Varför sägs titan vara framtidens metall?
År 1791 upptäckte HW Gregor, en brittisk präst och mineralogientusiast, först svart magnetisk sand (FeTiO3), en blandad oxid av titan och järn, från ilmenitmalm. Han insåg att mineralet kan innehålla ett nytt grundämne. År 1795 framställde den tyska kemisten MH Klaproth självständigt titanoxid från ungersk rutil och döpte den till "titan" efter jätten "Titan" född från jordens gud i grekisk mytologi. Det var inte förrän 1910 som den amerikanske kemisten MA Hunter ersatte titantetraklorid med metalliskt natrium för att erhålla elementärt titan med en renhet på 99,9 %. Detta är det 29:e elementet som upptäckts av människor, och dess latinska namn är också det första. Den andra gemena bokstaven bildar dess elementsymbol Ti. Det kinesiska namnet titanium är en ny fonetisk karaktär speciellt skapad av mitt land baserat på translitterationen av dess latinska namn.
fysikaliska egenskaper hos titan
Atomradien (kovalent radie) för titan är 132pm, jonradien är 68pm (4), 76pm (2), atomvikten är 47.86, atomvolymen är 10,65cm3 /mol, densiteten är 4,507 g/cm3, hårdheten är 4,0 grader och smältpunkten är 1660 grader, kokpunkten 3287 grader. Titanmetall är silvervit, och dess kristallstruktur är metallisk kristall och hexagonalt kristallsystem. Det ser ut som stål, har den högsta specifika hållfastheten, är resistent mot både låga och höga temperaturer, kan bibehålla hög hållfasthet i intervallet -250 grader till 500 grader och är också slitstarkt. Ren metall har god duktilitet och plasticitet och kan pressas in i plattor och trådar. Men när föroreningar är närvarande blir det hårt och skört. Den mekaniska hållfastheten hos titan är mycket hög, 3 gånger den hos aluminium och 6 gånger den hos magnesium, och det finns nästan ingen metallutmattning. Efter att titanmetall utsätts för mekanisk vibration eller elektrisk vibration har dess egen vibration den längsta dämpningstiden jämfört med stål, koppar och andra metaller eller legeringar. Den har god elektrisk ledningsförmåga och värmeöverföringsegenskaper, är icke-magnetisk, men kan bli en supraledare vid en låg temperatur på -272.74 grader . Flytande titan löser nästan alla metaller och kan bilda legeringar med många metaller.
Kemiska egenskaper hos titan
Valenselektronkonfigurationen för titan är 3d24s2, elektronegativitet 1,5, första elektronaffinitet 37,7kJ/mol, första joniseringsenergi 659kJ/mol, standardelektrodpotential -0.86V, oxidationstal 4, 3, 2 , 0, -1. Vanliga valenstillstånd 3 och 4 Vid rumstemperatur är titan relativt stabilt i luft och vatten, interagerar inte med syre och halogener och korroderas inte av utspädda syror, utspädd alkali och havsvatten. Men när temperaturen ökar ökar den kemiska aktiviteten snabbt. När temperaturen är högre än 600 grader kan den direkt kombineras med olika icke-metalliska element som syre, kväve, kol, svavel och halogen. Förutom bildning av vanliga föreningar kan även mellanfyllningsföreningar bildas, speciellt flyktiga och lätt hydrolyserbara föreningar med klor.
Dessutom är titan lösligt i varm koncentrerad saltsyra, svavelsyra, fosforsyra och fluorvätesyra för att bilda titansalter. Generellt sett gäller att ju högre syrakoncentrationen är, desto snabbare är upplösningshastigheten. Fyra heta koncentrerade organiska syralösningar kan också korrodera titanmetall. De är oxalsyra, myrsyra, triklorättiksyra och trifluorättiksyra. Titan kan också korroderas av aluminiumtriklorid. Korrosionseffekten av ovanstående föreningar på titan beror huvudsakligen på deras förmåga att korrodera den extremt fina oxidfilmen på ytan av titan. Inertiteten hos titan beror på den skyddande effekten av denna oxidfilm. Tillsats av salpetersyra och andra oxidanter till den frätande lösningen kan i allmänhet bromsa deras korrosion av titan, eftersom oxidanterna kan regenerera oxidfilmen och passivera titanytan. Titanpulver är mycket reaktivt och kan brinna i luften.
