Титан: распространенный в природе, но дорогой в производстве

Впервые оксид титана был обнаружен в 1791 году английским ученым Уильямом Грегором. При исследовании железистого песка, взятого для проб на пляже Корнуолла, минералог выделил неизвестное ранее соединение, которому дал название «менакеновая земля». Несколькими годами позднее немецкий химик Мартин Генрих Клапрот во время проведения опытов обнаружил оксид нового металла и назвал его «титан». Чистый металл был открыт только в 1825 году шведским ученым Йенсом Якобом Берцелиусом.  

Свойства титана

Титан — 22-ой элемент таблицы хим. элементов Д.И. Менделеева. По внешнему виду похож на сталь и алюминий. Имеет температуру плавления 1 664…1 672°С, кипения — 3 330°С. Отличается повышенной устойчивостью к агрессивным средам и воздействию высоких температур, а также хорошей прочностью и пластичностью.

Ti — парамагнетик: он обладает способностью намагничиваться при наличии внешнего магнитного поля, при этом сохраняет значение магнитной проницаемости ниже единицы. Но в отличие от аналогичных материалов, при увеличении температуры магнитная восприимчивость титана не уменьшается, а увеличивается.  

Титан считается четвертым металлом по распространенности в земной коре, после железа, алюминия и магния. Но, невзирая на свою распространенность, имеет высокую стоимость. Это обуславливается большими затратами на получение чистого металла из руды, так как в природе Ti встречается только в виде оксидов и диоксидов.

Чистый металл очень плохо поддается сварке и резке, а остающаяся после обработки заготовок стружка и пыль легко воспламеняются при температуре выше 390…400°С. Но, несмотря на это, материал широко применяется в различных отраслях промышленности.

‍

Способы получения

Массовая доля титана в недрах земли по подсчетам геологов составляет примерно 0,57- 0,58%, большая часть из которого находится в базальтовой оболочке и гранитных породах. Основные месторождения металла расположены в Японии, США, Канаде, Великобритании, Франции, Бельгии, Италии и Испании. Но на всех месторождениях добывают Ti исключительно в виде титановых руд, из которых затем и получают чистый металл одним из следующих методов:

• электролизный — под воздействием токов высокой силы хлориды и диоксиды титана разделяются на элементы, что позволяет получить чистый Ti;
• гидридно-кальциевый — предварительно металлический кальций насыщают водородом (H) и смешивают с двуокисью титана, затем в безвоздушном пространстве под воздействие высоких температур полученный гидрид делят на Ti и H, вымывая при этом соляной кислотой из него лишние примеси;
• магниетермический — сперва добытую титановую руду перерабатывают в диоксид, который затем хлорируют и восстанавливают при помощи магния; после этого полученный сплав нагревают до 800°С и постепенно охлаждают до 600°С: в процессе реакции все примеси испаряются, и остается чистый губчатый титан со множеством пор и пустот; для получения промышленного металла его впоследствии переплавляют;
• йодидный — такой способ подразумевает обработку диоксида Ti парами I (йода) с последующим очищением полученного состава воздействием высоких температур.

Для получения титана наивысшего качества используют йодный метод восстановления металла. Остальные способы обработки титановой руды позволяют изготовить только технический Ti.

Применение титана в промышленности

Благодаря высоким эксплуатационным свойствам и небольшой массе титан (как чистый, так и в виде сплавов) нашел широкое применение во многих промышленных областях, в том числе:

• в авиа- и ракетостроении — для изготовления деталей сложной конфигурации, элементов двигателей и других высоконагруженных узлов;
• в машиностроении — как при выпуске серийного специализированного оборудования, так и при сборке агрегатов по индивидуальным заказам;
• в судостроении — при обустройстве трубопроводов и в качестве элементов обшивки кораблей;
• в пищевой промышленности — при изготовлении промышленно-бытового оборудования и кухонной утвари (распространение получил благодаря высоким санитарно-гигиеническим характеристикам);
• в медицине — при создании протезов и в производстве хирургических инструментов.

В цветной металлургии титан используют как в виде чистого металла, так и в составе многих прецизионных сплавов. Выпускают в виде холоднокатаной ленты, листов и прутков, кругов, труб, проволоки или нити.