Kovy

Použitie kovového titánu a oxidu titaničitého



Prieskumné lietadlo CIA A-12: Fotografia nadzvukových prieskumných lietadiel CIA A-12 s názvom „Titánová husa“, ktorá sa pripravuje na tankovanie vo vysokých nadmorských výškach. Názov je vhodný, pretože mnohé jeho časti sú vyrobené z titánu. Obrázok Ústrednej spravodajskej agentúry.

Čo je titán?

Titán je strieborný kov, ktorý je silný, odolný proti korózii a inertný. Je to deviaty najhojnejší prvok v zemskej kôre. Namiesto toho, aby sa vyskytovali vo veľkých ložiskách, takmer v každej hornine sa vyskytuje malé množstvo titánu.

Titán je dôležitou súčasťou malého množstva minerálov. Asi 90% titánu v zemskej kôre sa vyskytuje v ilmenite, mineráli, o ktorej väčšina ľudí nikdy nepočula. Je to oxid titaničitý železa s chemickým zložením FeTiO3, Zvyšok titánu Zeme, ktorý sa nachádza blízko povrchu, je v mineráloch, ako sú anatas, brookit, leukoxén, perovskit, rutil a sfén.

Nitinol 60: Nitinol 60 je zliatina obsahujúca 60 percent niklu a 40 percent titánu. Zvyčajne sa na výrobu ložísk používa nehrdzavejúca oceľ, pretože je tvrdá, ale nehrdzavejúca oceľ je vystavená korózii. Nitinol 60 vyriešil problém korózie bez straty pevnosti a nereagoval s mazivami ložiska. Obrázok NASA.

Použitie titánového kovu

Titán je známy kov. Mnoho ľudí vie, že sa používa v šperkoch, protetike, tenisových raketách, brankárskych maskách, nožniciach, rámoch bicyklov, chirurgických nástrojoch, mobilných telefónoch a ďalších vysoko výkonných výrobkoch. Titán je rovnako silný ako oceľ, ale jeho hmotnosť je asi polovica. Je dvakrát silnejšia ako hliník, ale len o 60% ťažšia.

Titán sa kombinuje so železom, hliníkom, vanádom, niklom, molybdénom a inými kovmi na výrobu vysokovýkonných zliatin. Tryskové motory, kozmické lode, vojenské vybavenie, ložiská, nepriestrelné vesty a ďalšie high-tech výrobky potrebujú časti vyrobené z týchto zliatin.

Časti a súčasti titánových lietadiel: Kovový titán a zliatiny poskytujú vysokopevnostné, ľahké a nehrdzavejúce súčasti leteckých motorov, ovládacích prvkov a konštrukčných komponentov. Tento NASA F-16XL má titánové rukavice pre štúdie laminárneho toku pokrývajúce časť jeho ľavého krídla. Obrázok NASA Jim Ross.

Biela farba: Väčšina dnes používanej bielej farby obsahuje oxid titaničitý ako pigment. To dáva farbe žiarivú bielu farbu, ktorá je trvalá, s nepriehľadnosťou na pokrytie jednej vrstvy a jas, ktorý odráža svetlo. Keď farba zaschne, minerálnym povlakom, ktorý zostane na vašej stene, je oxid titaničitý.

Čo je oxid titaničitý?

Oxid titaničitý je svetlý, biely nepriehľadný materiál s chemickým zložením TiO2, Vyrába sa oxidáciou ilmenitu alebo iných titánových minerálov pri vysokých teplotách. Potom sa rozomelie na jemný prášok potrebný na jeho mnohostranné použitie.

V porovnaní s kovom titánu sa vo forme oxidu titaničitého používa asi desaťkrát viac titánu. Väčšina ľudí nikdy nepočula o použití titánu v tejto forme. Dôvodom je to, že oxid titaničitý je skôr zložkou vo výrobkoch ako primárnym materiálom.

Leštiace zlúčeniny: Prášok oxidu titaničitého je starostlivo klasifikovaný podľa veľkosti častíc a predáva sa ako leštidlo pre lapidárne a kovoobrábacie práce. Obrázok je barel barel práve otvoril s hustou bielou penou poľskej.

Použitie oxidu titaničitého

Najbežnejším použitím titánu je bieliaci, zjasňujúci a kaliaci prostriedok. Vysoko kvalitné biele farby obvykle obsahujú značné množstvo oxidu titaničitého, ktorý má názov pigmentu „titánová biela“. Oxid titaničitý zvyšuje belosť a odrazivosť náteru. Keď vstúpite do miestnosti a zapnete svetlo, farba je vysoko reflexná a robí miestnosť jasnejšou - pretože viac maľovaných povrchov sa odráža viac svetla. Oxid titaničitý tiež zvyšuje nepriehľadnosť náteru, čo umožňuje, aby jeden povlak zakryl to, čo je nižšie v mnohých situáciách.

