Химичните свойства на титана се определят главно от степента му на окисление +4, тъй като +4 е най-стабилното състояние на титана. Титановите комплекси имат октаедрична координационна геометрия, с изключение на титановия тетрахлорид (TiCl4), който има тетраедрична геометрия. По-високото ниво на окисление на титановия тетрахлорид води до по-висока степен на ковалентно свързване. Известно е, че като преходен метал титанът образува водни Ti(IV) комплекси, известни като водни лигандни титаниеви йонни комплекси.
Оксиди, сулфиди и алкоксиди
Титанатите са съединения на тетратитан, като титанов тетрахлорид (TiCl&sup4;) и бариев титанат (BaTiO3). Те имат пиезоелектрични свойства и могат да се използват като преобразуватели за взаимно преобразуване на звук и електричество. Илменитът (FeTiO3) е титанатно съединение.
Най-важният от всички титанов оксид е титановият диоксид (TiO²), който съществува в три поликристални състояния: рутил, анатаз и брукит, които са бели, диамагнитни твърди вещества. Звездите, рубините и сапфирите притежават свойствата на титановия диоксид (TiO²) на звездната светлина, поради което имат звездообразуващ блясък.
Титановият(III,V) оксид (Ti3O&sup5;) е виолетов полупроводник, получен чрез редукция на титанов диоксид (TiO2) при високи температури в присъствието на водород.
Титанов (III,IV) оксид (Ti3O&sup4;) се използва за парно покритие на титанов оксид върху повърхности за устойчивост на корозия и за естетически цели.
Титановите алкоксиди се получават чрез реакцията на титанов тетрахлорид с алкохоли и се използват за отлагане на твърд титанов диоксид посредством зол-гел процес.
Титановият изопропоксид може да се използва за получаване на хирални органични съединения с помощта на процеса на епоксидиране на Sharpless.
Има много видове съединения на титанов сулфит, от които титановият дисулфид е единственият често използван. Има слоеста структура и се използва като катод при производството на литиево-йонни батерии.
Нитрид и карбид
Титановият нитрид и титановият карбид са членове на огнеупорната преходна група.
Титановите нитриди имат свойствата на две ковалентни съединения:
Изключително висока твърдост
висока точка на топене
висока точка на кипене
термодинамична стабилност
Топлопроводимост
Проводимост
Титановият нитрид (TiN) има твърдост по Моос 9.0, същата като сапфира и силициевия карбид, и се използва като материал за покритие за режещи инструменти като свредла и за естетически цели поради лъскавата си златна повърхност . В производството на полупроводници той действа като бариерен материал.
халогенид
Титановите халиди се получават чрез директна реакция между титан и халогенен газ (X²). Най-често срещаният титанов халид е титанов тетрахлорид (TiCl&sup4;), безцветна, летлива течност. Промишленият титанов тетрахлорид е светложълт и се хидролизира във въздуха, освобождавайки бели облаци.
Титановият тетрахлорид се използва за извличане на метален титан от руда като част от процеса на Kroll.
Титановите халиди се използват като киселини на Люис.
Титановият халид титанов тетрайодид (TiI&sup4;) идва от процеса на Ван Аркел.
Титан (III) и титан (II) се използват за образуване на титанов трихлорид и титанов дихлорид, като катализатори при производството на полиолефини и като редуциращи агенти в органичната химия.
Процес на производство на метален титан
Процесът на Kroll се използва за превръщане на суровия титан в метален титан. Стъпките в процеса включват екстракция, пречистване, производство на гъба, производство на сплав и оформяне и формоване. Тъй като всяка стъпка от процеса е скъпа и отнема време, никоя индустрия не е в състояние да изпълни всичките пет стъпки, а отделните индустрии завършват различни етапи.
екстракция
Чрез екстракция рудата се транспортира до компанията за преработка под формата на съдържащи титан минерали. Сред различните видове руди най-често се използват за преработка рутил и илменит. Илменитът изисква предварителна обработка за отстраняване на съдържанието на желязо. Рудата се поставя в реактор с кипящ слой, съдържащ хлор и въглерод и се нагрява до 900 градуса. Химическата реакция води до производството на нечиста форма на титанов тетрахлорид, с въглероден оксид като страничен продукт. Примесите, включително желязото, присъстват в титановия тетрахлорид и трябва да бъдат отстранени, за да се получи титанов диоксид.
