Уникални свойства на титанов метал: плътност и точка на топене

История на откриването на метал

Всичко започва през 1791 г., когато независимо един от друг, в същото време Уилям Грегор (Англия) и MG Klaprot (Германия) получи титанов диоксид, но те не можеха да отделят чисто вещество от него. Минералогът и в съчетание селото, свещеникът Грегор учил в близост до енорията си черен железен пясък. Резултатът е отстраняването на титановото съединение - брилянтни зърна, което се нарича "menakin" (от минерално menakanit) обезсмъртена домовете си англичанин.

По същото време химикът Клапрот, изучаващ червения пясък, донесен от Унгария, открил ново вещество в минерала на рутил и го наричал "титан". И няколко години по-късно той доказва, че рутил и менакен земя са идентични съединения. През 1825 г. шведският химик Берзиелий получава първия проба от титанов метал, но това не позволи напредък в изследването на свойствата, тъй като примесите направиха пробата крехка и неподходяща за машинна обработка.

Само през 1925 г. холандските химици ван Arkel и де Boer, използвайки термично разлагане на титанов йодид, не е намерен широка употреба, получи вещество с 99.9% чистота. Такъв метал има пластичност, може да се разточва на листа, тел и фолио. Възможно е да се започне с пълен мащаб изследване на физични и химични свойства, за да привлече вниманието на инженери и строители, да се очертаят обхвата на приложение. И вече през 1940 г. той се появява krollovsky процес на възстановяване на титанов тетрахлорид с магнезий, и се използва успешно досега.

Теории за произхода на името

Има две теории за произхода на името:

• Първият, подчертаващ основните свойства на титанов метал - лекота и сила, е свързан с името на характера на немската легенда - елфската царица Титания.
• Друга теория се отнася до древногръцката митология, където могъщите братя - боговете от второто поколение, децата на боговете на Уран и Гая са наричани титани. Ехото на това се чува в името на елемента на урана.

Намиране на титан в природата

Титан заема честното четвърто място чрез съдържание в земната кора между металите, които са важни за хората, второ само на желязо, магнезий и алуминий. Максималното му количество е концентрирано в долния базов слой, малко по-малко в гранитния слой. Като се има предвид високата химическа активност, не е възможно да се намери титан в неговата чиста форма. Най-често срещаните са четиривалентните оксиди, които са концентрирани в рудите на атмосферната кора и в морската глина.

Днес има до 75 титанови минерала, а учените периодично декларират откриването на нови форми и съединения. За промишлената преработка най-важните са:

• Илменита.
• Leukoxen (продукт на промяна на ilmenite).
• Рутил.
• Титанит (сфена).
• ПероВскитната.
• Анатаза.
• Titanomagnetite.
• Брук.

Титан - слаб мигрант, той може да се носи само под формата на механични отломки от скали или при преместване на колоидния прах слоеве от резервоари. За типични съдържание биосферата максимални количества от този метал във водораслите, тя се намира в животни в вълна и възбудена тъкани в човешкото тяло е в щитовидната жлеза, далака, надбъбречна жлеза и плацентата на.

Депозити на космически материали

Най-често срещаните са находищата на именните, те са около 800 милиона тона. Резервите на рудилови руди са много по-малки, но с нарастването на производството те могат да осигурят на човечеството още 100 години. Според резервите от титан, Русия е втората само в Китай и разполага с 20 изследвани депозита. Повечето от тях са сложни, където произвеждат също желязо, фосфор, ванадий и цирконий. Днес, най-големият производител в света титан е руската металургична компания VSMPO-AVISMA.

Разширените депозити се намират в Южна Африка, Украйна, Канада, САЩ, Бразилия, Австралия, Швеция, Норвегия, Египет, Казахстан, Индия и Южна Корея. Те се различават по съдържанието на металите в рудите и обемите на добив, геоложкото проучване не спира. Дори на Луната са открити запаси от руди, съдържащи титан, някои от тях десетки пъти по-големи от големи находища на Земята. Това ни позволява да се надяваме на намаляване на пазарната цена на метала и разширяване на обхвата на използване.

Физични свойства на елемента

Титан - химическият елемент на периодичната таблица на Менделеев, е в четвъртата група от четвъртия период. Той има атомно число 22, моларна маса 47,867, е обозначено със символа Ti и показва окислителни състояния от 2 до 4, неговите четиривалентни съединения са най-стабилни. При нормално налягане точката на топене на титана е 1670 ± 2 ° C, то се отнася до оцветените огнеупорни метали и наподобява външния вид на стоманата.

Твърдост, пластичност и сила на провлачване - важни параметри за всеки метал, които определят обхвата на приложение. Титанът е 12 пъти по-силен от алуминия, 4 пъти мед и желязо. И е много по-лек от всички (плътността на титана е само 4.54 g / cm3) и е свободно обработена чрез заваряване, щамповане, коване и валцуване. Важни характеристики включват ниска топлопроводимост и електрическа проводимост, които остават непроменени дори при високи температури.

Титан показва парамагнитни свойства: не магнетизирани в магнитно поле, като никел и желязо, и не се изхвърля, като сребро и злато. Неговите бедни триещите характеристики, дължащи се на залепване на много материали. Уникално изпълнение на устойчивост на корозия и устойчивост на механични натоварвания: титан плоча, десет години са лежали на дъното на океана, няма да претърпи промени във външния вид и състав, както и желязо през това време ще се разложи напълно.

