Metāli

Titāna metāla un titāna dioksīda lietojumi



CIP A-12 izlūkošanas gaisa kuģis: CIP A-12 virsskaņas izlūkošanas lidmašīnas ar nosaukumu "Titāna zoss" fotogrāfija, kas gatavojas uzpildīt degvielu lielā augstumā. Nosaukums ir piemērots, jo daudzas tā daļas ir izgatavotas ar titānu. Centrālās izlūkošanas pārvaldes attēls.

Kas ir titāns?

Titāns ir sudraba metāls, kas ir stiprs, izturīgs pret koroziju un inerts. Tas ir devītais bagātīgākais elements zemes garozā. Tā vietā, lai notiktu lielās atradnēs, gandrīz katrā klintī rodas neliels titāna daudzums.

Titāns ir nozīmīga sastāvdaļa nelielā skaitā minerālu. Apmēram 90% no titāna Zemes garozā notiek ilmenītā - minerālā, par kuru vairums cilvēku nekad nav dzirdējuši. Tas ir dzelzs titāna oksīds ar FeTiO ķīmisko sastāvu3. Pārējā Zemes virsmas titāna virsma ir tādās minerālvielās kā anatāze, brookāts, leikoksēns, perovskīts, rutila un spēns.

Nitinols 60: Nitinols 60 ir sakausējums, kas satur 60 procentus niķeļa un 40 procentus titāna. Parasti gultņu izgatavošanai izmanto nerūsējošo tēraudu, jo tas ir ciets, bet nerūsējošais tērauds ir pakļauts korozijai. Nitinol 60 atrisināja korozijas problēmu, nezaudējot izturību, un nereaģēja ar gultņu smērvielām. NASA attēls.

Titāna metāla lietojumi

Titāns ir pazīstams metāls. Daudzi cilvēki zina, ka to izmanto rotaslietās, protezēšanā, tenisa raketēs, vārtsargu maskās, šķērēs, velosipēdu rāmjos, ķirurģiskajos instrumentos, mobilajos tālruņos un citos augstas veiktspējas izstrādājumos. Titāns ir tikpat spēcīgs kā tērauds, bet sver apmēram uz pusi mazāk. Tas ir divreiz spēcīgāks nekā alumīnijs, bet tikai par 60% smagāks.

Titāns apvienojas ar dzelzi, alumīniju, vanādiju, niķeli, molibdēnu un citiem metāliem, lai iegūtu augstas veiktspējas sakausējumus. Reaktīvo dzinēju, kosmosa kuģu, militārā aprīkojuma, gultņu, bruņuvestu un citu augsto tehnoloģiju produktu ražošanai vajadzīgas detaļas, kas izgatavotas no šiem sakausējumiem.

Titāna lidaparātu detaļas: Titāna metāls un sakausējumi nodrošina augstas stiprības, vieglas, korozijizturīgas detaļas gaisa kuģu dzinējiem, vadības ierīcēm un konstrukcijas komponentiem. Šim NASA F-16XL ir titāna cimds laminārās plūsmas pētījumiem, kas aptver daļu no tā kreisā spārna. Nima attēls - Džims Ross.

Baltā krāsa: Mūsdienās izmantotā baltā krāsa lielākoties satur titāna dioksīdu kā pigmentu. Tas krāsai piešķir spilgtu baltu krāsu, kas ir pastāvīga, ar necaurspīdīgumu, lai pārklātu vienā kārtā, un spilgtumu, kas atspoguļo gaismu. Kad krāsa izžūst, minerālais pārklājums, kas paliek uz jūsu sienas, ir titāna dioksīds.

Kas ir titāna dioksīds?

Titāna dioksīds ir gaišs, balts, necaurspīdīgs materiāls ar TiO ķīmisko sastāvu2. To iegūst, augstā temperatūrā oksidējot ilmenītu vai citus titāna minerālus. Pēc tam to sasmalcina smalkajā pulverī, kas nepieciešams tā daudzām vajadzībām.

Titāna dioksīda formā, salīdzinot ar titāna metālu, tiek izmantots apmēram desmit reizes vairāk titāna. Lielākā daļa cilvēku nekad nav dzirdējuši par titāna izmantošanu šādā formā. Tas notiek tāpēc, ka titāna dioksīds ir produktu sastāvdaļa, nevis primārais materiāls.

Pulēšanas savienojumi: Titāna dioksīda pulveri rūpīgi klasificē pēc daļiņu lieluma un pārdod kā pulēšanas izstrādājumu un metāla darbu pulētāju. Attēls ir klinšu mucas muca, kas tikko atvērta ar biezu, baltu putu putu.

Titāna dioksīda lietojumi

Titānu visbiežāk izmanto kā balinošu, balinošu un necaurspīdīgu līdzekli. Augstas kvalitātes baltās krāsas parasti satur ievērojamu daudzumu titāna dioksīda, kura pigmenta nosaukums ir "titāna balts". Titāna dioksīds palielina krāsas baltumu un atstarošanos. Ienākot telpā un ieslēdzot gaismu, krāsa ir ļoti atstarojoša un padara telpu gaišāku, jo no krāsotajām virsmām tiek atspoguļots vairāk gaismas. Titāna dioksīds arī palielina krāsas necaurredzamību, ļaujot vienai kārtai daudzās situācijās pārklāt zemāk esošo.

