Conocimientos básicos del titanio y clasificación de aleaciones de titanio.
Desde el descubrimiento del titanio hasta la producción de productos puros pasaron más de cien años. Pero no fue hasta la década de 1940 que el titanio fue realmente utilizado y reconocido.
En el estrato de diez kilómetros de espesor de la superficie terrestre, el contenido de titanio alcanza las 6 partes por mil, es decir, 61 veces el de cobre. Siempre que se tome un puñado de tierra del suelo, contendrá unas milésimas de titanio. No es raro que las reservas de mineral de titanio en el mundo superen los 10 millones de toneladas.
Hay cientos de millones de toneladas de arena y grava en la orilla del mar. El titanio y el circonio, dos minerales más pesados que la arena y la grava, se mezclan en la arena y la grava después de millones de años de erosión continua. agua de mar, el titanio más pesado tiene mineral de hierro y el placer de circonio se lavaron juntos, formando capas de minerales de titanio y circonio en la larga costa. Esta capa de mineral es arena negra, generalmente de unos pocos centímetros a decenas de centímetros de espesor.
El titanio no es magnético y los submarinos nucleares construidos con él no tienen que preocuparse por las minas magnéticas.
El titanio no se fundió en las fábricas hasta 1947. Ese año sólo se produjeron 2 toneladas, la producción se disparó a 20.000 toneladas en 1955 y en 1972 la producción anual alcanzó las 200.000 toneladas. La dureza del titanio es similar a la del acero, pero pesa casi la mitad en el mismo volumen. Aunque el titanio es ligeramente más pesado que el aluminio, es el doble de duro. Hoy en día, el titanio se utiliza mucho en lugar del acero en cohetes y misiles espaciales. Según las estadísticas, cada año se utilizan más de 1.000 toneladas de titanio para la navegación espacial en todo el mundo. El polvo de titanio ultrafino también es combustible para cohetes, por lo que el titanio se llama metal cósmico y metal espacial.
El titanio tiene muy buena resistencia al calor, con un punto de fusión de hasta 1725°C. A temperatura ambiente, el titanio puede sobrevivir en una variedad de soluciones ácidas y alcalinas fuertes. Ni siquiera el ácido más feroz, el agua regia, puede corroerlo. El titanio tampoco le teme al agua de mar. Una vez, alguien hundió un trozo de titanio en el fondo del mar. Cuando lo recogió cinco años después, descubrió que había muchos animales pequeños y plantas submarinas adheridos a él, pero no era así. oxidado y todavía estaba brillante y reluciente.
Ahora, la gente está empezando a utilizar titanio para fabricar submarinos: submarinos de titanio. Debido a que el titanio es tan fuerte y puede soportar altas presiones, estos submarinos pueden viajar en mares de hasta 4.500 metros de profundidad.
Historia del desarrollo
El titanio fue descubierto en 1789. En 1908, Noruega y Estados Unidos comenzaron a utilizar ácido sulfúrico para producir dióxido de titanio. En 1910, se utilizó el método del sodio para producir. esponja de titanio en el laboratorio por primera vez En 1948, DuPont en los Estados Unidos. La empresa acababa de utilizar el método del magnesio para producir 10.000 toneladas de esponja de titanio; esto marca el comienzo de la producción industrial de esponja de titanio.
La industria del titanio en China comenzó en la década de 1950. En 1954, el Instituto General de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing inició una investigación sobre el proceso de preparación de la esponja de titanio. En 1956, el país incluyó el titanio como metal estratégico en el plan de desarrollo de 12 años. En 1958, se realizó la prueba industrial de la esponja de titanio. realizado en la planta de aluminio de Fushun, y el primer taller de producción de esponjas de titanio de China, el primer taller de producción de esponjas de titanio de China y el primer taller de prueba de producción de materiales de procesamiento de titanio de China se establecieron en la fábrica de procesamiento de metales no ferrosos de Shenyang.
En las décadas de 1960 y 1970, bajo la planificación unificada del país, se construyeron más de una docena de unidades de producción de esponjas de titanio representadas por Zunyi Titanium Factory y varias unidades de producción de esponjas de titanio representadas por Baoji Nonferrous Metal Processing Plant. Ha establecido una unidad de procesamiento de titanio y ha formado una fuerza de investigación científica representada por el Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing, convirtiéndose en el cuarto país del país en tener un sistema completo de industria del titanio.
