Warum gilt Titan als das Metall der Zukunft?
Im Jahr 1791 entdeckte HW Gregor, ein britischer Priester und Mineralogie-Enthusiast, erstmals schwarzen magnetischen Sand (FeTiO3), ein Mischoxid aus Titan und Eisen, aus Ilmenit-Erz. Er erkannte, dass das Mineral ein neues Element enthalten könnte. Im Jahr 1795 stellte der deutsche Chemiker MH Klaproth selbstständig Titanoxid aus ungarischem Rutil her und nannte es „Titan“, nach dem Riesen „Titan“, der in der griechischen Mythologie vom Gott der Erde geboren wurde. Erst 1910 ersetzte der amerikanische Chemiker MA Hunter Titantetrachlorid durch metallisches Natrium, um elementares Titan mit einer Reinheit von 99,9 % zu erhalten. Dies ist das 29. vom Menschen entdeckte Element und sein lateinischer Name ist auch das erste. Der zweite Kleinbuchstabe bildet sein Elementsymbol Ti. Der chinesische Name Titan ist ein neues phonetisches Zeichen, das mein Land speziell auf der Grundlage der Transliteration seines lateinischen Namens geschaffen hat.
der physikalischen Eigenschaften von Titan
Der Atomradius (kovalenter Radius) von Titan beträgt 132pm, der Ionenradius beträgt 68pm (4), 76pm (2), das Atomgewicht beträgt 47.86, das Atomvolumen beträgt 10.65cm3 /mol, die Dichte beträgt 4,507 g/cm3, die Härte beträgt 4,0 Grad und der Schmelzpunkt beträgt 1660 Grad, der Siedepunkt 3287 Grad. Titanmetall ist silberweiß und seine Kristallstruktur ist ein Metallkristall und ein sechseckiges Kristallsystem. Es sieht aus wie Stahl, hat die höchste spezifische Festigkeit, ist sowohl gegen niedrige als auch gegen hohe Temperaturen beständig, kann eine hohe Festigkeit im Bereich von -250 Grad bis 500 Grad beibehalten und ist außerdem verschleißfest. Reines Metall weist eine gute Duktilität und Plastizität auf und kann zu Platten und Drähten gepresst werden. Wenn jedoch Verunreinigungen vorhanden sind, wird es hart und spröde. Die mechanische Festigkeit von Titan ist sehr hoch, dreimal höher als die von Aluminium und sechsmal höher als die von Magnesium, und es kommt nahezu zu keiner Metallermüdung. Nachdem Titanmetall mechanischen oder elektrischen Vibrationen ausgesetzt wurde, weist seine eigene Vibration im Vergleich zu Stahl, Kupfer und anderen Metallen oder Legierungen die längste Dämpfungszeit auf. Es verfügt über gute elektrische Leitfähigkeit und Wärmeübertragungseigenschaften, ist nicht magnetisch, kann jedoch bei einer niedrigen Temperatur von -272,74 Grad supraleitend werden. Flüssiges Titan löst nahezu alle Metalle und kann mit vielen Metallen Legierungen bilden.
Chemische Eigenschaften von Titan
Die Valenzelektronenkonfiguration von Titan ist 3d24s2, Elektronegativität 1,5, erste Elektronenaffinität 37,7 kJ/mol, erste Ionisierungsenergie 659 kJ/mol, Standardelektrodenpotential -0.86V, Oxidationszahl 4, 3, 2 , 0, -1. Gemeinsame Wertigkeitszustände 3 und 4 Bei Raumtemperatur ist Titan in Luft und Wasser relativ stabil, interagiert nicht mit Sauerstoff und Halogenen und wird durch verdünnte Säuren, verdünntes Alkali und Meerwasser nicht korrodiert. Wenn jedoch die Temperatur steigt, nimmt die chemische Aktivität schnell zu. Wenn die Temperatur höher als 600 Grad ist, kann es sich direkt mit verschiedenen nichtmetallischen Elementen wie Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Schwefel und Halogen verbinden. Neben der Bildung gewöhnlicher Verbindungen können auch interfüllende Verbindungen gebildet werden, insbesondere flüchtige und leicht hydrolysierbare Verbindungen mit Chlor.
Darüber hinaus ist Titan in heißer konzentrierter Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Flusssäure löslich und bildet Titansalze. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Säurekonzentration, desto schneller ist die Auflösungsgeschwindigkeit. Auch vier heiße konzentrierte organische Säurelösungen können Titanmetall angreifen. Es handelt sich dabei um Oxalsäure, Ameisensäure, Trichloressigsäure und Trifluoressigsäure. Titan kann auch durch Aluminiumtrichlorid korrodiert werden. Die Korrosionswirkung der oben genannten Verbindungen auf Titan beruht hauptsächlich auf ihrer Fähigkeit, den extrem feinen Oxidfilm auf der Titanoberfläche zu korrodieren. Die Trägheit von Titan beruht auf der Schutzwirkung dieses Oxidfilms. Die Zugabe von Salpetersäure und anderen Oxidationsmitteln zur korrosiven Lösung kann im Allgemeinen die Korrosion von Titan verlangsamen, da die Oxidationsmittel den Oxidfilm regenerieren und die Titanoberfläche passivieren können. Titanpulver ist sehr reaktiv und kann an der Luft brennen.
