Titan je silný a lehký žáruvzdorný kov. Slitiny titanu jsou rozhodující pro letecký průmysl, ale také se používají v lékařském, chemickém a vojenském hardwaru a sportovním vybavení.
Letecké aplikace účet pro 80% spotřeby titanu, zatímco 20% kovu se používá v brnění, zdravotnickém hardwaru a spotřebním zboží.
Vlastnosti titanu
- Atomový symbol: Ti
- Atomové číslo: 22
- Kategorie prvku: Přechodový kov
- Hustota: 4,506 / cm3
- Bod tání: 1670 ° C
- Bod varu: 3287 ° C
- Mohova tvrdost: 6
Vlastnosti
Slitiny obsahující titan jsou známé svou vysokou pevností, nízkou hmotností a výjimečnou odolností proti korozi. Přesto, že je stejně silný jako ocel, titan je o asi 40% lehčí.
To spolu s odolností vůči kavitaci (rychlé změny tlaku, které způsobují rázové vlny, které mohou) oslabit nebo poškodit kov v průběhu času) a erozi, činí z něj nezbytný strukturální kov pro letectví inženýři.
Titan je také impozantní ve své odolnosti vůči koroze vodou i chemickými médii. Tento odpor je výsledkem tenké vrstvy oxidu titaničitého (TiO2), které se na jeho povrchu tvoří, což je pro tyto materiály velmi obtížné proniknout.
Titan má nízký modul pružnosti. To znamená, že titan je velmi flexibilní a po ohybu se může vrátit do původního tvaru. Slitiny paměti (slitiny, které se mohou za studena deformovat, ale po zahřátí se vrátí do svého původního tvaru) jsou důležité pro mnoho moderních aplikací.
Titan je nemagnetický a biokompatibilní (netoxický, nealergenní), což vedlo k jeho rostoucímu používání v oblasti medicíny.
Dějiny
Použití kovového titanu v jakékoli formě bylo skutečně vyvinuto až po druhé světové válce. Ve skutečnosti nebyl titan izolován jako kov, dokud ho americký chemik Matthew Hunter nevyrábal redukcí chloridu titaničitého (TiCl)4) se sodíkem v roce 1910; metoda nyní známá jako Hunterův proces.
Komerční produkce se však objevila až poté, co William Justin Kroll ukázal, že titan lze ve třicátých letech také snížit z chloridu pomocí hořčíku. Proces Kroll zůstává dodnes nejpoužívanější komerční výrobní metodou.
Poté, co byl vyvinut nákladově efektivní způsob výroby, bylo titanové první hlavní použití ve vojenských letadlech. Jak sovětská, tak americká vojenská letadla a ponorky navržené v 50. a 60. letech začaly využívat slitiny titanu. Začátkem šedesátých let se titanové slitiny začaly používat také výrobci komerčních letadel.
Zdravotnická oblast, zejména zubní implantáty a protetika, se probudila k užitečnosti titanu po studiích švédského lékaře Per-Ingvara Branemarka z doby padesátá léta ukázala, že titan nespouští žádnou negativní imunitní reakci u lidí, což umožňuje kovu integrovat se do našich těl v procesu, který nazval osseointegrace.
Výroba
Přestože je titan čtvrtým nejčastějším kovovým prvkem v zemské kůře (za hliníkem, železem a hořčíkem), výroba titanový kov je mimořádně citlivý na kontaminaci, zejména kyslíkem, což odpovídá jeho relativně nedávnému vývoji a vysoké náklady.
Hlavními rudami používanými při primární produkci titanu jsou ilmenit a rutil, které tvoří asi 90% a 10% produkce.
V roce 2015 bylo vyrobeno téměř 10 milionů tun titanového minerálního koncentrátu, i když pouze a malá frakce (asi 5%) titanového koncentrátu produkovaného každý rok nakonec končí v titanu kov. Místo toho se většina používá při výrobě oxidu titaničitého (TiO2), bělení pigment používá se v barvách, potravinách, lécích a kosmetice.
V prvním kroku Krollova procesu se titanová ruda rozdrtí a zahřeje koksovatelným uhlím v atmosféře chloru za vzniku chloridu titaničitého (TiCl)4). Chlorid je poté zachycen a poslán přes kondenzátor, který produkuje kapalinu chloridu titaničitého, která má čistotu více než 99%.
Chlorid titaničitý je pak poslán přímo do nádob obsahujících roztavený hořčík. Aby se zabránilo kontaminaci kyslíkem, je to inertní přidáním argonového plynu.
Během následného destilačního procesu, který může trvat několik dní, se nádoba zahřeje na 1 000 ° C. Hořčík reaguje s chloridem titaničitým, stripuje chlorid a produkuje elementární titan a chlorid hořečnatý.
Vláknitý titan, který je výsledkem, se označuje jako titanová houba. Pro výrobu slitin titanu a vysoce čistých titanových ingotů může být titanová houba roztavena různými legovacími prvky za použití elektronového paprsku, plazmového oblouku nebo vakuového oblouku.