Химични свойства

Високата устойчивост на корозия се дължи на факта, че при нормални условия на повърхността на метала присъства оксиден филм. Въпреки това, под формата на прах, фини шалове или тел, той е способен на самозапалване и експлозия. Титанът е устойчив на водни разтвори на хлор и много разредени алкали и киселини, с изключение на флуороводородна, ортофосфорна и сярна. Заваряването и топенето се извършват във вакуум, защото при дори леко нагряване се проявява едно от основните свойства на титана - активното абсорбиране на газовете от околната атмосфера.

Реакцията с водород, която започва при 60 ° С, е обратима, получените хидриди се разлагат отново при нагряване. Във въздуха при 1200 ° С титанът свети с ярък бял пламък и само той може да гори в атмосфера на азот при температура над 400 ° С с образуването на нитриди. За взаимодействие с халогени, необходимите условия са липсата на влага и наличието на катализатор - висока температура. Реакцията с въглерод произвежда суперхидрен карбид. При повечето метали титанът образува структурни или топлоустойчиви сплави с висока якост и интерметални съединения, често използвани като важен легиращ компонент.

Метод на производство от суровини

Изходните материали - титанов диоксид, съдържащ малки примеси. Това изисква рутил концентрат, получен чрез обогатяване на рудата. Но световните запаси са малки и често се използва титанов шлака (синтетичен рутил), който се получава чрез термична обработка - обогатен илменит концентрат в електрическа пещ. В резултат на желязо като желязо събира в долната част на специални вани и остава сив прах - шлака, съдържаща титаниев оксид. Той се смила, смесва се с въглища и брикети хлорирани в пещи, където при 800 ° С в присъствие на въглероден тетрахлорид се образуват двойка от титан.

След това те се почистват и в специални реактори се редуцира с магнезий при 950 ° С. По стените се образува шпакла с порьозна маса, титанова гъба, която се валцинира във вакуум за отделяне от магнезиевите съединения. За да направите блокове от титан, използвайте топенето на получената гъба във вакуумна дъгова пещ. Това предотвратява окисляването на метала и спомага за окончателното освобождаване на примесите. Готовите блокове с чистота до 99,7% се използват за обработка под налягане (валцуване, щамповане, коване).

Основни приложения

Трудно е да се опишат всички области на живота, където има място за титан, но сред основните области може да се отбележи:

• Основните потребители са авиационната индустрия и ракетно инженерство. Високата точка на топене и лекотата са безценни предимства на титана, когато се използват като "летящи" структурни материали. За въздухоплавателни средства, например, са елерони и щитове, въртящи се крила, тръбопроводи и рамки. Силно е символично, че през 1980 г. монументът на Ю. А. Гагарин, създаден в Москва, е направен от този космически метал.
• Корабостроенето също така се нуждае от леки и устойчиви на корозия материали. В края на 70-те години на XX век, почти цялата годишна продукция на издаване титан в Съветския съюз отиде за изграждане на ядрена подводница, където служи като основен конструктивен материал. Резултатът е спад от една трета от теглото на подводницата, неговата парамагнетизъм, максималната производителност и дълбочината на потапяне под вода скорост.
• Титан плочи се използват в бронирани жилетки. Теглото на лека бронирана жилетка е 4 кг, тежко тегло - 10,5 кг. Дори една такава лента с дебелина само 5 мм надеждно защитава срещу пистолет и куршуми за пушки.
• Метална е необходима за нуждите на химическата промишленост с оглед на устойчивостта на корозия в най-агресивните среди и при високи температури: устройствата и тръбопроводи, резервоари и дестилация, филтри и клапи.
• За да даде на стоманата устойчивост на твърдост и топлина, тя се използва като добавка за сплавяване.
• Титанови сплави служат за производство на инструменти за рязане и хирургически инструменти, бижута. Металът не се отхвърля от човешкото тяло, затова се използва в медицината за създаване на импланти.
• От древни времена сградите в европейските градове са покрити с цинкови листа. През ХХ век за тези нужди е създаден екологично чист и издръжлив цинк-титанов материал. Отличната му пластичност помага да се направят покриви с почти всички контури и да се образуват нестандартни конструкции от фасади.
• Производство на строителни материали, бои, каучук, пластмаса, хартия и хранителни добавки е трудно да си представим без титанови съединения. Те са в търсенето в областта на електротехниката, те могат да бъдат намерени в състава на стъкло и керамични части, сондажни платформи, кейове, които работят в екстремни морски среди и сгради, домашни компютри.

Обхватът на титана непрекъснато се разраства, той се възпрепятства от сложността и енергийната интензивност на процеса на получаване на чисто вещество. Отчасти поради това традиционните желязо и алуминий все още държат твърдо позиции днес. Титан е скъпо отношение. Цената на метала под формата на концентрат е стотици пъти по-малка от цената на крайните продукти, например ламарина. Днес подобни разходи не са на разположение на всички, затова употребата на титан определя нивото на икономическо развитие и капацитет за отбрана на държавата.