Acasa » Tehnologii » Materiale de constructii › Titanul. Metode de obtinere si utilizarile sale

Titanul. Metode de obtinere si utilizarile sale

| |

Titanul face parte din categoria metalelor raspandite din abundenta pe scoarta pamantului, sub forma de combinatii chimice. Ca element a fost identificat pentru prima data in anul 1791 de W. Gregor. In anul 1795, M. H. Klaproth a descoperit in mineralul rutil un nou element pe care l-a denumit titan.

La acest articol avem urmatorul cuprins:

Ce este titanul?
Metode de obtinere a titanului
Principalele proprietati fizice si mecanice ale titanului
Aliajele titanului
Utilizarile titanului

Ce este titanul?

Titanul este un metal alb-argintiu, care prezinta doua forme alotropice: titan alfa (α), stabil pana la temperatura de 882°C, care cristalizeaza in sistemul hexagonal compact si titan beta (β), stabil la temperatura mai mare de 882°C si care cristalizeaza in sistemul cubic cu volum centrat.

Metode de obtinere a titanului

Unele particularitati ale titanului, printre care, in special, marea afinitate la cald fata de oxigen, au constituit serioase impedimente pentru obtinerea titanului pur. Ca urmare, extragerea titanului din minereurile sale s-a facut abia in anul 1930. Acest motiv precum si o serie de proprietati speciale pe care le poseda au determinat ca titanul sa fie considerat un metal rar. Acest fapt venind in contradictie cu larga lui raspandire.

Interesul pentru titan a pornit de la bioxidul de titan, compus chimic foarte util in industria colorantilor. S-a constatat ca acesta in amestec cu uleiurile formeaza un pigment alb, stralucitor, numit albul de titan, foarte rezistent la actiunea agentilor corozivi.

Metalurgia titanului este relativ noua luand amploare dupa cel de Al Doilea Razboi Mondial. Ca materii prime mai importante pentru extragerea titanului se folosesc ilmenitul (FeTiO₃) si rutitul (TiO₂).

Principalul procedeu pentru obtinerea titanului este procedeul Kroll. Potrivit acestui procedeu titanul se obtine prin reducerea cu magneziu a tetraclorurii de titan, dupa reactia:

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Procesul decurge la temperatura de 850-900°C rezultand o masa buretoasa de titan, care este retopita in vid intr-un cuptor electric. Rezulta titan cu o puritate de 99,5%.

Obtinerea tetraclorurii de titan se realizeaza prin clorurarea materiei prime la temperatura de 700-800°C. Operatiunea are loc in prezenta carbonului si se desfasoara dupa reactia:

TiO₂ + C + 2Cl₂ = TiCl₄ + CO₂

De mentionat ca in metalurgie s-au pus la punct si alte procedee care permit obtinerea titanului de puritate ridicata (99,95%), ca de exemplu procedeul Van Arkel - de Boer.

Principalele proprietati fizice si mecanice ale titanului

Principalele proprietati fizice ale titanului sunt:

greutatea specifica: 4,505 kg/dm³;
temperatura de topire: 1 668°C;
temperatura de fierbere: 3 258°C;
caldura specifica, la 20°C: 0,140 J/g.°C;
conductivitatea termica, la 20°C: 0,150 J/cm.s.°C;
rezistivitatea electrica, la 20°C: 0,554 Ω mm²/m.

Proprietatile mecanice ale titanului sunt puternic influentate de continutul anumitor impuritati, precum si de gradul de deformare plastica. In stare de puritate avansata, rezistenta de rupere la tractiune poate ajunge la 32 daN/mm² (deformat plastic), iar alungirea la 60-70% in cazul cand este retopit in vid si turnat.

Oxigenul, azotul si hidrogenul, chiar in cantitati mici, micsoreaza alungirea titanului care devine dur si fragil.

Titanul se prelucreaza bine prin deformare plastica la cald si se sudeaza usor.

Un avantaj al titanului consta in faptul ca rezistenta sa mecanica creste cand temperatura se micsoreaza. La o temperatura de -180°C, ea este de doua ori mai mare decat la temperatura normala.

Caracteristic titanului este marea sa rezistenta la coroziune. In stare pura prezinta o stabilitate exceptionala in apa de mare. Experimentele au demonstrat ca abia dupa circa 4000 de ani s-ar produce o coroziune in adancime de 0,1 mm. In prezenta oxigenului pe suprafata titanului ia nastere o pelicula protectoare de oxid, rezistenta la multe substante agresive, precum: acid sulfuric, bioxid de sulf, acid acetic, acid azotic, apa regala, clor uscat etc. Daca in stare compacta titanul este stabil la aer, pulberea fina este piroforica si se oxideaza repede.

Aliajele titanului

Rezistenta la coroziune a titanului fata de actiunea agentilor chimici puternici agresivi poate fi cu ajutorul unor elemente chimice, ca bor, vanadiu, tantal sau prin acoperiri galvanice cu crom, argint, cupru etc.

Titanul formeaza cu unele metale o serie de aliaje deosebit de importante pentru tehnica moderna. Dintre aliajele titanului cele mai importante sunt: Ti-Al-Mn, Ti-Al-Cr-Mo, Ti-Al-Cr-Fe-Mo, Ti-Al-Sn, Ti-Al-V etc. Aceste aliaje se caracterizeaza printr-o combinare de proprietati superioare imbinand refractaritatea si rezistenta la coroziune cu o buna rezistenta mecanica si o greutate specifica mica.

Aliajele pe baza de titan au o larga utilizare in constructia de avioane (in special de avioane supersonice), rachete, nave si utilaj chimic.

Utilizarile titanului

Imbinarea unui sir de calitati, precum: greutate specifica mica, asociata cu o buna rezistenta mecanica si o excelenta rezistenta la coroziune, au facut ca titanul sa fie considerat drept unul din cele mai valoroase metale tehnice.

Intrebuintarea aliajelor pe baza de titan in locul otelurilor speciale duce la o apreciabila reducere de greutate a constructiei, ceea ce are mare importanta in aviatie. In constructia de avioane, titanul si aliajele sale se utilizeaza la executarea unor elemente greu solicitate ale fuselajului, a unor piese ale motorului cu reactie, la placile de blindaj si pentru piesele de armament.

Datorita rezistentei sale bune la temperaturi joase, utilizarea titanului se extinde si in constructia rachetelor cu carburanti si oxidanti lichizi, cu temperaturi cuprinse intre -195 si -250°C.

In constructiile navale, aliajele de titan se folosesc datorita rezistentei lor la coroziune pentru confectionarea arborilor, a unor elemente ale pompelor, elicelor pentru vapoare etc.

Titanul constituie un material util pentru realizarea instalatiilor de evaporare a apei de mare, a bailor de cromaj si nichelaj si pentru instalatiile de poleit electric si de eloxare.

Sub forma de ferotitan (aliaj de Fe-Ti) este utilizat ca dezoxidant, imbunatatind calitatea fontei si a otelului. Astfel, prezenta titanului in cantitati mici (0,4-1,2%) mareste duritatea, rezistenta la uzura si la coroziune a fontelor, iar in cazul otelurilor mareste refrectaritatea si rezistenta la uzura prin frecare.

Alte articole