Alrededor de 1980, la producción de esponjas de titanio de mi país alcanzó las 2.800 toneladas. Sin embargo, debido a la falta de conocimiento de la mayoría de la gente en ese momento sobre el metal de titanio, el alto precio del titanio también limitó la aplicación del titanio. La producción de materiales procesados con titanio fue de solo unas 200 toneladas, la industria del titanio de mi país está en problemas. En estas circunstancias, iniciado por el camarada Fang Yi, entonces Viceprimer Ministro del Consejo de Estado, y apoyado por los camaradas Zhu Rongji y Yuan Baohua, en julio de 1982 se creó un grupo líder nacional interministerial para la promoción de aplicaciones de titanio para coordinar el desarrollo del titanio. industria y promover el 20 Desde la década de 1980 hasta principios de la de 1990, la producción y venta de esponjas de titanio y materiales de procesamiento de titanio en mi país estaban en auge, y la industria del titanio se encontraba en una buena situación de desarrollo rápido y estable.
En resumen, la industria del titanio de mi país ha experimentado tres períodos de desarrollo: el período pionero en los años 50, el período de construcción en los años 1960 y 1970, y el período de desarrollo inicial en los años 1980 y 1990. Al entrar en el nuevo siglo, gracias al rápido y sostenido desarrollo de la economía nacional, la industria del titanio de China también ha entrado en un período de rápido crecimiento.
El titanio se utiliza a menudo en la industria química debido a su resistencia a la corrosión.
En el pasado, las piezas que contenían ácido nítrico caliente en los reactores químicos estaban hechas de acero inoxidable. El acero inoxidable también teme al fuerte agente corrosivo: el ácido nítrico caliente, por lo que piezas como ésta deben sustituirse cada seis meses. Ahora, aunque el coste de fabricar estas piezas de titanio es más caro que el de las piezas de acero inoxidable, se pueden utilizar de forma continua durante cinco años, lo que es mucho más rentable.
En electroquímica, el titanio es un metal de válvula unidireccional con un potencial muy negativo que generalmente lo hace inútil como ánodo de descomposición.
La mayor desventaja del titanio es que es difícil de refinar. La razón principal es que el titanio tiene una gran capacidad para combinarse químicamente con oxígeno, carbono, nitrógeno y muchos otros elementos a altas temperaturas. Por lo tanto, ya sea en fundición o fundición, hay que tener cuidado para evitar que estos elementos "ataquen" al titanio. Al fundir titanio, por supuesto, está estrictamente prohibido permitir que el aire y el agua se acerquen entre sí, e incluso el uso de crisoles de alúmina comúnmente utilizados en metalurgia está prohibido porque el titanio absorberá el oxígeno de la alúmina. El titanio ahora se refina utilizando magnesio que interactúa con tetracloruro de titanio en un gas inerte (helio o argón).
La gente utiliza la fuerte capacidad química del titanio a altas temperaturas para fabricar acero. El nitrógeno se disuelve fácilmente en el acero cuando el lingote de acero se enfría, se forman burbujas en el lingote de acero, lo que afecta la calidad del acero. Por eso, los fabricantes de acero añaden titanio metálico al acero, combinándolo con nitrógeno para formar escoria, nitruro de titanio, que flota en la superficie del acero, de modo que la pureza del lingote de acero es mayor.
Cuando vuelan aviones supersónicos, la temperatura de las alas puede alcanzar los 500 grados centígrados. Si se utiliza una aleación de aluminio relativamente resistente al calor para fabricar las alas, no podrá soportarlas cuando alcance los doscientos o trescientos grados. Se debe utilizar un material que sea ligero, resistente y resistente al calor para reemplazarlo. La aleación de aluminio y el titanio pueden cumplir con estos requisitos. El titanio también puede resistir la prueba de más de 100 grados bajo cero. A esta baja temperatura, el titanio todavía tiene buena tenacidad sin volverse quebradizo.
El titanio y el circonio tienen una gran capacidad para absorber aire, por lo que pueden extraerlo y crear un vacío. Por ejemplo, una bomba de vacío hecha de titanio puede bombear aire hasta una parte por mil millones.
El dióxido de titanio es un óxido de titanio, en forma de polvo blanco como la nieve, y es el mejor pigmento blanco, comúnmente conocido como dióxido de titanio. En el pasado, el objetivo principal de la extracción de mineral de titanio era obtener dióxido de titanio. El dióxido de titanio tiene una fuerte adherencia, no es propenso a cambios químicos y siempre es blanco como la nieve. Lo que es especialmente valioso es que el dióxido de titanio no es tóxico. Tiene un alto punto de fusión y se utiliza para fabricar vidrio refractario, vidriados, esmaltes, arcilla, recipientes experimentales de alta temperatura, etc.
