Właściwości chemiczne tytanu zależą głównie od jego stopnia utlenienia +4, ponieważ +4 jest najbardziej stabilnym stanem tytanu. Kompleksy tytanu mają oktaedryczną geometrię koordynacyjną, z godnym uwagi wyjątkiem tetrachlorku tytanu (TiCl4), który ma geometrię tetraedryczną. Wyższy stopień utlenienia czterochlorku tytanu powoduje wyższy stopień wiązania kowalencyjnego. Wiadomo, że tytan jako metal przejściowy tworzy wodne kompleksy Ti(IV), znane jako wodne kompleksy jonów tytanu z ligandem.
Tlenki, siarczki i alkoholany
Tytaniany to związki tetratytanu, takie jak tetrachlorek tytanu (TiCl) i tytanian baru (BaTiO3). Mają właściwości piezoelektryczne i mogą być stosowane jako przetworniki do wzajemnej konwersji dźwięku i prądu. Ilmenit (FeTiO3) jest związkiem tytanianu.
Najważniejszym ze wszystkich tlenków tytanu jest dwutlenek tytanu (TiO²), który występuje w trzech stanach polikrystalicznych: rutylu, anatazu i strumyku, które są białymi, diamagnetycznymi ciałami stałymi. Gwiazdy, rubiny i szafiry posiadają dwutlenek tytanu (TiO²) właściwości światła gwiazd, dlatego mają połysk gwiazdotwórczy.
Tlenek tytanu(III,V) (Ti3O) jest fioletowym półprzewodnikiem wytwarzanym w wyniku redukcji dwutlenku tytanu (TiO2) w wysokich temperaturach w obecności wodoru.
Tlenek tytanu (III, IV) (Ti3O) stosuje się do powlekania powierzchni tlenkiem tytanu w fazie gazowej w celu zapewnienia odporności na korozję i ze względów estetycznych.
Alkoholany tytanu powstają w reakcji czterochlorku tytanu z alkoholami i służą do osadzania stałego dwutlenku tytanu w procesie zol-żel.
Izopropanolan tytanu można stosować do wytwarzania chiralnych związków organicznych w procesie epoksydacji Sharplessa.
Istnieje wiele rodzajów związków siarczynu tytanu, z których jedynym powszechnie stosowanym jest dwusiarczek tytanu. Ma budowę warstwową i jest stosowany jako katoda w produkcji akumulatorów litowo-jonowych.
Azotek i węglik
Azotek tytanu i węglik tytanu należą do ogniotrwałej grupy przejściowej.
Azotki tytanu mają właściwości dwóch związków kowalencyjnych:
Niezwykle wysoka twardość
wysoka temperatura topnienia
wysoka temperatura wrzenia
stabilność termodynamiczna
Przewodność cieplna
Przewodność
Azotek tytanu (TiN) ma twardość w skali Mohsa wynoszącą 9,0, taką samą jak szafir i węglik krzemu, i jest stosowany jako materiał powlekający narzędzia skrawające, takie jak wiertła, oraz do celów estetycznych ze względu na błyszczącą złotą powierzchnię . W produkcji półprzewodników pełni rolę materiału barierowego.
halogenek
Halogenki tytanu powstają w wyniku bezpośredniej reakcji tytanu i gazowego halogenu (X²). Najpopularniejszym halogenkiem tytanu jest czterochlorek tytanu (TiCl), bezbarwna, lotna ciecz. Przemysłowy tetrachlorek tytanu jest jasnożółty i hydrolizuje w powietrzu, uwalniając białe chmury.
Czterochlorek tytanu służy do ekstrakcji tytanu metalicznego z rudy w ramach procesu Krolla.
Jako kwasy Lewisa stosuje się halogenki tytanu.
Halogenek tytanu, tetrajodek tytanu (TiI) pochodzi z procesu Van Arkela.
Tytan(III) i tytan(II) wykorzystywane są do wytwarzania trójchlorku i dichlorku tytanu, jako katalizatory w produkcji poliolefin oraz jako środki redukujące w chemii organicznej.
Proces produkcji tytanu
Proces Krolla służy do konwersji surowego tytanu na tytan metaliczny. Etapy procesu obejmują ekstrakcję, oczyszczanie, produkcję gąbek, wytwarzanie stopów oraz kształtowanie i formowanie. Ponieważ każdy etap procesu jest kosztowny i czasochłonny, żadna branża nie jest w stanie wykonać wszystkich pięciu kroków, a poszczególne branże realizują różne etapy.
ekstrakcja
W wyniku wydobycia ruda jest transportowana do przedsiębiorstwa w celu przetworzenia w postaci minerałów zawierających tytan. Spośród różnych rodzajów rud do obróbki najczęściej wykorzystuje się rutyl i ilmenit. Ilmenit wymaga wstępnej obróbki w celu usunięcia zawartości żelaza. Rudę umieszcza się w reaktorze ze złożem fluidalnym zawierającym chlor i węgiel i ogrzewa do temperatury 900 stopni. W wyniku reakcji chemicznej powstaje zanieczyszczona forma czterochlorku tytanu, którego produktem ubocznym jest tlenek węgla. Zanieczyszczenia, w tym żelazo, są obecne w czterochlorku tytanu i należy je usunąć, aby wytworzyć dwutlenek tytanu.
