Preços, ocorrência, extração e uso do Titan

O titânio é um elemento químico com o símbolo do elemento Ti e o número atômico 22. Pertence aos metais de transição e está no 4º subgrupo (grupo 4) ou grupo do titânio na tabela periódica. O metal é branco-metálico, brilhante, leve, forte, flexível, resistente à corrosão e à temperatura. Portanto, é particularmente adequado para aplicações que requerem alta resistência à corrosão, resistência e baixo peso. Devido ao complicado processo de fabricação, o titânio é dez vezes mais caro do que o aço convencional.

O titânio foi descoberto em 1791 na Inglaterra pelo clérigo e químico amador William Gregor em ferro titânio. Em 1795, o químico alemão Heinrich Klaproth também o descobriu em minério de rutilo e deu ao elemento seu nome atual - baseado nos deuses gregos dos titãs.

No entanto, só em 1831 Justus von Liebig conseguiu extrair titânio metálico do minério. O titânio metálico puro (99,9%) foi produzido pela primeira vez por Matthew A. Hunter em 1910, aquecendo o tetracloreto de titânio com sódio a 700 a 800 ° C em uma bomba de aço.

Foi só na década de 1940 que William Justin Kroll conseguiu usar o processo Kroll para desenvolver titânio para aplicações comerciais, introduzindo a redução em grande escala de tetracloreto de titânio com magnésio.

ocorrência

O titânio ocorre na crosta terrestre apenas em conexão com o oxigênio como um óxido. Não é raro, com um teor de 0,565%, encontra-se na 9ª posição na abundância do elemento na crosta continental. Normalmente, só está disponível em baixas concentrações.

Minerais importantes são:

• Ilmenita (minério de ferro de titânio), FeTiO3
• Leucoxeno, um ilmenite com baixo teor de ferro
• Perovskite, CaTiO3
• Rutilo, TiO2
• Titanita (Sphene), CaTi [SiO4] O
• Titanatos como o titanato de bário (BaTiO3)
• Companheiro em minérios de ferro.

Os principais depósitos estão na Austrália, Escandinávia, América do Norte, Urais e Malásia. Depósitos foram descobertos no Paraguai em 2010, mas sua exploração está planejada apenas até o momento.

Os meteoritos podem conter titânio. O titânio também foi detectado no sol e em estrelas da classe espectral M. Também existem depósitos na lua da Terra. Amostras de rocha da missão lunar Apollo 17 continham até 12,1% de TiO₂. Existem considerações para a mineração de asteróides.

Também está contido em cinzas de carvão, plantas e no corpo humano.

Produção de titânio em mil toneladas

Posição	Terreno	2003	2004	2005
1	Austrália	1 300	2 110	2 230
2	África do Sul	1 070	1 130	1 130
3	Canadá	810	870	870
4	China	400	840	820
5	Norwegen	380	370	420

recuperação 

O titânio puro dificilmente ocorre na terra. O titânio é extraído da ilmenita ou rutilo. O processo de fabricação utilizado é bastante complexo, o que se reflete no alto preço do titânio. Em 2008, uma tonelada de esponja de titânio custava em média 12.000 mil euros.

O processo de fabricação permaneceu quase inalterado desde que o processo Kroll foi descoberto. Normalmente baseado em ilmenita ou rutilo, o dióxido de titânio enriquecido é convertido no calor com cloro e carbono em cloreto de titânio (IV) e monóxido de carbono. Em seguida, a redução a titânio ocorre usando magnésio líquido. Para produzir ligas usináveis, a esponja de titânio resultante deve ser fundida novamente em um forno a arco a vácuo.

O maior produtor de titânio e ligas de titânio é a VSMPO-AVISMA, com sede em Verkhnyaya Salda ou Yekaterinburg nos Urais, que é propriedade indireta do estado russo desde 12 de setembro de 2006 por meio da holding Rosoboronexport.

O titânio mais puro é obtido pelo processo Van Arkel de Boer.

Propriedades 

No ar, o titânio forma uma camada protetora óxida extremamente resistente que o torna resistente à corrosão em muitos meios. A alta resistência com uma densidade relativamente baixa é notável. Acima de uma temperatura de 400 ° C, as propriedades de resistência diminuem rapidamente. O titânio ultrapuro é dúctil. Em temperaturas mais altas, ele se torna quebradiço muito rapidamente devido à absorção de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio. A alta reatividade do titânio com muitos meios em temperaturas elevadas ou pressão elevada também deve ser levada em consideração, se a camada passiva não puder lidar com o ataque químico. Aqui, a velocidade de reação pode aumentar até uma explosão. Em oxigênio puro a 25 ° C e 25 bar, o titânio queima completamente a partir de uma borda recém-cortada para formar dióxido de titânio. Apesar da camada de passivação, reage com o oxigênio em temperaturas acima de 880 ° C e com cloro em temperaturas acima de 550 ° C. O titânio também reage (“queima”) com o nitrogênio puro, o que deve ser levado em consideração na usinagem, por exemplo, por causa do calor gerado.