Titanextraktion
Metalltitan har en stark affinitet med syre, kväve och väte vid höga temperaturer, så titan kan inte direkt extraheras från dess oxider genom reduktionsreaktioner. Att utvinna titan från värdmalmen kräver Kroll- eller Hunter-processerna. Reaktionsekvationen är som följer:
(1000 graders vakuumdestillation för att avlägsna Mg och MgCl2, bågsmältande göt)
Det finns fyra huvudsteg vid bearbetning av titanmetall:
Återställ titanmalm till en "svamp" (andningsbar form);
För att göra göt, smält svampkroppen (eller tillsätt en mellanlegering till svampkroppen) för att bilda ett göt;
Preliminär tillverkning, omvandling av stålgöt till allmänna mekaniska produkter såsom ämnen, stänger, plåtar, plåtar, remsor och rör;
Bearbetning, tillverkning, djupbearbetning och formning av mekaniska produkter.
stora användningsområden för titan
①Krigsfartyg och ubåtar gjorda av titan är icke-magnetiska och kommer inte att upptäckas och spåras av magnetiska minor. De klarar av djupt vattentryck och kan segla till ett djup av 4 500 meter som vanliga ubåtar inte kan nå.
②Med hjälp av segheten, elasticiteten och korrosionsbeständigheten hos en titanlegering av stål, kan fartygsskrov och ubåtar tillverkas, och den höga specifika hållfastheten och högtemperaturbeständigheten hos en titanlegering (fortfarande med stor styrka vid 550 grader hög temperatur) kan användas för att bygga flygplan. , stridsvagnar, raketer, satelliter och rymdfarkoster. Det uppskattas att produktionen av en Boeing 777 kräver 59 ton titan, produktionen av en Boeing 747 kräver 44 ton titan och produktionen av en Boeing 737 kräver 18 ton titan.
③ Genom att använda egenskaperna hos en järn-titanlegering för att absorbera väte vid rumstemperatur och frigöra väte vid hög temperatur, kan den användas som ett litet lager för vätgas för enkel åtkomst. Dessutom kan den användas som en getter vid tillverkning av elektronrör och bildrör, en vätekälla vid tillverkning av skummetall och som tätning för pulvermetallurgi och cermets.
④Den "bästa formminneslegeringen" gjord av lika delar titan och nickel har stark formminnesbelastningskapacitet, god återhämtningsförmåga och lång minneslivslängd. Används vanligtvis i rymdfarkostantenner och röranslutningskomponenter. Det används också vid tillverkning av medicinsk utrustning, elektrisk utrustning, manipulatorer och robotar, samt ortopediska behandlingar och medicinsk ortopedi.
⑤ Piezoelektrisk keramik gjord av bariumtitanat, blytitanat, blypraseodymiumtitanat och andra material kan inte bara omvandla mekanisk energi till elektrisk energi, utan används också i piezoelektriska tändare, mobila röntgenströmförsörjningar och artilleridetonationsanordningar; de kan också omvandla mekanisk energi till elektrisk energi. Elektrisk energi omvandlas till ultraljudsvibrationer, som används för att utforska undervattensfiskar, ultraljudsrengöring, medicinsk ultraljud och oförstörande testning av metaller. Används också i stor utsträckning i automationsutrustning.
⑥Titan kallas en "biofil metall". Det är giftfritt och resistent mot korrosion från mänskliga sekret. Det kommer bra överens med kroppens hud, muskler, muskler och ben. Även om det är en främmande kropp, orsakar den inte ett immunsvar och används ofta som konstgjord metall inom medicin. För skelettanvändning kan flytande titan också användas för att reparera skadat ben.
⑦Ren titandioxid är ett utmärkt pigment allmänt känt som "titanvit", och titandioxidfotokatalysator är ett aktivt material i nanoskala. Den beläggs på ytan av substratet och torkas för att bilda en tunn film, som ger en stark katalytisk effekt under inverkan av ljus. Nedbrytningsfunktionen kan effektivt bryta ned giftiga och skadliga gaser i luften.
