Titanverarbeitung, die Gewinnung von Titan aus seinem Erzen sowie die Herstellung von Titan - Legierungen oder Verbindungen für die Verwendung in verschiedenen Produkten.
Titan (Ti) ist ein weiches, duktiles, silbergraues Metall mit einem Schmelzpunkt von 1.675 ° C (3.047 ° F). Aufgrund der Bildung eines Oxidfilms auf seiner Oberfläche, der chemisch relativ inert ist, weist er in den meisten natürlichen Umgebungen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Darüber hinaus ist es leicht und hat eine Dichte (4,51 Gramm pro Kubikzentimeter) auf halbem Weg zwischen Aluminium und Eisen. Seine Kombination aus niedriger Dichte und hoher Festigkeit ergibt das effizienteste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht von unedlen Metallen für Temperaturen bis zu 600 ° C (1.100 ° F).
Da sein Atomdurchmesser vielen unedlen Metallen wie Aluminium, Eisen, Zinn und Vanadium ähnlich ist, kann Titan leicht legiert werden, um seine Eigenschaften zu verbessern. Wie Eisen kann das Metall in zwei kristallinen Formen vorliegen: hexagonal dicht gepackt (hcp) unter 883 ° C (1.621 ° F) und kubisch (bcc) bei höheren Temperaturen bis zu seinem Schmelzpunkt. Dieses allotrope Verhalten und die Fähigkeit, mit vielen Elementen zu legieren, führen zu Titanlegierungen mit einem breiten Spektrum an mechanischen und korrosionsbeständigen Eigenschaften.
Obwohl Titanerze reichlich vorhanden sind, erfordert die hohe Reaktivität des Metalls mit Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in der Luft bei erhöhten Temperaturen komplizierte und daher kostspielige Produktions- und Herstellungsprozesse.
Geschichte
Titanerz wurde erstmals 1791 in Cornish Beach Sand von einem englischen Geistlichen, William Gregor, entdeckt. Die eigentliche Identifizierung des Oxids erfolgte einige Jahre später durch einen deutschen Chemiker, MH Klaproth. Klaproth gab dem Metallbestandteil dieses Oxids den Namen Titan, nach den Titanen, den Giganten der griechischen Mythologie.
Reines metallisches Titan wurde erstmals 1906 oder 1910 von MA Hunter am Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, New York, USA) in Zusammenarbeit mit der General Electric Company hergestellt. Diese Forscher glaubten, dass Titan einen Schmelzpunkt von 6.000 ° C (10.800 ° F) hatte und daher ein Kandidat für Glühlampenfilamente war. Als Hunter jedoch ein Metall mit einem Schmelzpunkt näher an 1.800 ° C (3.300 ° F) herstellte, Die Anstrengung wurde aufgegeben. Trotzdem wies Hunter darauf hin, dass das Metall eine gewisse Duktilität aufweist, und sein Verfahren zur Herstellung durch Umsetzung von Titantetrachlorid (TiCl 4) mit Natrium unter Vakuum wurde später kommerzialisiert und ist jetzt als Hunter-Verfahren bekannt. Metall mit signifikanter Duktilität wurde 1925 von den niederländischen Wissenschaftlern AE van Arkel und JH de Boer hergestellt, die Titantetraiodid auf einem heißen Filament in einem evakuierten Glaskolben dissoziierten.
1932 produzierte William J. Kroll aus Luxemburg durch die Kombination von TiCl 4 mit Calcium erhebliche Mengen an duktilem Titan. Bis 1938 hatte Kroll 20 Kilogramm Titan produziert und war überzeugt, dass es ausgezeichnete Korrosions- und Festigkeitseigenschaften besaß. Zu Beginn des Zweiten Weltkriegs floh er aus Europa und setzte seine Arbeit in den USA bei der Union Carbide Company und später beim US Bureau of Mines fort. Zu diesem Zeitpunkt hatte er das Reduktionsmittel von Calcium auf Magnesiummetall umgestellt. Kroll gilt heute als der Vater der modernen Titanindustrie, und das Kroll-Verfahren ist die Grundlage für die aktuellste Titanproduktion.
Eine 1946 durchgeführte Studie der US Air Force kam zu dem Schluss, dass Legierungen auf Titanbasis technische Materialien von potenziell großer Bedeutung sind, da der aufkommende Bedarf an höheren Verhältnissen von Festigkeit zu Gewicht in Düsenflugzeugstrukturen und -triebwerken weder durch Stahl noch durch Aluminium effizient befriedigt werden konnte. Infolgedessen bot das Verteidigungsministerium 1950 Produktionsanreize für den Start der Titanindustrie. Ähnliche industrielle Kapazitäten wurden in Japan, der UdSSR und dem Vereinigten Königreich gegründet. Nachdem die Luft- und Raumfahrtindustrie diesen Anstoß gegeben hatte, eröffnete die sofortige Verfügbarkeit des Metalls Möglichkeiten für neue Anwendungen in anderen Märkten wie der chemischen Verarbeitung, der Medizin, der Stromerzeugung und der Abfallbehandlung.
Erze
Titan ist das vierthäufigste Strukturmetall der Erde und wird nur von Aluminium, Eisen und Magnesium übertroffen. Verarbeitbare Mineralvorkommen sind weltweit verteilt und umfassen Standorte in Australien, den USA, Kanada, Südafrika, Sierra Leone, der Ukraine, Russland, Norwegen, Malaysia und mehreren anderen Ländern.
Die vorherrschenden Mineralien sind Rutil, das etwa 95 Prozent Titandioxid (TiO 2) enthält, und Ilmenit (FeTiO 3), das 50 bis 65 Prozent TiO 2 enthält. Ein drittes Mineral, Leukoxen, ist eine Veränderung von Ilmenit, aus der ein Teil des Eisens auf natürliche Weise ausgelaugt wurde. Es hat keinen spezifischen Titangehalt. Titanmineralien kommen in alluvialen und vulkanischen Formationen vor. Ablagerungen enthalten normalerweise zwischen 3 und 12 Prozent schwere Mineralien, bestehend aus Ilmenit, Rutil, Leukoxen, Zirkon und Monazit.