oczyszczenie
Czterochlorek tytanu oczyszcza się poprzez destylację próżniową w wysokiej temperaturze. Metal powstający w procesie ekstrakcji umieszczany jest w dużych zbiornikach destylacyjnych i podgrzewany. W procesie oczyszczania stosuje się frakcjonowanie i wytrącanie w celu oddzielenia zanieczyszczeń. Ponieważ różne pierwiastki mają różną temperaturę wrzenia, podczas destylacji różne pierwiastki są usuwane, gdy osiągną temperaturę wrzenia. Usuwane zanieczyszczenia obejmują wanad, krzem, magnez, cyrkon i żelazo.
tworzenie się gąbki
Gdy uformuje się gąbka, do naczynia reakcyjnego ze stali nierdzewnej wlewa się oczyszczony tetrachlorek tytanu w postaci płynnej. Dodaje się magnez i mieszaninę podgrzewa się do temperatury 1100 stopni, tak aby magnez mógł zareagować z chlorem, tworząc chlorek magnezu. Do zbiornika pompowany jest argon w celu usunięcia powietrza i uniknięcia reakcji z tlenem i azotem. Tytan wytwarzany w tym procesie nie jest czystym tytanem, ale w postaci stałej. Jest on usuwany z pojemnika w procesie wiercenia i poddawany działaniu mieszaniny wody i kwasu solnego w celu usunięcia nadmiaru magnezu i chlorku magnezu. Tytan wytwarzany w tym procesie ma postać gąbki.
tworzenie stopów
Czysta gąbka tytanowa jest mieszana z różnymi stopami i złomem za pomocą elektrycznego pieca łukowego z elektrodami topionymi w celu wytworzenia stopów. Po stopieniu i wymieszaniu metali w odpowiednich proporcjach brykiety są zagęszczane i spawane w celu utworzenia elektrod gąbczastych, które topi się w próżniowym piecu łukowym, tworząc wlewki do dalszego przetwarzania w celu wytworzenia różnych produktów przemysłowych i handlowych.
Kształtowanie i kształtowanie
Wlewki są wyjmowane z pieca, sprawdzane pod kątem wad, pakowane i wysyłane w celu wykorzystania w produkcji wyrobów ze stopu tytanu. Sprawdź właściwości każdej sztabki, aby upewnić się, że spełniają wymagania klienta. Wlewki poddawane są różnym procesom, takim jak spawanie, formowanie, odlewanie, kucie i metalurgia proszków podczas procesu wytwarzania produktu.
Produkty uboczne procesu Krolla
Po oddzieleniu tytanu od zanieczyszczeń pozostawia magnez i chlorek magnezu, które są produktami ubocznymi procesu Krolla i są odzyskiwane w zbiornikach regeneracyjnych, które oddzielają magnez i chlor do ich stabilnych form, stałego magnezu i gazowego chloru. Podczas procesu zbierania chlor zbierany jest w górnej części jednostki odzysku. Stały magnez i chlor są zapisywane do ponownego wykorzystania w procesie Kroll.
tworzenie stopów
W czwartym etapie czystą gąbkę tytanową miesza się z różnymi stopami i złomem w celu wytworzenia użytecznych stopów za pomocą elektrycznego pieca łukowego z elektrodą topliwą. Po stopieniu i wymieszaniu wszystkich niezbędnych metali w pożądanych proporcjach masę zagęszcza się i zespawa, tworząc elektrodę gąbkową. Ta elektroda gąbczasta jest topiona w próżniowym piecu łukowym w celu utworzenia wlewków. Wlewki te są zazwyczaj topione wielokrotnie w celu wytworzenia wlewków akceptowalnych w handlu.
Kształtowanie i kształtowanie
Na ostatnim etapie procesu Kroll wlewki są wyjmowane z pieca, sprawdzane pod kątem wad i wysyłane do wykorzystania w produkcji wyrobów ze stopów tytanu. Sprawdź działanie każdego wlewka, aby upewnić się, że wymagania klienta są spełnione. Wlewki stalowe poddawane są różnym procesom, takim jak spawanie, kształtowanie, odlewanie, kucie, metalurgia proszków itp., i ostatecznie są kształtowane w gotowe produkty. Wszystko zależy od specyfikacji wymaganego produktu.
Produkty uboczne procesu Krolla
Podczas procesu Krolla, gdy tytan jest oddzielany od zanieczyszczeń, pozostają duże ilości magnezu i chlorku magnezu. Produkty uboczne procesu Kroll są natychmiast odzyskiwane w jednostce recyklingu. Zbiorniki do recyklingu oddzielają magnez i chlor w stabilne formy. Czyli magnez w postaci stałej i chlor w postaci gazowej. Chlor jest zbierany ze szczytu zbiornika rekuperacyjnego, a oba składniki są ponownie wykorzystywane w procesie Kroll.
