Kemijska svojstva titana uglavnom su određena njegovim oksidacijskim stanjem +4, jer je +4 najstabilnije stanje titana. Titanijevi kompleksi imaju oktaedarsku koordinacijsku geometriju, uz značajnu iznimku titanovog tetraklorida (TiCl 4 ), koji ima tetraedarsku geometriju. Viši stupanj oksidacije titan tetraklorida rezultira višim stupnjem kovalentne veze. Kao prijelazni metal, poznato je da titan tvori vodene Ti(IV) komplekse, poznate kao vodeni ligandni kompleksi titanijevih iona.
Oksidi, sulfidi i alkoksidi
Titanati su spojevi tetratitana, kao što su titan tetraklorid (TiCl&sup4;) i barijev titanat (BaTiO3). Imaju piezoelektrična svojstva i mogu se koristiti kao pretvarači za međusobnu pretvorbu zvuka i elektriciteta. Ilmenit (FeTiO3) je spoj titana.
Najvažniji od svih titanovih oksida je titanov dioksid (TiO²), koji postoji u tri polikristalna stanja: rutil, anataz i brukit, koji su bijele, dijamagnetske krutine. Zvijezde, rubini i safiri posjeduju svojstva titanijevog dioksida (TiO²) svjetla zvijezda, zbog čega imaju sjaj koji stvara zvijezde.
Titanijev(III,V) oksid (Ti3O&sup5;) je ljubičasti poluvodič proizveden redukcijom titanijevog dioksida (TiO2) na visokim temperaturama u prisutnosti vodika.
Titanijev (III,IV) oksid (Ti3O&sup4;) koristi se za nanošenje titanijevog oksida na površine u parnoj fazi radi otpornosti na koroziju i u estetske svrhe.
Titanovi alkoksidi se proizvode reakcijom titanovog tetraklorida s alkoholima i koriste se za taloženje čvrstog titanovog dioksida pomoću sol-gel procesa.
Titanijev izopropoksid može se koristiti za pripremu kiralnih organskih spojeva pomoću Sharplessovog procesa epoksidacije.
Postoje mnoge vrste spojeva titan sulfita, od kojih je titan disulfid jedini koji se često koristi. Ima slojevitu strukturu i koristi se kao katoda u proizvodnji litij-ionskih baterija.
Nitrid i karbid
Titanijev nitrid i titanijev karbid članovi su vatrostalne prijelazne skupine.
Titan nitridi imaju svojstva dva kovalentna spoja:
Izuzetno visoka tvrdoća
visoko talište
visoko vrelište
termodinamička stabilnost
Toplinska vodljivost
Provodljivost
Titanijev nitrid (TiN) ima Mohsovu tvrdoću od 9.0, istu kao safir i silicijev karbid, a koristi se kao materijal za oblaganje alata za rezanje kao što su svrdla i u estetske svrhe zbog svoje sjajne zlatne površine . U proizvodnji poluvodiča djeluje kao barijerni materijal.
halid
Titanijevi halidi nastaju izravnom reakcijom između titana i halogenog plina (X²). Najčešći titanijev halid je titanijev tetraklorid (TiCl&sup4;), bezbojna, hlapljiva tekućina. Industrijski titan tetraklorid je svijetložut i hidrolizira se na zraku, oslobađajući bijele oblake.
Titan tetraklorid se koristi za ekstrakciju metalnog titana iz rude kao dio Kroll procesa.
Kao Lewisove kiseline koriste se titanovi halogenidi.
Titanijev halid titanijev tetrajodid (TiI&sup4;) dolazi iz Van Arkelovog procesa.
Titan(III) i titan(II) se koriste za stvaranje titanijevog triklorida i titanijevog diklorida, kao katalizatori u proizvodnji poliolefina i kao redukcijska sredstva u organskoj kemiji.
Proces proizvodnje metalnog titana
Krollov proces koristi se za pretvaranje sirovog titana u metalni titan. Koraci u procesu uključuju ekstrakciju, pročišćavanje, proizvodnju spužve, proizvodnju legure te oblikovanje i oblikovanje. Budući da je svaki korak procesa skup i dugotrajan, nijedna industrija nije u stanju izvršiti svih pet koraka, a pojedinačne industrije dovršavaju različite faze.
izvlačenje
Vađenjem se ruda transportira u tvrtku na preradu u obliku minerala koji sadrže titan. Od raznih vrsta ruda za preradu se najčešće koriste rutil i ilmenit. Ilmenit zahtijeva prethodnu obradu kako bi se uklonio sadržaj željeza. Ruda se stavlja u reaktor s fluidiziranim slojem koji sadrži klor i ugljik i zagrijava se do 900 stupnjeva. Kemijska reakcija rezultira proizvodnjom nečistog oblika titanovog tetraklorida, s ugljičnim monoksidom kao nusproduktom. Nečistoće, uključujući željezo, prisutne su u titanijevom tetrakloridu i moraju se ukloniti da bi se dobio titanijev dioksid.