El dióxido de titanio es la cosa más blanca del mundo. 1 gramo de dióxido de titanio puede pintar una superficie de más de 450 centímetros cuadrados de color blanco como la nieve. Su blancura es cinco veces mayor que la del pigmento blanco comúnmente utilizado, blanco de zinc y bario, por lo que es el mejor pigmento para preparar pintura blanca. Cada año se utilizan más de cientos de miles de toneladas de dióxido de titanio como pigmentos en todo el mundo. Agregar dióxido de titanio al papel puede hacer que el papel sea blanco y opaco, y el efecto es 10 veces mayor que el de otras sustancias. Por lo tanto, se debe agregar dióxido de titanio al papel para billetes y al papel artístico. Además, para diluir el color del plástico y hacer que el rayón sea suave y brillante, a veces se añade dióxido de titanio. En la industria del caucho, el dióxido de titanio también se utiliza como relleno de caucho blanco.
El tetracloruro de titanio es un líquido interesante. Tiene un olor acre y emite mucho humo blanco en el aire húmedo. Después de hidrolizarse, se convierte en agua de dióxido de titanio. En el ejército, la gente utiliza el extraño carácter del tetracloruro de titanio como agente de humo artificial. Especialmente en lugares con mucha agua de mar, una vez que se libera tetracloruro de titanio, el humo es como una Gran Muralla blanca, bloqueando la vista del enemigo. En la agricultura, la gente utiliza tetracloruro de titanio para evitar la congelación.
El cristal de titanato de bario tiene esta característica: cuando cambia de forma bajo presión, generará corriente eléctrica y volverá a cambiar de forma cuando se le aplique electricidad. Por lo tanto, la gente pone titanato de bario en ondas ultrasónicas y, cuando se presiona, genera una corriente eléctrica. La intensidad de las ondas ultrasónicas se puede medir por el tamaño de la corriente eléctrica que genera. Por el contrario, si lo atraviesa una corriente de alta frecuencia, puede generar ondas ultrasónicas. Hoy en día, casi todos los instrumentos de ultrasonido utilizan titanato de bario. Además, el titanato de bario tiene muchos otros usos. Por ejemplo, los trabajadores del ferrocarril lo colocan debajo de las vías para medir la presión cuando pasan los trenes; los médicos lo utilizan para fabricar registradores de pulso. El detector submarino hecho de titanato de bario es un ojo submarino agudo que no sólo puede ver peces, sino también arrecifes submarinos, icebergs y submarinos enemigos.
Fundir titanio implica pasos complejos. Convierta la ilmenita en tetracloruro de titanio, luego colóquela en un tanque de acero inoxidable sellado, llénelo con gas argón y haga reaccionar con el magnesio metálico para obtener "titanio esponjoso". Esta "esponja de titanio" porosa no se puede utilizar directamente y se debe fundir hasta obtener un líquido en un horno antes de poder convertirla en lingotes de titanio.
¡Pero hacer un horno así no es fácil! Además de tener que bombear el aire en el horno, lo que es aún más problemático es que no hay ningún crisol para contener titanio líquido, porque generalmente los materiales refractarios contienen óxidos y el oxígeno eliminará el titanio líquido. Más tarde, la gente finalmente inventó un horno eléctrico de "crisol de cobre refrigerado por agua". Sólo la parte central de este horno eléctrico está caliente y el resto está frío. Después de que el titanio se funde en el horno eléctrico, fluye hacia la pared del crisol de cobre enfriado por agua e inmediatamente se condensa en lingotes de titanio. Con este método ya se pueden producir bloques de titanio que pesan varias toneladas, pero el coste es imaginable.
Nombre del elemento: Titanio
Peso atómico del elemento: 3.6806E-26
Masa relativa del protón: 22.154
Volumen atómico : ( centímetro cúbico/mol)
10,64
Concentración en la corteza terrestre: (ppm)
5600<
Se proporciona información complementaria de la siguiente manera:
p>Estado de oxidación:
Principalmente Ti+4
Otros Ti-1, Ti0, Ti+2, Ti+3
Período Parte de: 4
Grupo: IVB
Masa molar: 48
Compuesto de hidrógeno: TiH4