Luyện titan

Nguyên liệu thô để sản xuất kim loại titan chủ yếu là rutil, chứa hơn 96% TiO2. Các nước thiếu quặng rutil, như Liên Xô, sử dụng ilmenite làm từ "xỉ titan cao", chứa khoảng 90% TiO2. Trong những năm gần đây, do giá rutile tự nhiên tăng cao và trữ lượng ngày càng giảm, các nước có xu hướng sử dụng ilmenit làm từ nguyên liệu giàu titan, tức là xỉ titan cao và rutile nhân tạo.

Titan được phát hiện vào năm 1791, nhưng lần đầu tiên titan nguyên chất được tạo ra là vào năm 1910, giữa hơn một trăm năm. Lý do là: titan hoạt động rất mạnh ở nhiệt độ cao, dễ kết hợp với oxy, nitơ, carbon và các nguyên tố khác, để chiết xuất titan nguyên chất đòi hỏi những điều kiện rất khắc nghiệt.

Công nghiệp thường sử dụng axit sulfuric để phân hủy ilmenit titan dioxide, titan dioxide từ titan kim loại titan. Xử lý ilmenit đất (đậm đặc) bằng axit sunfuric đậm đặc, xảy ra phản ứng hóa học sau:

FeTiO3 + 3H2SO4 == Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2O

FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O

FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O

Để loại bỏ tạp chất Fe2(SO4)3, người ta thêm mạt sắt vào và khử Fe3+ thành Fe2+, sau đó làm nguội dung dịch xuống dưới 273K, thu được FeSO4-7H2O (phèn xanh) kết tinh thành sản phẩm phụ.

Quá trình thủy phân Ti(SO4)2 và TiOSO4 tạo ra kết tủa metatitanat màu trắng, phản ứng là:

Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4

TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

Titanium dioxide được sản xuất bằng cách rèn axit metatitanic:

H2TiO3 == TiO2+H2O

Sản xuất công nghiệp kim loại titan bằng phương pháp khử nhiệt kim loại để khử titan tetraclorua. Hỗn hợp TiO2 (hoặc rutil tự nhiên) và bột than được nung nóng đến 1000 ~ 1100K, clo hóa và tạo ra TiCl4, ngưng tụ hơi.

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-

Khử TiCl4 bằng magie nóng chảy trong argon ở nhiệt độ 1070K tạo thành xốp titan xốp:

TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti

Miếng bọt biển titan này được nghiền nát, nấu chảy trong lò hồ quang chân không và cuối cùng được chế tạo thành nhiều vật liệu titan khác nhau.

Cũng có thể phản ứng: Ti+2I2=TiI4

TiI4 thu được bị phân hủy ở nhiệt độ cao (khoảng 1250 độ):

TiI4=Ti+2I2

Điều này dẫn đến thanh titan nguyên chất.

Tính chất và ứng dụng của titan và hợp kim titan

Titan nguyên chất là kim loại màu trắng bạc, có nhiều đặc tính tuyệt vời. Mật độ của titan là 4,54g/cm3, nhẹ hơn thép 43% và nặng hơn một chút so với magie kim loại nhẹ uy tín. Độ bền cơ học tương tự như thép, lớn gấp đôi nhôm, lớn hơn magiê năm lần. Titanium có khả năng chịu được nhiệt độ cao, nhiệt độ nóng chảy 1942K, cao hơn vàng gần 1000K, cao hơn thép gần 500K.

Titan thuộc về tính chất hóa học tích cực hơn của kim loại. Khi đun nóng với O2, N2, H2, S và halogen và các vai trò phi kim loại khác. Nhưng ở nhiệt độ phòng, bề mặt titan dễ dàng tạo ra một lớp màng bảo vệ oxit dày đặc rất mỏng, có thể chống lại vai trò của axit mạnh và thậm chí cả nước cường toan, cho thấy khả năng chống ăn mòn mạnh. Do đó, kim loại nói chung trong dung dịch axit, kiềm, muối trở nên đầy lỗ và titan vẫn an toàn.

Titan lỏng có thể hòa tan hầu hết tất cả các kim loại nên nó có thể tạo thành hợp kim với nhiều loại kim loại. Titan được thêm vào thép để tạo ra thép titan, có độ cứng và tính linh hoạt. Titan và kim loại Al, Sb, Be, Cr, Fe, v.v. để tạo ra các hợp chất lấp đầy khoảng trống hoặc các hợp chất liên kim loại.

Hợp kim titan làm từ máy bay hơn các kim loại khác được làm bằng cùng trọng lượng của máy bay chở hơn 100 hành khách. Được chế tạo từ tàu ngầm, vừa có khả năng chống ăn mòn của nước biển mà còn có khả năng chịu áp suất sâu, độ sâu lặn của nó so với tàu ngầm bằng thép không gỉ tăng 80%. Đồng thời, titan không có từ tính, sẽ không bị mìn tìm thấy, có vai trò chống hộ vệ rất tốt.

