Metallid

Titaanmetall ja titaandioksiid

Titaanmetall ja titaandioksiid



CIA A-12 luurelennuk: Foto CIA A-12 ülehelikiirusega luurelennust nimega "Titaanhani", kes valmistub tankima kõrgel kõrgusel. Nimi sobib, kuna paljud selle osad on valmistatud titaanist. Pilt luure keskagentuuri poolt.

Mis on titaan?

Titaan on hõbedane metall, mis on tugev, korrosioonikindel ja inertne. See on maapõues üheksanda arvukaim element. Selle esinemise asemel suurtes leiukohtades leidub peaaegu igas kivimis väikestes kogustes titaani.

Titaan on väheste mineraalide oluline koostisosa. Ligikaudu 90% maapõue titaanist toimub ilmeniidis - mineraalis, millest enamik inimesi pole kunagi kuulnud. See on raud-titaanoksiid, mille keemiline koostis on FeTiO3. Ülejäänud Maa pinnal asuv titaan on mineraalides, näiteks anaasis, brooktis, leukokseenis, perovskiidis, rutiilis ja sfeenis.

Nitinool 60: Nitinool 60 on sulam, mis sisaldab 60 protsenti niklit ja 40 protsenti titaani. Tavaliselt kasutatakse laagrite valmistamiseks roostevaba terast, kuna see on kõva, kuid roostevaba teras on korrosioonile avatud. Nitinol 60 lahendas korrosiooniprobleemi tugevust kaotamata ega reageerinud laagrimäärdetele. Pilt NASA poolt.

Titaanmetallide kasutusalad

Titaan on tuttav metall. Paljud inimesed teavad, et seda kasutatakse ehetes, proteesides, tennisereketites, väravavahtide maskides, käärides, jalgrattaraamides, kirurgilistes tööriistades, mobiiltelefonides ja muudes suure jõudlusega toodetes. Titaan on sama tugev kui teras, kuid kaalu umbes poole vähem. See on kaks korda tugevam kui alumiinium, kuid ainult umbes 60% raskem.

Titaan ühendab rauda, ​​alumiiniumi, vanaadiumi, niklit, molübdeeni ja muid metalle, et saada kõrgjõudlusega sulameid. Reaktiivmootorid, kosmoseaparaadid, sõjavarustus, laagrid, kererüü ja muud kõrgtehnoloogilised tooted vajavad nende sulamitest valmistatud osi.

Titaanist õhusõidukite osad: Titaanmetall ja sulamid pakuvad ülitugevaid, kergeid, korrosioonikindlaid osi lennukite mootoritele, juhtseadistele ja konstruktsioonikomponentidele. Sellel NASA F-16XL-l on titaankindad laminaarse voolu uuringute jaoks, mis katab osa vasakpoolsest tiivast. NASA pildi autor Jim Ross.

Valge värv: Enamik tänapäeval kasutatavast valgest värvist sisaldab pigmendina titaandioksiidi. See annab värvi erksa valge värvi, mis on püsiv, läbipaistmatusega katta ühe kihina, ja heleduse, mis peegeldab valgust. Kui värv kuivab, on teie seinale jäänud mineraalkatteks titaandioksiid.

Mis on titaandioksiid?

Titaandioksiid on särav, valge, läbipaistmatu materjal, mille keemiline koostis on TiO2. Seda toodetakse kõrgel temperatuuril ilmeniidi või muude titaanmineraalide oksüdeerimisega. Seejärel jahvatatakse see peeneks pulbriks, mida on vaja selle mitmel otstarbel kasutamiseks.

Titaandioksiidi kujul kasutatakse titaandioksiidi kujul umbes kümme korda rohkem titaani. Enamik inimesi pole kunagi kuulnud titaani sellisel kujul kasutamisest. Seda seetõttu, et titaandioksiid on pigem toodete koostisosa kui esmane materjal.

Poleerimisühendid: Titaandioksiidipulber klassifitseeritakse hoolikalt osakeste suuruse järgi ja müüakse pulga- ja metallitööde poleerimiseks. Kujutis on kivimütsike tünn, mis avati just paksu valge poola vahuga.

Titaandioksiidi kasutusalad

Titaani kasutatakse kõige sagedamini valgendava, valgendava ja läbipaistmatust tekitava ainena. Kvaliteetsed valged värvid sisaldavad tavaliselt märkimisväärses koguses titaandioksiidi, mille pigmendi nimi on "titaanvalge". Titaandioksiid suurendab värvi valgust ja peegelduvust. Ruumi sisenedes ja valgust sisse lülitades on värv hästi peegelduv ja see muudab ruumi heledamaks - kuna värvitud pindadest peegeldub rohkem valgust. Titaandioksiid suurendab ka värvi läbipaistmatust, võimaldades ühel kihil katta paljudes olukordades alumist.

Ligi 2000 aastat oli "pliivalge" oluline pigment, mida kasutati valges värvis. 1904. aastal teatas värvitootja Sherwin-Williams plii-pigmenti sisaldava värvi ohtudest. Sellest ajast hakkasid värvitootjad pliipigmentidest eemalduma ja titaanpigment oli kõige otstarbekam asendaja. Tänapäeval on enamiku toodetud valge värvi pigmendina titaandioksiid.

Titaandioksiid pressitakse kvaliteetse paberi kiududesse, et parandada nende valgust, heledust ja tekstuuri. Seda lisatakse kooritud piimale, et parandada selle valgust ja läbipaistmatust. Seda lisatakse samal põhjusel hambapastasse, kummi, plastidesse, kosmeetikasse, päikesekaitsetoodetesse ja paljudesse toiduainetesse. Need on materjalid, mida peaaegu iga inimene Maa peal kasutab peaaegu iga päev. Vähesed inimesed mõistavad titaani rolli neis. Seda saab kasutada toitudes, kosmeetikas ja muudes toodetes, mida inimesed tarbivad, kuna see on inertne.

Titaandioksiidipulber liigitatakse ka poleerimisühendina kasutamiseks konkreetsete osakeste suuruste järgi. Seda kasutatakse vääriskivide, metallide ja muude materjalide poleerimiseks. See on sageli vähem efektiivne kui muud poleerimisvahendid, kuid tõhususe korral võib see kulude kokkuhoidu pakkuda.

Raske mineraalliiv: Lõuna-Carolinas Folly Beachis kaevates madalad pinnad paljastavad õhukesed rasked mineraalliivad. Enamik tänapäeval kaevandatud ilmeniidist pärineb tugeva mineraalide kontsentratsiooniga liivast. Foto autor: Carleton Bern, Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskus.

Kust titaan tuleb?

Suuremat osa maailma titaanist toodetakse raskete mineraalliivide kaevandamisel. Need liivad esinevad tardkivimite, näiteks gabbro, soovita ja anortosiidi paljastunud massist allapoole. Need kivimid sisaldavad titaani kandvaid mineraale, nagu ilmeniit, anataas, brookite, leukokseen, perovskiit, rutiil ja sfeen.

Kui need kivimid ilmastiku toimel lagunevad, on titaanmineraalid kõige vastupidavamad. Need kontsentreeruvad ilmastiku mõjul ja veetakse allavoolu liiva- ja mudateradena. Lõpuks ladestuvad nad liivana mandri rannajoonele. See on koht, kus neid tavaliselt süvendatakse või kaevandatakse. Kaevandamine toimub ka sisemaal, kus titaanmineraale ladestati merepinnast kõrgematel aegadel kui me täna teame.

Need rasked mineraalliivad võivad sisaldada mõni massiprotsenti ilmeniiti ja muid titaanmineraale. Pärast liiva kaevandamist läheb see töötlemisettevõttesse, mis taaskasutab titaani kandvaid mineraale. Samal ajal võidakse taastada ka muid väärtuslikke mineraale. Seejärel töödeldakse või müüakse neid titaandiummetalli või titaandioksiidi tootmiseks. Seejärel viiakse liiv tagasi kaevandamise kohta ja rand taasväärtustatakse.

Titaan ojasetetes ja pinnases: Kaart, mis näitab titaani sisalduse titaandioksiidi kujul USA idaosa idaosa settes ja pinnases. Titaanirikas tsoon, mis vastab Virginia Blue Ridge'i füsiograafilisele provintsile, sisaldab titaandioksiidi väärtusi üle 3 massiprotsendi, teatas USA geoloogiakeskus.

Titaani tootmine USA-s

USA kasutab rohkem titaanmineraale, kui praegu toodetakse, muutes selle titaani netoimportijaks. Florida Atlandi ookeani ranniku lähedal on toimunud süvendamine piiratud koguses. Seal süvendatakse ja töödeldakse kaldajoone setteid raskete mineraalliivide eemaldamiseks. Ilmeniit on selle tegevuse tulemusel taastatud esmane titaani sisaldav mineraal.

Kaevandusi on kaldal paljudes kohtades Virginias. Seal on Blue Ridge'i füsiograafilises provintsis ilmeniiti kandev anortosiidikeha erosiooni tagajärjel. Sellest erosioonist tulenevad setted võivad kohapeal sisaldada paar protsenti kaalu järgi raskeid mineraale, peamiseks titaani kandvaks mineraaliks on ilmeniit. Need maardlad on välja kaevatud ja töödeldud, et eemaldada nende raske mineraalide sisaldus. Piirkond, kus see kaevandamine toimub, vastab titaanirikastele ojasetele ja muldadele, millest on võetud proovid, analüüsitud ja kaardistatud riikliku geokeemilise uuringu abil (vt lisatud kaarti).

Oma titaaninõuete täitmiseks impordib Ameerika Ühendriigid titaanist mineraalide kontsentraate. Juhtivate titaanitootjate hulka kuuluvad: Austraalia, Kanada, Hiina, Jaapan, Keenia, Madagaskar, Mosambiik, Norra, Venemaa, Saudi Araabia, Senegal, Sierra Leone ja Lõuna-Aafrika.