pročišćavanje
Titan tetraklorid se pročišćava vakuumskom destilacijom na visokoj temperaturi. Metal proizveden tijekom procesa ekstrakcije stavlja se u velike destilacijske spremnike i zagrijava. Proces pročišćavanja koristi frakcioniranje i taloženje za odvajanje nečistoća. Budući da različiti elementi imaju različita vrelišta, tijekom destilacije različiti elementi se uklanjaju kada dostignu svoje vrelište. Uklonjene nečistoće uključuju vanadij, silicij, magnezij, cirkonij i željezo.
stvaranje spužve
Kako se spužva formira, pročišćeni titan tetraklorid se ulijeva u reakcijsku posudu od nehrđajućeg čelika u tekućem obliku. Doda se magnezij i smjesa se zagrije na temperaturu od 1100 stupnjeva kako bi magnezij mogao reagirati s klorom i formirati magnezijev klorid. Plin argon se pumpa u posudu kako bi se uklonio zrak kako bi se izbjegla reakcija s kisikom i dušikom. Titan proizveden u ovom procesu nije čisti titan, već u čvrstom obliku. Uklanja se iz spremnika postupkom bušenja i tretira mješavinom vode i klorovodične kiseline kako bi se uklonio sav višak magnezija i magnezijevog klorida. Titan proizveden ovim postupkom sličan je spužvi.
stvaranje legure
Spužva od čistog titana miješa se s različitim legurama i metalnim otpadom pomoću elektrolučne peći s potrošnom elektrodom za stvaranje legura. Nakon što se metali rastale i pomiješaju u odgovarajućim omjerima, briketi se zbijaju i zavaruju u obliku spužvastih elektroda, koje se tope u vakuumskoj lučnoj peći u obliku ingota za daljnju obradu za proizvodnju raznih industrijskih i komercijalnih proizvoda.
Oblikovanje i oblikovanje
Ingoti se vade iz peći, pregledavaju zbog nedostataka, pakiraju i šalju za upotrebu u proizvodnji proizvoda od legure titana. Provjerite svojstva svakog ingota kako biste bili sigurni da ispunjavaju zahtjeve kupaca. Ingoti prolaze različite procese kao što su zavarivanje, oblikovanje, lijevanje, kovanje i metalurgija praha tijekom procesa proizvodnje proizvoda.
Nusproizvodi Krollovog procesa
Kada se titan odvoji od nečistoća, iza njega ostaju magnezij i magnezijev klorid, koji su nusproizvodi Kroll procesa i prikupljaju se u spremnicima za oporavak koji odvajaju magnezij i klor u njihove stabilne oblike, čvrsti magnezij i plinoviti klor. Tijekom procesa skupljanja, klor se skuplja na vrhu jedinice za oporavak. Kruti magnezij i klor spremaju se za ponovnu upotrebu u Kroll procesu.
stvaranje legure
U četvrtoj fazi, spužva od čistog titana miješa se s različitim legurama i metalnim otpadom kako bi se stvorile upotrebljive legure uz pomoć elektrolučne peći s potrošnom elektrodom. Nakon što su svi potrebni metali otopljeni i pomiješani u željenim omjerima, masa se sabija i zavari da se formira spužvasta elektroda. Ova spužvasta elektroda se topi u vakuumskoj lučnoj peći kako bi se formirali ingoti. Ti se ingoti obično tope uvijek iznova kako bi se stvorili komercijalno prihvatljivi ingoti.
Oblikovanje i oblikovanje
U završnoj fazi Kroll procesa, ingoti se vade iz peći, pregledavaju radi oštećenja i šalju za upotrebu u proizvodnji proizvoda od legure titana. Provjerite performanse svakog ingota kako biste bili sigurni da su zahtjevi kupaca ispunjeni. Čelični ingoti prolaze različite procese kao što su zavarivanje, oblikovanje, lijevanje, kovanje, metalurgija praha itd., te se konačno oblikuju u gotove proizvode. Sve ovisi o specifikacijama potrebnog proizvoda.
Nusproizvodi Krollovog procesa
Tijekom Kroll procesa, kada se titan odvaja od nečistoća, ostaju velike količine magnezija i magnezijevog klorida. Nusproizvodi Kroll procesa odmah se obnavljaju u jedinici za recikliranje. Spremnici za recikliranje razdvajaju magnezij i klor u stabilne oblike. To je magnezij u krutom obliku i klor u plinovitom obliku. Klor se skuplja s vrha spremnika za povrat i obje se komponente ponovno koriste u Kroll procesu.
