Prezzi del titano, occorrenza, estrazione e uso

Il titanio è un elemento chimico con il simbolo dell'elemento Ti e il numero atomico 22. Appartiene ai metalli di transizione e si trova nel 4 ° sottogruppo (gruppo 4) o gruppo del titanio nella tavola periodica. Il metallo è bianco-metallico, lucido, leggero, forte, flessibile, resistente alla corrosione e alla temperatura. È quindi particolarmente adatto per applicazioni che richiedono elevata resistenza alla corrosione, robustezza e peso ridotto. A causa del complicato processo di produzione, il titanio è dieci volte più costoso dell'acciaio convenzionale.

Il titanio fu scoperto nel 1791 in Inghilterra dal sacerdote e chimico dilettante William Gregor nel ferro di titanio. Nel 1795, anche il chimico tedesco Heinrich Klaproth lo scoprì nel minerale rutilo e diede all'elemento il suo nome attuale, basato sugli dei greci dei titani.

Tuttavia, fu solo nel 1831 che Justus von Liebig riuscì a estrarre il titanio metallico dal minerale. Il titanio metallico puro (99,9%) fu prodotto per la prima volta da Matthew A. Hunter nel 1910 riscaldando il tetracloruro di titanio con sodio da 700 a 800 ° C in una bomba d'acciaio.

Fu solo negli anni '1940 che William Justin Kroll riuscì a utilizzare il processo Kroll per sviluppare il titanio per applicazioni commerciali introducendo la riduzione su larga scala del tetracloruro di titanio con magnesio.

Presenza

Il titanio si trova nella crosta terrestre solo in connessione con l'ossigeno come ossido. Non è affatto raro, con un contenuto dello 0,565% si colloca al 9 ° posto per abbondanza di elementi nella crosta continentale. Di solito è disponibile solo a basse concentrazioni.

I minerali importanti sono:

• Ilmenite (titanio di ferro), FeTiO3
• Leukoxen, un'ilmenite a basso contenuto di ferro
• Perovskite, CaTiO3
• Rutile, TiO2
• Titanite (Sfene), CaTi [SiO4] O
• Titanati come titanato di bario, (BaTiO3)
• Compagno in minerali di ferro.

I principali giacimenti si trovano in Australia, Scandinavia, Nord America, Urali e Malesia. I depositi sono stati scoperti in Paraguay nel 2010, ma il loro sfruttamento è pianificato solo fino ad oggi.

I meteoriti possono contenere titanio. Il titanio è stato rilevato anche nel sole e nelle stelle della classe spettrale M. Ci sono anche depositi sulla luna terrestre. I campioni di roccia della missione lunare dell'Apollo 17 contenevano fino al 12,1% di TiO₂. Ci sono considerazioni per l'estrazione di asteroidi.

È anche contenuto in cenere di carbone, piante e nel corpo umano.

Produzione di titanio in migliaia di tonnellate

Posizione	Paese	2003	2004	2005
1	Australia	1/300	2/110	2/230
2	Sudafrica	1/070	1/130	1/130
3	Canada	810	870	870
4	Cina	400	840	820
5	Norvegia	380	370	420

recupero 

Il titanio puro si trova a malapena nella terra. Il titanio è ottenuto da ilmenite o rutilo. Il processo di produzione utilizzato è molto complesso, il che si riflette nel prezzo elevato del titanio. Nel 2008 una tonnellata di spugna di titanio costava in media 12.000 euro.

Il processo di produzione è rimasto pressoché invariato da quando è stato scoperto il processo Kroll. Solitamente a base di ilmenite o rutilo, il biossido di titanio arricchito viene convertito in calore con cloro e carbonio in cloruro di titanio (IV) e monossido di carbonio. Quindi la riduzione in titanio avviene utilizzando magnesio liquido. Per produrre leghe lavorabili a macchina, la spugna di titanio risultante deve essere rifusa in un forno ad arco sotto vuoto.

Il più grande produttore di titanio e leghe di titanio è VSMPO-AVISMA con sede a Verkhnyaya Salda o Ekaterinburg negli Urali, che è indirettamente di proprietà dello Stato russo dal 12 settembre 2006 tramite la holding Rosoboronexport.

Il titanio più puro si ottiene utilizzando il processo Van Arkel de Boer.