O titânio é resistente ao ácido sulfúrico diluído, ácido clorídrico, soluções contendo cloreto, ácido nítrico frio e a maioria dos ácidos e bases orgânicos, como o hidróxido de sódio. Em contraste, ele se dissolve lentamente em ácido sulfúrico concentrado, com a formação de sulfato de titânio violeta. Devido ao risco de explosão, as condições de operação devem ser estritamente observadas ao usar cloro gasoso.

As propriedades mecânicas e o comportamento corrosivo podem ser consideravelmente melhorados com a adição de ligas menores de alumínio, vanádio, manganês, molibdênio, paládio, cobre, zircônio e estanho.

O titânio torna-se supercondutor abaixo de uma temperatura de 0,4 K.

Abaixo de 880 ° C, o titânio está presente em um empacotamento hexagonal de esferas mais próximo. Uma estrutura de rede cúbica centrada no corpo se forma acima de 880 ° C.

ligas de titânio 

Ligas de titânio são frequentemente utilizadas de acordo com o padrão ASTM dos EUA Grau 1 para 35 é caracterizado. Grau 1 a 4 denotam titânio puro com vários graus de pureza.

O titânio puro tem o número de material 3.7034; o material economicamente mais importante usado (também para lâminas de turbocompressor) Ti-6Al-4V (6% alumínio, 4% vanádio, ASTM:Grau 5) tem os números 3.7165 (aplicação industrial) e 3.7164 (aplicações aeroespaciais).

Outras importantes ligas de titânio usadas principalmente na indústria aeroespacial:

O nitinol (níquel-titânio) é a chamada liga com memória de forma.

Usar 

O titânio é usado principalmente como um componente de micro-liga para aço. Ele dá ao aço alta tenacidade, resistência e ductilidade, mesmo em concentrações de 0,01-0,1 por cento em peso. Em aços inoxidáveis, o titânio evita a corrosão intergranular.

As ligas à base de titânio são significativamente mais caras do que as superligas, em torno de 45 € / kg. Portanto, eles são usados ​​apenas para os requisitos mais elevados:

Aplicações em água do mar e meios contendo cloreto

• Peças de hélice de navio, como eixos e suportes para aplicações marítimas
• Peças integradas em usinas de dessalinização de água do mar
• Componentes para a evaporação de soluções de cloreto de potássio
• Ânodos de transmissões de cabo submarino HVDC
• Aparelho em plantas de química de cloro

Artigos ao ar livre e esportivos

• para bicicletas de alta qualidade em conexão com alumínio e vanádio como material de quadro
• (Mergulho) facas com lâminas de titânio ou liga de titânio, bem como talheres
• como estacas de tenda (alta resistência apesar do baixo peso)
• para clubes de golfe como cabeça de clube
• com raquetes de tênis no quadro
• no tiro com bastão como um bastão extremamente estável com o bastão de gelo
• como um parafuso de gelo particularmente leve para montanhismo
• como um eixo de lacrosse para maior resistência e menor peso
• como um líder firme na pesca de peixes predadores com dentes afiados

Use na forma de compostos

• Fabricação de gemas artificiais relativamente macias
• Os monocristais de safira dopados com titânio servem como meio ativo no laser de safira de titânio para pulsos ultracurtos na faixa do femtossegundo
• como tetracloreto de titânio para a produção de espelhos de vidro e nevoeiro artificial
• Formação de fases intermetálicas (Ni₃Ti) em ligas de níquel de alta temperatura
• ligas supercondutoras de nióbio-titânio (por exemplo, como cabos supercondutores em eletroímãs de HERA em DESY)
• em pirotecnia
• Mais de 90% da produção de minério de titânio é processada principalmente em dióxido de titânio usando o cloreto e, em menor extensão, o processo de sulfato.
• como titânio para revestimentos de pastilhas intercambiáveis ​​e fresas em tecnologia de produção

Conexões do titânio

com boro, carbono ou nitrogênio são usados ​​como materiais duros. Os compostos de titânio também são usados ​​para fabricar cermets, materiais compostos feitos de cerâmica e metal.