пречистване
Титановият тетрахлорид се пречиства чрез високотемпературна вакуумна дестилация. Металът, произведен по време на процеса на екстракция, се поставя в големи дестилационни резервоари и се нагрява. Процесът на пречистване използва фракциониране и утаяване за отделяне на примесите. Тъй като различните елементи имат различни точки на кипене, по време на дестилацията различните елементи се отстраняват, когато достигнат точката си на кипене. Отстранените примеси включват ванадий, силиций, магнезий, цирконий и желязо.
образуване на гъба
Докато гъбата се образува, пречистеният титанов тетрахлорид се излива в реакционния съд от неръждаема стомана в течна форма. Добавя се магнезий и сместа се нагрява до температура от 1100 градуса, така че магнезият да може да реагира с хлора, за да образува магнезиев хлорид. В съда се изпомпва газ аргон, за да се отстрани въздухът, за да се избегне реакцията с кислород и азот. Титанът, произведен в този процес, не е чист титан, а в твърда форма. Той се отстранява от контейнера чрез процес на пробиване и се третира със смес от вода и солна киселина, за да се отстрани излишъкът от магнезий и магнезиев хлорид. Титанът, произведен чрез този процес, е подобен на гъба.
създаване на сплав
Чистата титаниева гъба се смесва с различни сплави и скрап с помощта на електродъгова пещ с консумативен електрод за създаване на сплави. След като металите се стопят и смесят в подходящи пропорции, брикетите се уплътняват и заваряват, за да се образуват гъбести електроди, които се стопяват във вакуумна дъгова пещ, за да се образуват блокове за по-нататъшна обработка за производство на различни индустриални и търговски продукти.
Оформяне и оформяне
Блоковете се изваждат от пещта, проверяват се за дефекти, опаковат се и се изпращат за използване в производството на продукти от титанови сплави. Проверете свойствата на всеки блок, за да сте сигурни, че отговарят на изискванията на клиента. Слитъците преминават през различни процеси като заваряване, формоване, леене, коване и прахова металургия по време на процеса на производство на продукта.
Странични продукти от процеса на Kroll
Когато титанът се отделя от неговите примеси, той оставя магнезий и магнезиев хлорид, които са странични продукти от процеса на Kroll и се възстановяват в резервоари за възстановяване, които разделят магнезия и хлора в техните стабилни форми, твърд магнезий и хлорен газ. По време на процеса на събиране хлорът се събира в горната част на устройството за възстановяване. Твърдият магнезий и хлор се запазват за повторна употреба в процеса на Kroll.
създаване на сплав
В четвъртия етап чистата титанова гъба се смесва с различни сплави и метален скрап, за да се създадат използваеми сплави с помощта на електродъгова пещ с консумативен електрод. След като всички необходими метали се стопят и смесят в желаните пропорции, масата се уплътнява и заварява, за да се образува гъбестият електрод. Този гъбен електрод се разтопява във вакуумна дъгова пещ, за да се образуват слитъци. Тези блокове обикновено се топят отново и отново, за да се създадат търговски приемливи блокове.
Оформяне и оформяне
В последния етап от процеса на Kroll блоковете се изваждат от пещта, проверяват се за дефекти и се изпращат за използване в производството на продукти от титанови сплави. Проверете работата на всеки слитък, за да сте сигурни, че са изпълнени изискванията на клиента. Стоманените блокове се подлагат на различни процеси като заваряване, формоване, леене, коване, прахова металургия и др., и накрая се оформят в готови продукти. Всичко зависи от спецификациите на необходимия продукт.
Странични продукти от процеса на Kroll
По време на процеса на Kroll, когато титанът се отделя от примесите, остават големи количества магнезий и магнезиев хлорид. Страничните продукти от процеса на Kroll незабавно се оползотворяват в секция за рециклиране. Резервоарите за рециклиране разделят магнезия и хлора в стабилни форми. Това е магнезий в твърда форма и хлор в газообразна форма. Хлорът се събира от горната част на резервоара за възстановяване и двата компонента се използват повторно в процеса на Kroll.