Proprietà 

Nell'aria, il titanio forma uno strato protettivo ossidico estremamente resistente che lo rende resistente alla corrosione in molti mezzi. L'elevata resistenza con una densità relativamente bassa è notevole. Al di sopra di una temperatura di 400 ° C, tuttavia, le proprietà di resistenza diminuiscono rapidamente. Il titanio ultrapuro è duttile. A temperature più elevate diventa fragile molto rapidamente a causa dell'assorbimento di ossigeno, azoto e idrogeno. Si dovrebbe anche tenere conto dell'elevata reattività del titanio con molti fluidi a temperature elevate o pressioni elevate, se lo strato passivo non è in grado di far fronte all'attacco chimico. Qui la velocità di reazione può aumentare fino a un'esplosione. In ossigeno puro a 25 ° C e 25 bar, il titanio brucia completamente da un bordo appena tagliato per formare biossido di titanio. Nonostante lo strato di passivazione, reagisce con l'ossigeno a temperature superiori a 880 ° C e con il cloro a temperature superiori a 550 ° C. Il titanio reagisce ("brucia") anche con l'azoto puro, che deve essere preso in considerazione durante la lavorazione, ad esempio, a causa del calore generato.

Il titanio è resistente all'acido solforico diluito, all'acido cloridrico, alle soluzioni contenenti cloruro, all'acido nitrico freddo e alla maggior parte degli acidi e delle basi organiche come l'idrossido di sodio. Al contrario, si dissolve lentamente in acido solforico concentrato, con la formazione di solfato di titanio viola. A causa del rischio di esplosione, le condizioni operative devono essere rigorosamente rispettate quando si utilizza cloro gassoso.

Le proprietà meccaniche e il comportamento corrosivo possono essere notevolmente migliorati aggiungendo per lo più leghe minori di alluminio, vanadio, manganese, molibdeno, palladio, rame, zirconio e stagno.

Il titanio diventa superconduttore al di sotto di una temperatura di 0,4 K.

Al di sotto di 880 ° C, il titanio è presente in un imballaggio di sfere esagonale più vicino. Al di sopra di 880 ° C, si forma una struttura reticolare cubica centrata sul corpo.

leghe di titanio 

Le leghe di titanio sono spesso utilizzate secondo lo standard statunitense ASTM Classe 1 a 35 caratterizza. Classe Da 1 a 4 denotano titanio puro di vari gradi di purezza.

Il titanio puro ha il numero di materiale 3.7034; il materiale economicamente più importante utilizzato (anche per le pale dei turbocompressori) Ti-6Al-4V (6% alluminio, 4% vanadio, ASTM:Classe 5) ha i numeri 3.7165 (applicazione industriale) e 3.7164 (applicazioni aerospaziali).

Altre importanti leghe di titanio utilizzate principalmente nell'industria aerospaziale:

Il nitinol (nichel-titanio) è una cosiddetta lega a memoria di forma.

Utilizzare 

Il titanio è utilizzato principalmente come componente di microleghe per l'acciaio. Conferisce all'acciaio elevata tenacità, resistenza e duttilità anche a concentrazioni dello 0,01-0,1 percento in peso. Negli acciai inossidabili, il titanio previene la corrosione intergranulare.

Le leghe a base di titanio sono significativamente più costose delle superleghe a circa 45 € / kg. Sono quindi utilizzati solo per i requisiti più elevati:

Applicazioni in acqua di mare e mezzi contenenti cloruro

• Parti dell'elica della nave come alberi e bretelle per applicazioni marittime
• Parti incorporate negli impianti di dissalazione dell'acqua di mare
• Componenti per l'evaporazione di soluzioni di cloruro di potassio
• Anodi delle trasmissioni via cavo sottomarino HVDC
• Apparecchiature negli impianti di chimica del cloro

Articoli per attività all'aperto e sportive

• per biciclette di alta qualità in combinazione con alluminio e vanadio come materiale del telaio
• Coltelli (da sub) con lame in titanio o lega di titanio, nonché posate
• come picchetti da tenda (alta resistenza nonostante il peso ridotto)
• per mazze da golf come una testa di mazza
• con racchette da tennis nel telaio
• nel tiro con il bastone come un bastone estremamente stabile con il bastone da ghiaccio
• come chiodo da ghiaccio particolarmente leggero per l'alpinismo
• come asta da lacrosse per una maggiore resistenza e un peso inferiore
• come leader fermo nella pesca di pesci predatori con denti affilati