peças de construção

• Peças de desgaste em sistemas de solda, contato direto com solda elétrica até 500 ° C
• Molas no chassi do veículo
• em aeronaves e naves espaciais para peças particularmente estressadas que ainda precisam ser leves (pele externa em velocidades supersônicas, lâminas de compressor e outras peças do motor)
• em turbinas a vapor para as lâminas mais pesadamente carregadas da parte de baixa pressão
• na armadura: alguns tipos de submarinos da antiga União Soviética tinham cascos de pressão feitos de uma liga de titânio (por exemplo, classe Mike, classe Alfa, classe Papa ou classe Sierra). Além disso, o titânio é usado com mais frequência na aviação militar do que na civil. Como resultado, no auge da produção de armamentos soviéticos, uma grande parte do titânio extraído em todo o mundo foi produzido na Rússia e reconstruído.
• por causa de sua baixa densidade na produção de indicadores de nível e flutuadores

Medicina

• Como biomaterial para implantes em tecnologia médica e odontológica (implantes dentários, aproximadamente 200.000 peças por ano apenas na Alemanha) devido à sua excelente resistência à corrosão em contraste com outros metais. Não há reação de rejeição imunológica (alergia a implantes). Também é usado para coroas dentárias e pontes dentárias devido ao seu custo significativamente mais baixo em comparação com ligas de ouro. Em ortopedia cirúrgica para próteses metálicas de perna (próteses da articulação do quadril) e substituições da cabeça femoral, substituições da articulação do joelho após osteoartrite, é usado em massa. A camada de óxido de titânio permite que os ossos cresçam firmemente sobre o implante (osseointegração) e, assim, permite que o implante artificial seja instalado permanentemente no corpo humano.
• Na cirurgia da orelha média, o titânio é o material preferido para próteses de ossículos auditivos e tubos de timpanostomia.
• Na neurocirurgia, os clipes de titânio (para operações de aneurisma) substituíram amplamente os clipes feitos de aço inoxidável devido às suas propriedades de RMN mais favoráveis.

eletrônica

• Em 2002, a Nokia lançou o celular 8910 e um ano depois o celular 8910i, que tem um case de titânio.
• Em abril de 2002, a Apple Inc. lançou o notebook "PowerBook G4 Titanium" no mercado. Grandes partes da caixa eram feitas de titânio e a versão da tela de 15,2 "com espessura de 1" pesava apenas 2,4 kg.
• Alguns notebooks da série ThinkPad da Lenovo (anteriormente IBM) têm uma caixa de plástico reforçada com titânio ou uma estrutura feita de um composto de titânio-magnésio.

Outras aplicações

• Joias, relógios e armações de óculos em titânio
• Moedas com núcleo de titânio (por exemplo, moedas austríacas de 200 xelins)
• Bomba de sublimação de titânio para geração de ultra-alto vácuo
• Galvanoplastia como estrutura de suporte para a oxidação anódica do alumínio (ELOXAL)
• Como parte dos coletes à prova de bala padronizados de acordo com CRISAT

prova 

TiO²⁺ forma um complexo amarelo-laranja característico com peróxido de hidrogênio (complexo triaquohydroxooxotitan (IV)), que também é adequado para detecção fotospectrométrica.

Uniformizar

As ligas de titânio e titânio são padronizadas em:

• DIN 17850, Edição: 1990-11 Titanium; composição quimica
• ASTM B 348: Especificação padrão para titânio e liga de titânio, barras e tarugos
• ASTM B 265: Especificação padrão para titânio e liga de titânio, folhas e placas
• ASTM F 67: Especificação padrão para titânio não ligado, para aplicações em implantes cirúrgicos
• ASTM F 136: Especificação padrão para liga de titânio forjado 6Alumínio-4Vanádio ELI (intersticial extra baixa) para aplicações em implantes cirúrgicos
• ASTM B 338: Especificação padrão para tubos de liga de titânio e titânio sem costura e soldados para condensadores e trocadores de calor
• ASTM B 337: Especificação para Tubo de Liga de Titânio e Titânio Sem Costura e Soldado

segurança

O titânio é inflamável como um pó e compactamente inofensivo. A maioria dos sais de titânio são considerados inofensivos. Compostos inconsistentes, como o tricloreto de titânio, são altamente corrosivos, pois formam ácido clorídrico com vestígios de água.

