Titaniumverwerking, de winning van titanium uit zijn ertsen en de bereiding van titaniumlegeringen of verbindingen voor gebruik in verschillende producten.
Titanium (Ti) is een zacht, taai, zilvergrijs metaal met een smeltpunt van 1.675 ° C (3.047 ° F). Door de vorming op het oppervlak van een oxidefilm die chemisch relatief inert is, heeft het een uitstekende corrosiebestendigheid in de meeste natuurlijke omgevingen. Bovendien is het licht van gewicht, met een dichtheid (4,51 gram per kubieke centimeter) halverwege tussen aluminium en ijzer. De combinatie van lage dichtheid en hoge sterkte geeft het de meest efficiënte sterkte-gewichtsverhouding van gewone metalen voor temperaturen tot 600 ° C (1.100 ° F).
Omdat de atomaire diameter vergelijkbaar is met veel gewone metalen zoals aluminium, ijzer, tin en vanadium, kan titanium gemakkelijk worden gelegeerd om de eigenschappen te verbeteren. Net als ijzer kan het metaal in twee kristallijne vormen voorkomen: zeshoekig dicht opeengepakt (hcp) onder 883 ° C (1.621 ° F) en op het lichaam gecentreerde kubieke (bcc) bij hogere temperaturen tot aan het smeltpunt. Dit allotrope gedrag en het vermogen om te legeren met veel elementen resulteren in titaniumlegeringen die een breed scala aan mechanische en corrosiebestendige eigenschappen hebben.
Hoewel titaniumertsen in overvloed aanwezig zijn, vereist de hoge reactiviteit van het metaal met zuurstof, stikstof en waterstof in de lucht bij verhoogde temperaturen gecompliceerde en daarom kostbare productie- en fabricageprocessen.
Geschiedenis
Titaniumerts werd voor het eerst ontdekt in 1791 op het strand van Cornwall door een Engelse geestelijke, William Gregor. De daadwerkelijke identificatie van het oxide werd enkele jaren later gedaan door een Duitse chemicus, MH Klaproth. Klaproth gaf het metaalbestanddeel van dit oxide de naam titanium, naar de Titanen, de reuzen van de Griekse mythologie.
Zuiver metallisch titanium werd voor het eerst geproduceerd in 1906 of 1910 door MA Hunter aan het Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, New York, VS) in samenwerking met de General Electric Company. Deze onderzoekers dachten dat titanium een smeltpunt had van 6.000 ° C (10.800 ° F) en daarom een kandidaat was voor gloeilampen, maar toen Hunter een metaal produceerde met een smeltpunt dichter bij 1.800 ° C (3.300 ° F), de inspanning werd opgegeven. Niettemin Hunter heeft aangegeven dat de metalen had wat taaiheid, en zijn werkwijze voor het produceren door reactie van titaantetrachloride (TiCl 4) met natrium in vacuo werd later gecommercialiseerd en is nu bekend als Hunter proces. Metaal met een aanzienlijke ductiliteit werd in 1925 geproduceerd door de Nederlandse wetenschappers AE van Arkel en JH de Boer, die titaniumtetrajodide op een hete gloeidraad in een geëvacueerde glazen bol dissocieerden.
In 1932 produceerde William J. Kroll uit Luxemburg aanzienlijke hoeveelheden ductiel titanium door TiCl 4 te combineren met calcium. In 1938 had Kroll 20 kilogram (50 pond) titanium geproduceerd en was ervan overtuigd dat het uitstekende corrosie- en sterkte-eigenschappen bezat. Aan het begin van de Tweede Wereldoorlog vluchtte hij uit Europa en vervolgde zijn werk in de Verenigde Staten bij de Union Carbide Company en later bij het Amerikaanse Bureau of Mines. Tegen die tijd had hij het reductiemiddel veranderd van calcium in magnesiummetaal. Kroll wordt nu erkend als de vader van de moderne titaniumindustrie en het Kroll-proces is de basis voor de meeste huidige titaniumproductie.
Een studie van de Amerikaanse luchtmacht, uitgevoerd in 1946, concludeerde dat legeringen op basis van titanium technische materialen van potentieel groot belang waren, aangezien de opkomende behoefte aan hogere sterkte-gewichtsverhoudingen in constructies en motoren van straalvliegtuigen niet efficiënt kon worden vervuld door staal of aluminium. Als gevolg hiervan bood het Ministerie van Defensie productieprikkels om de titaniumindustrie in 1950 te starten. Een soortgelijke industriële capaciteit werd opgericht in Japan, de USSR en het Verenigd Koninkrijk. Nadat deze impuls was gegeven door de lucht- en ruimtevaartindustrie, zorgde de gemakkelijke beschikbaarheid van het metaal voor mogelijkheden voor nieuwe toepassingen in andere markten, zoals chemische verwerking, geneeskunde, energieopwekking en afvalverwerking.
Ertsen
Titanium is het vierde meest voorkomende structurele metaal op aarde, alleen overtroffen door aluminium, ijzer en magnesium. Werkbare minerale afzettingen zijn wereldwijd verspreid en omvatten locaties in Australië, de Verenigde Staten, Canada, Zuid-Afrika, Sierra Leone, Oekraïne, Rusland, Noorwegen, Maleisië en verschillende andere landen.
De overheersende mineralen zijn rutiel, dat is ongeveer 95 procent titaniumdioxide (TiO 2), en ilmeniet (FeTiO 3), dat 50 tot 65 procent TiO 2 bevat. Een derde mineraal, leucoxeen, is een verandering van ilmeniet waaruit een deel van het ijzer van nature is uitgeloogd. Het heeft geen specifiek titaniumgehalte. Titaniummineralen komen voor in alluviale en vulkanische formaties. Afzettingen bevatten meestal tussen de 3 en 12 procent zware mineralen, bestaande uit ilmeniet, rutiel, leucoxeen, zirkoon en monaziet.