Titanextraktion
Metallisches Titan hat bei hohen Temperaturen eine starke Affinität zu Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff, sodass Titan nicht direkt durch Reduktionsreaktionen aus seinen Oxiden extrahiert werden kann. Die Gewinnung von Titan aus dem Wirtserz erfordert die Kroll- oder Hunter-Prozesse. Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt:
(1000-Grad-Vakuumdestillation zur Entfernung von Mg und MgCl2, Lichtbogenschmelzbarren)
Bei der Verarbeitung von Titanmetall gibt es vier Hauptschritte:
Titanerz in einen „Schwamm“ (atmungsaktive Form) umwandeln;
Um Barren herzustellen, schmelzen Sie den Schwammkörper (oder fügen Sie dem Schwammkörper eine Zwischenlegierung hinzu), um einen Barren zu bilden.
Vorläufige Fertigung, Umwandlung von Stahlbarren in allgemeine mechanische Produkte wie Knüppel, Stangen, Platten, Bleche, Bänder und Rohre;
Bearbeitung, Herstellung, Tiefenbearbeitung und Umformung von mechanischen Produkten.
Hauptanwendungen von Titan
①Kriegsschiffe und U-Boote aus Titan sind nicht magnetisch und werden von magnetischen Minen nicht entdeckt und verfolgt. Sie halten dem tiefen Wasserdruck stand und können bis zu einer Tiefe von 4.500 Metern fahren, die normale U-Boote nicht erreichen können.
②Unter Verwendung der Zähigkeit, Elastizität und Korrosionsbeständigkeit einer Titanstahllegierung können Schiffsrümpfe und U-Boote hergestellt werden, und die hohe spezifische Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit der Titanstahllegierung (die auch bei 550 Grad hohen Temperaturen immer noch eine hohe Festigkeit aufweist) können zum Bau genutzt werden Flugzeug. , Panzer, Raketen, Satelliten und Raumfahrzeuge. Es wird geschätzt, dass für die Produktion einer Boeing 777 59 Tonnen Titan, für die Produktion einer Boeing 747 44 Tonnen Titan und für die Produktion einer Boeing 737 18 Tonnen Titan benötigt werden.
③Unter Verwendung der Eigenschaften einer Eisen-Titan-Legierung zur Absorption von Wasserstoff bei Raumtemperatur und zur Freisetzung von Wasserstoff bei hoher Temperatur kann es als kleines Wasserstoffspeicherlager für einfachen Zugang verwendet werden. Darüber hinaus kann es als Getter bei der Herstellung von Elektronenröhren und Bildröhren, als Wasserstoffquelle bei der Herstellung von Schaummetallen und als Dichtung für die Pulvermetallurgie und Cermets verwendet werden.
④Die „beste Formgedächtnislegierung“ besteht zu gleichen Teilen aus Titan und Nickel und verfügt über eine starke Formgedächtnis-Dehnungskapazität, eine gute Erholungsfähigkeit und eine lange Gedächtnislebensdauer. Wird häufig in Raumfahrzeugantennen und Rohrverbindungskomponenten verwendet. Es wird auch bei der Herstellung von medizinischen Geräten, elektrischen Geräten, Manipulatoren und Robotern sowie bei orthopädischen Behandlungen und in der medizinischen Orthopädie eingesetzt.
⑤ Piezoelektrische Keramiken aus Bariumtitanat, Bleititanat, Bleipraseodymtitanat und anderen Materialien können nicht nur mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln, sondern werden auch in piezoelektrischen Feuerzeugen, mobilen Röntgenstromversorgungen und Artillerie-Detonationsgeräten verwendet; Sie können auch mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln. Elektrische Energie wird in Ultraschallschwingungen umgewandelt, die zur Erforschung von Unterwasserfischen, zur Ultraschallreinigung, zur medizinischen Ultraschallprüfung und zur zerstörungsfreien Prüfung von Metallen verwendet werden. Wird auch häufig in Automatisierungsgeräten verwendet.
⑥Titan wird als „biophiles Metall“ bezeichnet. Es ist ungiftig und beständig gegen Korrosion durch menschliche Ausscheidungen. Es verträgt sich gut mit der Haut, den Muskeln, Muskeln und Knochen des Körpers. Obwohl es sich um einen Fremdkörper handelt, löst es keine Immunreaktion aus und wird in der Medizin häufig als künstliches Metall verwendet. Bei Skelettanwendungen kann flüssiges Titan auch zur Reparatur beschädigter Knochen verwendet werden.
⑦Reines Titandioxid ist ein ausgezeichnetes Pigment, das allgemein als „Titanweiß“ bekannt ist, und der Titandioxid-Photokatalysator ist ein aktives Material im Nanomaßstab. Es wird auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen und getrocknet, um einen dünnen Film zu bilden, der unter Lichteinwirkung einen starken katalytischen Effekt erzeugt. Die Abbaufunktion kann giftige und schädliche Gase in der Luft effektiv abbauen.