O tetracloreto de titânio é usado em velas e granadas de fumaça; reage com a umidade e forma uma fumaça branca de dióxido de titânio, bem como névoa de ácido clorídrico.

As desvantagens biológicas do titânio no corpo humano são atualmente desconhecidas. Assim, as articulações do quadril feitas com titânio ou implantes de mandíbula, ao contrário do níquel, não causaram alergias.

Conexões

Enquanto o titânio metálico é reservado apenas para aplicações técnicas exigentes devido aos seus altos custos de fabricação, o dióxido de titânio pigmentado de cor relativamente barato e não tóxico tornou-se um companheiro na vida cotidiana. Praticamente todos os plásticos e tintas brancos hoje em dia, incluindo corantes alimentícios, contêm dióxido de titânio (é encontrado nos alimentos como E 171). Mas os compostos de titânio também são usados ​​em engenharia elétrica e tecnologia de materiais e, mais recentemente, na fabricação de baterias de alto desempenho para propulsão de veículos (baterias de titanato de lítio).

• Titanato de bário, BaTiO₃
• titanato de lítio
• Cloreto de titânio (III), TiCl₃
• Boreto de titânio, TiB
• Carboneto de titânio, TiC
• Nitreto de titânio, TiN
• Cloreto de titânio (IV), TiCl₄
• TiO de óxido de titânio (II)
• Ti óxido de titânio (III)₂O₃
• Óxido de titânio (IV) (branco de titânio), TiO₂
• Subóxidos de titânio com uma composição de TiO a Ti₂O
• Sulfato de óxido de titânio (IV) (sulfato de titanilo), TiOSO₄
• ferrotitanium
• Nitinol, um metal com memória
• Hidreto de titânio, TiH₂

Geral
Nome, símbolo, número atômico	Titânio, Ti, 22
série	metais de transição
Grupo, período, bloco	4, 4, d
Aparência	metálico prateado
número CAS	7440-32-6
Fração de massa da concha de terra	0,41%
nuclear
massa atômica	47,867 u
Raio atômico (calculado)	140 (176) pm
Raio covalente	160 pm
configuração electrónica	[Ar] 3d2 4s2
função de trabalho	4,33 eV
1. ionização	658,8 kJ / mol
2. ionização	1309,8 kJ / mol
3. ionização	2652,5 kJ / mol
4. ionização	4174,6 kJ / mol
fisicamente
estado físico	fest
estrutura de cristal	hexagonal (até 882 ° C, acima do curto)
densidade	4,50 g / cm3 (25 ° C)
dureza de Mohs	6
magnetismo	paramagnético ( = 1,8 10-4)
ponto de fusão	1941 K (1668 ° C)
ponto de ebulição	3560 K (3287 ° C)
Volume molar	10,64 · 10-6 m3/ mol
Calor de vaporização	425 kJ / mol
calor de fusão	18,7 kJ / mol
velocidade do som	4140 m / s em 293,15 K
Capacidade de calor específico	523 J / (kg K)
Condutividade elétrica	2,5 · 106 A / (v · m)
condutividade térmica	22 W / (m K)
mecanicamente
módulo	105 GPa (= 105 kN / mm2)
Poisson	0,34
Químico
estados de oxidação	+ 2, + 3, +4
Óxidos (basicidade)	TiO2 (Anfotérico)
potencial normais	-0,86 V (TiO2+ + 2 H.+ + 4 e- → Ti + H2O)
eletronegatividade	1,54 (escala de Pauling)
isótopo
isótopo NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 44Ti {Syn.} 49 a ε 0,268 44Sc 45Ti {Syn.} 184,8 min ε 2,062 45Sc 46Ti 8,0% estável 47Ti 7,3% estável 48Ti 73,8 % estável 49Ti 5,5% estável 50Ti 5,4% estável 51Ti {Syn.} 5,76 min β- 2,471 51V 52Ti {Syn.} 1,7 min β- 1,973 52V
propriedades de RMN
Spin γ em rad * T-1· s-1 Er(1H) fL em W = 4,7 T em MHz 47Ti -5 / 2 1,508 · 107 0,00209 11,3 49Ti -7 / 2 1,508 · 107 0,00376 11,3
segurança
GHS substâncias perigosas rotulagem pó

Frases H e P de perigo H: 250EUH: nenhuma taxa de EUHP: 222- 231- 422 Rotulagem de substância perigosa (pó)Pó

leve inflamável	encantador
(F)	(Xi)

R- und S-SätzeR: 17-36/37/38S: 26 (Pulver)

Preços Titan

Preço Titan -> preços para metais estratégicos