Takmer 2000 rokov bol „olovnatý biely“ dôležitým pigmentom používaným v bielej farbe. V roku 1904 Sherwin-Williams, výrobca farieb, informoval o nebezpečenstvách farby obsahujúcej olovnatý pigment. Od tej doby sa výrobcovia farieb začali sťahovať od olovnatých pigmentov a titánový pigment bol najvýhodnejšou náhradou. V súčasnosti má väčšina vyrábanej bielej farby ako pigmentu oxid titaničitý.

Oxid titaničitý sa vtláča do vlákien vysokokvalitných papierov, aby sa zlepšila ich belosť, jas a štruktúra. Pridáva sa do odstredeného mlieka, aby sa zlepšila jeho belosť a nepriehľadnosť. Z rovnakého dôvodu sa pridáva do zubnej pasty, gumy, plastov, kozmetiky, opaľovacích krémov a mnohých potravinárskych výrobkov. Sú to materiály, ktoré používa takmer každý človek na Zemi takmer každý deň. Len málo ľudí si uvedomuje úlohu, ktorú v nich hrá titán. Môže sa používať v potravinách, kozmetike a iných výrobkoch, ktoré ľudia konzumujú, pretože je inertný.

Prášok oxidu titaničitého sa tiež triedi na konkrétne veľkosti častíc na použitie ako leštiaca zlúčenina. Používa sa na leštenie drahokamov, kovov a iných materiálov. Je často menej účinná ako iné leštidlá, ale keď je účinná, môže poskytnúť úsporu nákladov.

Ťažký minerálny piesok: Plytké kopanie na Folly Beach v Južnej Karolíne odhaľuje tenké vrstvy ťažkých minerálnych pieskov. Väčšina dnes ťažených ilmenitov je z pieskov s vysokou koncentráciou minerálov. Fotografia Carleton Bern, Geologický prieskum Spojených štátov.

Odkiaľ pochádza titán?

Väčšina svetového titánu sa vyrába ťažbou ťažkých minerálnych pieskov. Tieto piesky sa vyskytujú v zostupnom smere z exponovaných hmôt vyvrelých hornín, ako je gabbro, norit a anorthosite. Tieto horniny obsahujú minerály obsahujúce titán, ako je ilmenit, anatas, brookit, leukoxén, perovskit, rutil a sfén.

Keď sa tieto horniny rozkladajú vplyvom počasia, patria medzi najodolnejšie titánové minerály. Sú koncentrované zvetrávaním a transportované po prúde ako zrná piesku a bahna. Nakoniec sa ukladajú ako piesok pozdĺž pobrežia kontinentu. Tu sa zvyčajne bagrujú alebo ťažia. Ťažba sa vyskytuje aj vo vnútrozemských lokalitách, kde boli minerály titánu ukladané v obdobiach vyšších ako je úroveň, ktorú poznáme dnes.

Tieto ťažké minerálne piesky môžu obsahovať niekoľko percent hmotnosti ilmenitu a ďalších titanových minerálov. Po ťažbe piesku ide do spracovateľského závodu, ktorý získava minerály obsahujúce titán. Súčasne sa môžu získať ďalšie cenné minerály. Potom sa spracujú alebo predajú na výrobu kovového titánu alebo oxidu titaničitého. Piesok sa potom vráti na miesto, kde sa ťažil a pláž sa regeneruje.

Titán v sedimentoch a pôdach: Mapa znázorňujúca množstvo titánu vo forme oxidu titaničitého, v prúdových sedimentoch a pôdach časti východných Spojených štátov. Zóna bohatá na titán zodpovedajúca fyziografickej provincii Virginia Blue Ridge vykazuje hodnoty viac ako 3% hmotnosti oxidu titaničitého, Geologický prieskum Spojených štátov.

Výroba titánu v Spojených štátoch

Spojené štáty používajú viac titánových minerálov ako v súčasnosti vyrába, čím sa stáva čistým dovozcom titánu. Pri pobreží Atlantiku na Floride sa vyskytlo obmedzené množstvo bagrovania. Tam sa vyťažia pobrežné sedimenty a spracujú sa na odstránenie ťažkých minerálnych pieskov. Ilmenit je primárny titán nesúci minerál získaný touto aktivitou.

Ťažba na pevnine sa vyskytla na mnohých miestach vo Virgínii. Vo fyziografickej provincii Blue Ridge bolo exponované telo telesa ilmenitu s eróziou. Sedimenty odvodené z tejto erózie môžu lokálne obsahovať niekoľko percent ťažkých minerálov, pričom ilmenit je primárnym titánom neseným minerálom. Tieto ložiská boli vyťažené a spracované na odstránenie ich ťažkého obsahu minerálov. Oblasť, v ktorej dôjde k tejto ťažbe, zodpovedá prúdom sedimentov a pôd bohatých na titán, ktoré boli odobraté, analyzované a zmapované v rámci Národného geochemického prieskumu (pozri sprievodnú mapu).

Na splnenie svojich požiadaviek na titán dovážajú Spojené štáty minerálne koncentráty titánu. Medzi popredných výrobcov titánu patria: Austrália, Kanada, Čína, Japonsko, Keňa, Madagaskar, Mozambik, Nórsko, Rusko, Saudská Arábia, Senegal, Sierra Leone a Južná Afrika.