Gandrīz 2000 gadu laikā "svina baltais" bija svarīgs pigments, ko izmantoja baltā krāsā. 1904. gadā krāsu ražotājs Šervins-Viljamss ziņoja par krāsas, kas satur svina pigmentu, bīstamību. Kopš tā laika krāsu ražotāji sāka attālināties no svina pigmentiem, un titāna pigments bija vispiemērotākais aizstājējs. Mūsdienās lielākajā daļā saražotās baltās krāsas pigmenta ir titāna dioksīds.

Titāna dioksīds tiek iespiests augstas kvalitātes papīra šķiedrās, lai uzlabotu to baltumu, spilgtumu un tekstūru. To pievieno vājpienam, lai uzlabotu tā baltumu un necaurredzamību. Tā paša iemesla dēļ to pievieno zobu pastā, gumijai, plastmasai, kosmētikai, sauļošanās līdzeklim un daudziem pārtikas produktiem. Tie ir materiāli, ko gandrīz katru dienu izmanto gandrīz katrs Zemes cilvēks. Tikai daži cilvēki apzinās titāna lomu viņos. To var izmantot pārtikā, kosmētikā un citos izstrādājumos, ko cilvēki patērē, jo tas ir inerts.

Titāna dioksīda pulveri klasificē arī pēc īpašiem daļiņu izmēriem, lai tos izmantotu kā pulēšanas savienojumu. To izmanto dārgakmeņu, metālu un citu materiālu pulēšanai. Tas bieži ir mazāk efektīvs nekā citi pulēšanas līdzekļi, bet, kad tas ir efektīvs, var ietaupīt izmaksas.

Smagas minerālu smiltis: Seklā rakšana Folly pludmalē, Dienvidkarolīnā, pakļauj plānus smago minerālu smilšu slāņus. Lielākā daļa mūsdienās iegūtā ilmenīta ir no smiltīm, kurās ir liela minerālu koncentrācija. Fotogrāfija: Karletona Berna, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģijas dienests.

No kurienes nāk titāns?

Lielāko daļu pasaules titāna iegūst, iegūstot smagas minerālu smiltis. Šīs smiltis veido lejupvērstu graudu no atklātajām nezināmo iežu masām, piemēram, gabbro, vēlams un anortosīta. Šīs ieži satur titānu saturošus minerālus, piemēram, ilmenītu, anatāzi, brookātu, leikoksēnu, perovskītu, rutilu un spēnu.

Kad šie ieži sadalās laikapstākļu ietekmē, titāna minerāli ir vieni no visizturīgākajiem. Tie tiek koncentrēti atmosfēras ietekmē un tiek transportēti lejup pa straumi kā smilšu un dūņu graudi. Galu galā tās tiek nogulsnētas kā smiltis gar kontinenta piekrasti. Šeit parasti tos bagarē vai iegūst. Ieguves rūpniecība notiek arī iekšzemē, kur titāna minerāli tika noglabāti jūras līmeņa periodos, kas ir augstāki par to, ko mēs šodien zinām.

Šajās smagajās minerālajās smiltīs varētu būt daži svara procenti ilmenīta un citu titāna minerālu. Pēc smilšu ieguves tas nonāk pārstrādes uzņēmumā, kas reģenerē titānu saturošus minerālus. Var vienlaikus atgūt arī citus vērtīgus minerālus. Pēc tam tos apstrādā vai pārdod titāna metāla vai titāna dioksīda ražošanai. Pēc tam smiltis tiek atgrieztas vietā, kur tās ieguva, un pludmale tiek reģenerēta.

Titāns strauta nogulumos un augsnēs: Karte, kurā parādīts titāna pārpilnība titāna dioksīda formā straumju nogulumos un ASV austrumu daļas augsnēs. Titānam bagātā zona, kas atbilst Virdžīnijas Zilās Ridžas fiziogrāfiskajai provincei, uzrāda titāna dioksīda vērtības, kas pārsniedz 3% no svara, liecina Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģijas dienests.

Titāna ražošana Amerikas Savienotajās Valstīs

Amerikas Savienotās Valstis izmanto vairāk titāna minerālu, nekā tas pašlaik tiek ražots, padarot to par titāna neto importētāju. Ierobežots bagarēšanas daudzums ir veikts pie Floridas Atlantijas okeāna krastiem. Tur krasta līnijas nogulumi tiek padziļināti un apstrādāti, lai noņemtu smago minerālu smiltis. Ilmenīts ir galvenais titānu saturošais minerāls, kas atgūts ar šo darbību.

Kalnrūpniecība ir notikusi daudzās vietās Virdžīnijā. Zilo Ridža fiziogrāfiskajā provincē ilmenītus saturošs anortosīta korpuss ir pakļauts erozijai. Šīs erozijas rezultātā iegūtie nogulumi lokāli var saturēt dažus procentus smago minerālu pēc svara, un ilmenīts ir primārais titānu saturošais minerāls. Šīs atradnes ir izraktas un apstrādātas, lai noņemtu to smago minerālu saturu. Teritorija, kurā notiek šī ieguve, atbilst titānam bagātajiem straumju nogulumiem un augsnēm, no kurām Nacionālajā ģeoķīmiskajā apsekojumā ņemti, analizēti un kartēti paraugi (skatīt pievienoto karti).

Lai izpildītu savas titāna prasības, Amerikas Savienotās Valstis importē titāna minerālu koncentrātus. Vadošie titāna ražotāji ir Austrālija, Kanāda, Ķīna, Japāna, Kenija, Madagaskara, Mozambika, Norvēģija, Krievija, Saūda Arābija, Senegāla, Sjerraleone un Dienvidāfrika.