Wat is titanium?
eigenschappen
- Atoom symbool: Ti
- Atoomnummer: 22
- Elementcategorie: Transition Metal
- Dichtheid: 4,506 / cm3
- Smeltpunt: 3034 ° F (1668 ° C)
- Kookpunt: 5949 ° F (3287 ° C)
- Moh's hardheid: 6
Kenmerken
Titels die titanium bevatten, staan bekend om hun hoge sterkte, lichtgewicht en uitzonderlijke corrosiebestendigheid .
Ondanks dat het zo sterk is als staal, is titanium ongeveer 40% lichter, wat, samen met de weerstand tegen cavitatie en erosie, het een essentieel structureel metaal maakt voor lucht- en ruimtevaarttechnici.
Titanium is ook formidabel in zijn weerstand tegen corrosie door zowel water als chemische media. Het doet dit door een dunne laag titaniumdioxide (TiO2) te vormen op het oppervlak dat extreem moeilijk is voor deze materialen om te penetreren.
Het hebben van een lage elasticiteitsmodulus betekent dat titanium niet ook erg flexibel is, maar terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm na het buigen, wat resulteert in zijn belang voor het vormgeven van geheugenlegeringen.
Titanium is niet-magnetisch en biocompatibel (niet-toxisch, niet-allergeen), wat heeft geleid tot een toenemend gebruik op medisch gebied.
Geschiedenis
Het gebruik van titanium metaal, in welke vorm dan ook, pas echt ontwikkeld na de Tweede Wereldoorlog.
Titaan werd in feite niet geïsoleerd als metaal totdat de Amerikaanse chemicus Matthew Hunter het produceerde door titaniumtetrachloride (TiCl4) te verminderen met natrium in 1910; Een methode die nu bekend staat als het Hunter-proces.
Commerciële productie kwam echter pas nadat William Justin Kroll liet zien dat titanium in de jaren dertig ook gereduceerd kon worden van chloride met magnesium .
Het Kroll-proces blijft tot op de dag van vandaag de belangrijkste commerciële productiemethode.
Nadat een rendabele productiemethode was ontwikkeld, was titanium het eerste grote gebruik in militaire vliegtuigen. Zowel Sovjet-en Amerikaanse militaire vliegtuigen en onderzeeërs (bijvoorbeeld Sovjet-Alfa en Mike Class onderzeeërs en de USAF F100 Super Sabre en Lockheed A-12) ontworpen in de jaren 1950 en 1960 begonnen met het gebruik van titanium legeringen. Tegen het begin van de jaren zestig begonnen titaniumlegeringen ook te worden gebruikt door fabrikanten van commerciële vliegtuigen.
Het medische veld, in het bijzonder tandheelkundige implantaten en protheses, ontwaakte het nut van titanium nadat de Zweedse arts Per-Ingvar Brånemark uit de studies uit de jaren 1950 aantoonde dat titanium geen negatieve immuunrespons bij de mens veroorzaakt, waardoor het metaal in ons lichaam kan integreren in een proces dat hij osseointegration genoemd .
Productie
Hoewel titanium de vierde meest voorkomende metaalelementen in de aardkorst is (achter aluminium , ijzer en magnesium), is de productie van titaniummetaal uiterst gevoelig voor vervuiling, met name door zuurstof, wat de relatief recente ontwikkeling en hoge kosten verklaart.
De belangrijkste ertsen die worden gebruikt bij de primaire productie van titanium zijn ilmeniet, dat goed is voor ongeveer 90% van de productie en rutiel, wat goed is voor de resterende 10%.
Ongeveer 3,3 miljoen ton titaniummineraalconcentraat werd geproduceerd in 2010, hoewel slechts een klein deel (ongeveer 5%) van het titaniumconcentraat dat elk jaar wordt geproduceerd uiteindelijk in titaniummetaal terechtkomt. In plaats daarvan worden de meeste gebruikt bij de productie van titaniumdioxide (TiO2), een bleekpigment dat wordt gebruikt in verven, voedingsmiddelen, medicijnen en cosmetica.
In de eerste stap van het Kroll-proces wordt titaniumerts verbrijzeld en verhit met cokeskool in een chlooratmosfeer om titaniumtetrachloride (TiCl4) te produceren. Het chloride wordt vervolgens opgevangen en door een condensor geleid, die een titaniumchloridevloeistof produceert die meer 99% zuiver is.
Het titaniumtetrachloride wordt vervolgens rechtstreeks in vaten met gesmolten magnesium gestuurd. Om zuurstofverontreiniging te voorkomen, wordt dit inert gemaakt door de toevoeging van argongas.
Tijdens het resulterende destillatieproces, dat een aantal dagen kan duren, wordt het vat verwarmd tot 1832 ° F (1000 ° C). Het magnesium reageert met het titaniumchloride, stript het chloride en produceert elementair titanium en magnesiumchloride.
Het fibreuze titanium dat als resultaat wordt geproduceerd, wordt titaniumspons genoemd. Voor de productie van titaniumlegeringen en titaniumgietstukken met een hoge zuiverheid kan titaniumspons worden gesmolten met verschillende legeringselementen met behulp van een elektronenbundel, plasmaboog of vacuümboogsmelten.
In de hoop om de extractiekosten van titanium te verminderen, worden elektrolytische en andere processen voor het produceren van titaniummetaal actief onderzocht.
Vanwege zijn strategische aard kunnen statistieken over de productie van titaniummetaal moeilijk te verkrijgen zijn. Naar schatting bedroeg de totale titaniumsponsproductie in 2010 echter ongeveer 150.000 ton. De grootste producerende landen zijn China, Japan, Rusland, Kazachstan en de Verenigde Staten. Grote titanium sponsproducenten omvatten VSMPO (Rusland), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (VS), Fushun Jinming Titanium Industry (China), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (China) en Osaka Titanium Technology Co. (Japan).
toepassingen
Titaniummetaallegeringen worden voornamelijk gebruikt in de volgende industrieën:
- ruimte
- Leger
- Medisch
- Chemisch
- Sportartikelen
In de afgelopen decennia zijn vliegtuigfabrikanten steeds meer overgegaan op titanium als een belangrijke structurele component. Vanaf het eerste gebruik in de vroege jaren zestig is het gemiddelde titaangehalte in de commerciële luchtvaartmaatschappijen van Boeing gestegen van ongeveer 2% van het lichaamsgewicht tot ongeveer 15%. Meer...
bronnen
> TIMET Video: Het Kroll-proces. Beschikbaar op de website van de International Titanium Association: http://www.titanium.org
The US Geological Survey: Titanium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
Vulcan, Tom. 2010. Titanium: The Metal of the Gods . Hardassetinvestor.com.
> Volg Terence op Google+