

Kraje wydobywające tytan

Światowy rynek surowców tytanowych charakteryzuje się wysoką koncentracją produkcji w kilku krajach. Wiodącymi producentami tytanowych koncentratów są:

• Chiny — największy producent, zapewniający około 34–35% światowej produkcji.
• Australія — drugi pod względem wielkości producent, udział wynosi 14–17%.
• Mozambik — około 11–12% światowej produkcji.
• Rzeczpospolita Południowoafrykańska — udział około 9%.
• Indie — około 7–8%.
• Senegal — około 4–5%.
• Ukraina — do 4–5% (udział zmniejszył się w ostatnich latach).

Inne znaczące producenty to Wietnam, Kanada, Stany Zjednoczone, Rosja, Norwegia i Brazylia. W 2020 roku objętość światowej produkcji tytanowego koncentratu oszacowano na 7–8 milionów ton.

Największe złoża ilmenitów znajdują się w Australii, Chinach, Indiach, Rzeczypospolitej Południowoafrykańskiej i Brazylii. Złoża rutyłu skoncentrowane są głównie w Australii, Indiach i Rzeczypospolitej Południowoafrykańskiej.

W Rosji głównymi producentami są przedsiębiorstwa na Uralu i w Syberii, a także rozwijane jest pole Tuganskoye w obwodzie tomskim.
© elibrary.pl

Permanent link to this publication: