Металлы

Использование металлического титана и диоксида титана

Использование металлического титана и диоксида титана



Самолет-разведчик ЦРУ А-12: Фотография сверхзвукового разведывательного самолета ЦРУ А-12 «Титановый гусь», готовящегося к заправке на большой высоте. Название соответствует, так как многие его части сделаны из титана. Изображение Центрального разведывательного управления.

Что такое титан?

Титан - это серебристый металл, который прочен, устойчив к коррозии и инертен. Это девятый самый распространенный элемент в земной коре. Вместо того, чтобы встречаться в крупных месторождениях, небольшие количества титана встречаются почти в каждой породе.

Титан является важным компонентом в небольшом количестве минералов. Около 90% титана в земной коре содержится в ильмените, минерале, о котором большинство людей никогда не слышали. Это оксид железа и титана с химическим составом FeTiO3, Остальной приповерхностный титан Земли находится в минералах, таких как анатаз, брукит, лейкоксен, перовскит, рутил и сфен.

Нитинол 60: Нитинол 60 представляет собой сплав, содержащий 60 процентов никеля и 40 процентов титана. Обычно для изготовления подшипников используется нержавеющая сталь, потому что она твердая, но нержавеющая сталь подвержена коррозии. Нитинол 60 решил проблему коррозии без потери прочности и не вступал в реакцию со смазочными материалами для подшипников. Изображение НАСА.

Использование титанового металла

Титан - это знакомый металл. Многие знают, что он используется в ювелирном деле, протезировании, теннисных ракетках, вратарских масках, ножницах, рамах для велосипедов, хирургических инструментах, мобильных телефонах и других высокопроизводительных продуктах. Титан такой же прочный, как сталь, но весит примерно вдвое меньше. Он вдвое прочнее алюминия, но на 60% тяжелее.

Титан объединяется с железом, алюминием, ванадием, никелем, молибденом и другими металлами для производства высокоэффективных сплавов. Для реактивных двигателей, космических кораблей, военной техники, подшипников, бронежилетов и других высокотехнологичных изделий требуются детали, изготовленные из этих сплавов.

Титановые детали самолетов: Металл и сплавы титана обеспечивают высокопрочные, легкие, устойчивые к коррозии детали для авиационных двигателей, органов управления и конструктивных элементов. У этого NASA F-16XL есть титановая перчатка для исследований ламинарного потока, покрывающая часть его левого крыла. НАСА изображение Джим Росс.

Белая краска: Большая часть белой краски, используемой сегодня, содержит диоксид титана в качестве пигмента. Это дает краске яркий белый цвет, который является постоянным, с непрозрачностью, чтобы покрыть в один слой, и яркостью, которая отражает свет. Когда краска высыхает, минеральное покрытие, которое остается на вашей стене, представляет собой диоксид титана.

Что такое диоксид титана?

Диоксид титана - яркий, белый, непрозрачный материал с химическим составом TiO2, Его получают путем окисления ильменита или других минералов титана при высоких температурах. Затем его измельчают в мелкий порошок, необходимый для его многократного использования.

Примерно в десять раз больше титана используется в форме диоксида титана по сравнению с металлическим титаном. Большинство людей никогда не слышали об использовании титана в этой форме. Это потому, что диоксид титана является ингредиентом в продуктах, а не основным материалом.

Полировочные составы: Порошок диоксида титана тщательно классифицируется по размеру частиц и продается как полироль для лапидарной и металлической обработки. Изображение представляет собой бочкообразный бочонок, только что открытый густой белой пеной лака.

Использование диоксида титана

Наиболее распространенным применением титана является отбеливающий, осветляющий и матирующий агент. Высококачественные белые краски обычно содержат значительные количества диоксида титана, который имеет пигментное название «титановый белый». Диоксид титана увеличивает белизну и отражательную способность краски. Когда вы входите в комнату и включаете свет, краска обладает высокой отражающей способностью и делает комнату ярче, потому что от окрашенных поверхностей отражается больше света. Диоксид титана также увеличивает непрозрачность краски, позволяя одному слою покрывать то, что ниже, во многих ситуациях.

В течение почти 2000 лет «свинцово-белый» был важным пигментом, используемым в белой краске. В 1904 году производитель красок Шервин-Уильямс сообщил об опасности краски, содержащей свинцовый пигмент. С этого времени производители красок начали отходить от свинцовых пигментов, и титановый пигмент был наиболее жизнеспособной заменой. Сегодня большая часть производимой белой краски имеет в качестве пигмента диоксид титана.

Диоксид титана вдавливается в волокна высококачественной бумаги, чтобы улучшить их белизну, яркость и текстуру. Это добавлено к обезжиренному молоку, чтобы улучшить его белизну и непрозрачность. По той же причине его добавляют в зубную пасту, резину, пластмассу, косметику, солнцезащитный крем и многие продукты питания. Эти материалы используются почти каждым человеком на Земле почти каждый день. Мало кто осознает ту роль, которую играет в них титан. Это может использоваться в продуктах питания, косметике и других продуктах, которые люди потребляют, потому что это инертно.

Порошок диоксида титана также сортируется до частиц определенного размера для использования в качестве полирующего состава. Используется для полировки драгоценных камней, металлов и других материалов. Он часто менее эффективен, чем другие полироли, но когда он эффективен, может обеспечить экономию средств.

Тяжелый минеральный песок: Мелкие копания на Фолли Бич, Южная Каролина, обнажают тонкие слои тяжелых минеральных песков. Большая часть добываемого сегодня ильменита добывается из песков с высокой концентрацией минералов. Фото Карлтон Берн, Геологическая служба США.

Откуда появился титан?

Большая часть титана в мире производится добычей тяжелых минеральных песков. Эти пески происходят вниз по склону от открытых масс магматических пород, таких как габбро, норит и анортозит. Эти породы содержат титансодержащие минералы, такие как ильменит, анатаз, брукит, лейкоксен, перовскит, рутил и сфен.

Когда эти породы разрушаются от атмосферных воздействий, титановые минералы являются одними из самых стойких. Они концентрируются в результате выветривания и транспортируются вниз по течению в виде песчинок и ила. В конце концов они откладываются в виде песка вдоль береговой линии континента. Это где они обычно драгируются или добываются. Добыча полезных ископаемых также происходит во внутренних районах, где минералы титана были отложены в периоды уровня моря выше, чем мы знаем сегодня.

Эти тяжелые минеральные пески могут содержать несколько процентов по массе ильменита и других титановых минералов. После добычи песка он направляется на обогатительную фабрику, которая восстанавливает титансодержащие минералы. Другие ценные минералы могут быть извлечены одновременно. Затем они обрабатываются или продаются для производства металлического титана или диоксида титана. Песок затем возвращается в место, где он был добыт, и пляж восстанавливается.

Титан в речных отложениях и почвах: Карта, показывающая содержание титана в форме диоксида титана в речных отложениях и почвах части восточной части Соединенных Штатов. Зона с высоким содержанием титана, соответствующая физиографической провинции Вирджиния-Блю-Ридж, имеет значения более 3 мас.% Диоксида титана, Геологическая служба США.

Производство титана в США

Соединенные Штаты используют больше титановых минералов, чем производят в настоящее время, что делает их нетто-импортером титана. Ограниченное количество дноуглубительных работ произошло у атлантического побережья Флориды. Там отложения береговой линии подвергаются выемке и обработке для удаления тяжелых минеральных песков. Ильменит является основным титаносодержащим минералом, полученным в результате этой деятельности.

Наземные разработки произошли во многих местах в штате Вирджиния. Там в физиографической провинции Блю-Ридж ильменитсодержащий анортозитовый корпус подвергся эрозии. Отложения, полученные в результате этой эрозии, могут локально содержать несколько процентов тяжелых минералов по весу, при этом ильменит является основным титаносодержащим минералом. Эти отложения были выкопаны и обработаны, чтобы удалить их тяжелое содержание минералов. Район, в котором происходит эта добыча, соответствует богатым титаном осадочным потокам и почвам, отобранным, проанализированным и нанесенным на карту Национальной геохимической службой (см. Прилагаемую карту).

Для удовлетворения своих потребностей в титане Соединенные Штаты импортируют титановые минеральные концентраты. Ведущие производители титана: Австралия, Канада, Китай, Япония, Кения, Мадагаскар, Мозамбик, Норвегия, Россия, Саудовская Аравия, Сенегал, Сьерра-Леоне и Южная Африка.