Cos'è il titanio?
Proprietà
- Simbolo atomico: Ti
- Numero atomico: 22
- Elemento Categoria: Transition Metal
- Densità: 4,50 / cm3
- Punto di fusione: 3034 ° F (1668 ° C)
- Punto di ebollizione: 5949 ° F (3287 ° C)
- Durezza di Moh: 6
caratteristiche
Le leghe contenenti titanio sono note per la loro elevata resistenza, leggerezza ed eccezionale resistenza alla corrosione .
Nonostante sia resistente come l'acciaio, il titanio ha un peso inferiore di circa il 40%, che, insieme alla resistenza alla cavitazione e all'erosione, lo rende un metallo strutturale essenziale per gli ingegneri aerospaziali.
Il titanio è anche formidabile nella sua resistenza alla corrosione da parte sia dell'acqua che dei fluidi chimici. Lo fa formando un sottile strato di biossido di titanio (TiO2) sulla sua superficie che è estremamente difficile da penetrare per questi materiali.
Avere un basso modulo di elasticità significa che il titanio non è anche molto flessibile, ma ritorna alla sua forma originale dopo la piegatura, con conseguente importanza per la forma delle leghe di memoria.
Il titanio è non magnetico e biocompatibile (non tossico, non allergenico), che ha portato al suo uso crescente in campo medico.
Storia
L'uso del titanio metallico, in qualsiasi forma, è stato sviluppato solo dopo la seconda guerra mondiale.
Infatti, il titanio non fu isolato come metallo fino a quando il chimico americano Matthew Hunter non lo produsse riducendo il tetracloruro di titanio (TiCl4) con il sodio nel 1910; Un metodo ora noto come processo Hunter.
La produzione commerciale, tuttavia, non arrivò fino a quando William Justin Kroll dimostrò che il titanio poteva anche essere ridotto dal cloruro usando il magnesio negli anni '30.
Il processo Kroll rimane il metodo di produzione commerciale più importante fino ad oggi.
Dopo aver sviluppato un metodo di produzione economicamente conveniente, il primo uso principale del titanio era negli aerei militari. Sia gli aerei militari sia i sottomarini sovietici e americani (ad esempio i sottomarini sovietici Alfa e Mike Class e gli USAF F100 Super Saber e Lockheed A-12) progettati negli anni '50 e '60 hanno iniziato a utilizzare leghe di titanio. All'inizio degli anni '60, le leghe di titanio iniziarono ad essere utilizzate anche dai produttori di aerei commerciali.
Il campo medico, in particolare gli impianti dentali e le protesi, si è risvegliato all'utilità del titanio dopo che gli studi del dottore svedese Per-Ingvar Brånemark risalenti agli anni '50 hanno dimostrato che il titanio non attiva nessuna risposta immunitaria negativa nell'uomo, permettendo al metallo di integrarsi nel nostro corpo in un processo definito osteointegrazione .
Produzione
Sebbene il titanio sia il quarto elemento metallico più comune nella crosta terrestre (dietro alluminio , ferro e magnesio), la produzione di metallo di titanio è estremamente sensibile alla contaminazione, in particolare dell'ossigeno, che rappresenta il suo sviluppo relativamente recente e il costo elevato.
I minerali principali utilizzati nella produzione primaria di titanio sono l'ilmenite, che rappresenta circa il 90% della produzione, e il rutilo, che rappresenta il restante 10%.
Circa 6,3 milioni di tonnellate di concentrato di titanio sono state prodotte nel 2010, sebbene solo una piccola frazione (circa il 5%) del concentrato di titanio prodotto ogni anno finisca per finire in metallo di titanio. Invece, la maggior parte viene utilizzata nella produzione di biossido di titanio (TiO2), un pigmento sbiancante utilizzato nelle vernici, negli alimenti, nelle medicine e nei cosmetici.
Nella prima fase del processo Kroll, il minerale di titanio viene frantumato e riscaldato con carbone da coke in atmosfera di cloro per produrre tetracloruro di titanio (TiCl4). Il cloruro viene quindi catturato e inviato attraverso un condensatore, che produce un liquido di cloruro di titanio che è più puro al 99%.
Il tetracloruro di titanio viene quindi inviato direttamente in recipienti contenenti magnesio fuso. Al fine di evitare la contaminazione da ossigeno, questo è reso inerte attraverso l'aggiunta di gas argon.
Durante il conseguente processo di distillazione, che può richiedere un numero di giorni, la nave viene riscaldata a 1000 ° C (1832 ° F). Il magnesio reagisce con il cloruro di titanio, eliminando il cloruro e producendo il titanio elementare e il cloruro di magnesio.
Il titanio fibroso che viene prodotto come risultato è indicato come spugna di titanio. Per produrre leghe di titanio e lingotti di titanio ad elevata purezza, la spugna di titanio può essere fusa con vari elementi di lega usando un fascio di elettroni, arco al plasma o fusione ad arco sotto vuoto.
Nella speranza di ridurre i costi di estrazione del titanio, gli elettrolitici e altri processi per la produzione di metallo di titanio continuano a essere attivamente ricercati.
A causa della sua natura strategica, le statistiche sulla produzione di metallo di titanio possono essere difficili da trovare. Tuttavia, si stima che la produzione mondiale di spugne di titanio nel mondo sia stata di circa 150.000 tonnellate nel 2010. I maggiori paesi produttori sono Cina, Giappone, Russia, Kazakistan e Stati Uniti. I produttori di spugne di titanio di grandi dimensioni comprendono VSMPO (Russia), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (USA), Fushun Jinming Titanium Industry (Cina), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (Cina) e Osaka Titanium Technology Co. (Giappone).
applicazioni
Le leghe di titanio sono utilizzate principalmente nei seguenti settori:
- Aerospaziale
- Militare
- Medico
- chimico
- Articoli sportivi
Negli ultimi decenni, i costruttori di aeromobili si sono rivolti sempre più al titanio come componente strutturale chiave. Fin dai suoi primi utilizzi nei primi anni '60, il contenuto medio di titanio nelle compagnie aeree commerciali della Boeing è aumentato da circa il 2% del peso corporeo a circa il 15%. Di Più...
fonti
> Video TIMET: il processo Kroll. Disponibile sul sito Web della 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.
> Segui Terence su Google+