Titan có tính chất “pro-biotic”. Trong cơ thể con người, nó có thể chống lại sự ăn mòn của dịch tiết và không độc hại, và nó có thể thích ứng với bất kỳ phương pháp khử trùng nào. Vì vậy, nó được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thiết bị y tế, sản xuất khớp háng nhân tạo, khớp gối, khớp vai, khớp nối, khớp cưỡng bức, hộp sọ, van tim chủ động, kẹp cố định xương. Khi vòng sợi cơ mới được bọc trong những “xương titan” này, những chiếc xương titan này bắt đầu duy trì các hoạt động bình thường của cơ thể con người.

Titan được phân bố rộng rãi trong cơ thể con người, hàm lượng bình thường trong cơ thể con người không quá 15mg trên 70kg trọng lượng cơ thể và vai trò của nó vẫn chưa rõ ràng. Tuy nhiên, titan có thể kích thích thực bào nên vai trò miễn dịch đã được khẳng định.

Hợp chất titan và ứng dụng

Các hợp chất titan quan trọng bao gồm: titan dioxide (TiO2), titan tetrachloride (TiCl4) và bari metatitanate (BaTiO3).

Titanium dioxide nguyên chất là bột màu trắng, là một chất màu trắng tuyệt vời, tên thương mại là "titanium dioxide". Nó có cả tính năng che phủ của chì trắng (PbCO3) và hiệu suất lâu dài của kẽm trắng (ZnO). Vì vậy, người ta thường cho thêm titan dioxide vào sơn, làm bằng loại sơn trắng cao cấp; trong ngành công nghiệp giấy như một chất độn được thêm vào guồng giấy; ngành dệt may làm chất làm mờ cho sợi nhân tạo.

Trong ngành dệt may làm chất làm mờ cho sợi nhân tạo; trong ngành thủy tinh, gốm sứ, men làm chất phụ gia để cải thiện hiệu suất của nó; được sử dụng làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học. Trong ngành công nghiệp hóa chất ngày càng phát triển hiện nay, titan dioxide và các hợp chất titan là những sản phẩm hóa học tốt, có giá trị gia tăng cao, triển vọng rất hấp dẫn.

Titan tetraclorua là chất lỏng không màu; điểm nóng chảy 250K, điểm sôi 409K, có hệ thống mùi kích thích. Nó dễ bị thủy phân trong nước hoặc không khí ẩm và thải ra nhiều khói trắng.

TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl

Vì vậy, TiCl4 được sử dụng trong quân đội như một chất tạo khói nhân tạo, giống như nó được sử dụng trong chiến tranh trên biển. Trong nông nghiệp, người ta sử dụng TiCl4 để tạo thành một lớp sương mù dày đặc nhằm giảm sự thất thoát nhiệt từ mặt đất vào ban đêm và bảo vệ rau quả khỏi tác hại của giá lạnh và sương giá.

Bari metatitanate được tạo ra bằng cách nấu chảy TiO2 và BaCO3 với nhau:

TiO2+BaCO3 == BaTiO3 mười CO2-

BaTiO3 được sản xuất nhân tạo có hằng số điện môi cao, được làm bằng tụ điện có công suất lớn hơn, quan trọng hơn là BaTiO3 có “tính chất áp điện” đáng kể, áp suất tinh thể sẽ tạo ra dòng điện, công suất và sẽ thay đổi hình dạng. Người ta đặt nó vào sóng siêu âm, nó được điều áp để tạo ra dòng điện, bằng cách đo cường độ dòng điện có thể đo được cường độ siêu âm. Hầu như tất cả các dụng cụ siêu âm đều phải sử dụng nó. Với sự phát triển và sử dụng titanate, nó ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các linh kiện phi tuyến tính, bộ khuếch đại điện môi, linh kiện bộ nhớ máy tính điện tử, tụ điện siêu nhỏ, vật liệu mạ điện, vật liệu hàng không vũ trụ, vật liệu bán dẫn, từ tính mạnh, dụng cụ quang học , thuốc thử và như vậy.

Các đặc tính tuyệt vời của titan, hợp kim titan và hợp chất titan đã dẫn đến nhu cầu cấp thiết về chúng. Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao đã hạn chế ứng dụng của chúng. Chúng tôi tin rằng trong tương lai gần, với sự cải tiến và nâng cao không ngừng của công nghệ luyện titan, việc ứng dụng titan, hợp kim titan và hợp chất titan sẽ phát triển hơn.

Sản phẩm titan:

Hợp kim titan và titan là những vật liệu kết cấu nhẹ cực kỳ quan trọng, có giá trị ứng dụng rất quan trọng và triển vọng ứng dụng rộng rãi trong ngành hàng không, hàng không vũ trụ, kỹ thuật xe cộ, kỹ thuật y sinh và các lĩnh vực khác.

Các loại: titan chuẩn hóa, titan nguyên chất công nghiệp, titan loại, titan loại, + -loại titan