Utilizzare sotto forma di composti

• Produzione di gemme artificiali relativamente morbide
• I singoli cristalli di zaffiro drogati in titanio fungono da mezzo attivo nel laser in titanio e zaffiro per impulsi ultracorti nella gamma dei femtosecondi
• come tetracloruro di titanio per la produzione di specchi di vetro e nebbia artificiale
• Formazione di fasi intermetalliche (Ni₃Ti) in leghe di nichel ad alta temperatura
• leghe superconduttive niobio-titanio (ad es. come cavi superconduttori negli elettromagneti di HERA a DESY)
• in pirotecnica
• Oltre il 90% della produzione di minerale di titanio viene principalmente trasformata in biossido di titanio utilizzando il processo del cloruro e, in misura minore, del solfato.
• come titanio in titanio per rivestimenti di inserti indicizzabili e frese nella tecnologia di produzione

Collegamenti in titanio

con boro, carbonio o azoto sono usati come materiali duri. I composti di titanio vengono utilizzati anche per produrre cermet, materiali compositi in ceramica e metallo.

parti di costruzione

• Parti soggette ad usura nei sistemi di saldatura, contatto diretto con saldature elettriche fino a 500 ° C
• Molle nel telaio dei veicoli a motore
• in aeromobili e astronavi per parti particolarmente sollecitate che devono essere ancora leggere (rivestimento esterno a velocità supersoniche, pale del compressore e altre parti del motore)
• nelle turbine a vapore per le pale più caricate della parte di bassa pressione
• in armatura: alcuni tipi di sottomarini dell'ex Unione Sovietica avevano scafi pressurizzati fatti di una lega di titanio (ad esempio classe Mike, classe Alfa, classe Papa o classe Sierra). Inoltre, il titanio è utilizzato più spesso nell'aviazione militare che nell'aviazione civile. Di conseguenza, al culmine della produzione di armamenti sovietici, gran parte del titanio estratto in tutto il mondo fu prodotto in Russia e ricostruito.
• a causa della sua bassa densità nella produzione di indicatori di livello e galleggianti

Medicina

• Come biomateriale per impianti in tecnologia medica e odontoiatria (impianti dentali, circa 200.000 pezzi all'anno nella sola Germania) a causa della sua ottima resistenza alla corrosione rispetto ad altri metalli. Non c'è reazione di rigetto immunologico (allergia all'impianto). Viene anche utilizzato per corone dentali e ponti dentali a causa del suo costo notevolmente inferiore rispetto alle leghe d'oro. In ortopedia chirurgica per protesi di gambe metalliche (protesi di articolazione dell'anca) e sostituzioni della testa del femore, protesi dell'articolazione del ginocchio dopo l'artrosi, viene utilizzato in massa. Lo strato di ossido di titanio consente alle ossa di crescere saldamente sull'impianto (osteointegrazione) e quindi consente l'installazione permanente dell'impianto artificiale nel corpo umano.
• Nella chirurgia dell'orecchio medio, il titanio è il materiale preferito per le protesi uditive degli ossicini e le provette per timpanostomia.
• In neurochirurgia, le clip in titanio (per le operazioni di aneurisma) hanno ampiamente sostituito le clip in acciaio inossidabile a causa delle loro proprietà NMR più favorevoli.

Elettronica

• Nel 2002 Nokia ha lanciato il telefono cellulare 8910 e un anno dopo il telefono cellulare 8910i, che hanno una custodia in titanio.
• Nell'aprile 2002 Apple Inc. ha introdotto sul mercato il notebook "PowerBook G4 Titanium". Gran parte della cassa era in titanio e la versione con schermo da 15,2 ″ con uno spessore di 1 ″ pesava solo 2,4 kg.
• Alcuni notebook della serie ThinkPad di Lenovo (ex IBM) hanno un alloggiamento in plastica rinforzata in titanio o un telaio realizzato con un composito di titanio e magnesio.

Altre applicazioni

• Gioielli, orologi e montature per occhiali in titanio
• Monete con nucleo in titanio (ad es. Monete austriache da 200 scellini)
• Pompa a sublimazione in titanio per la generazione di altissimo vuoto
• Galvanotecnica come telaio di supporto per l'ossidazione anodica dell'alluminio (ELOXAL)
• Come parte dei giubbotti antiproiettile standardizzati secondo CRISAT

prova 

TiO²⁺ forma un caratteristico complesso giallo-arancio con perossido di idrogeno (complesso triaquohydroxooxotitan (IV)), adatto anche per il rilevamento fotospettrometrico.

Standardizzare

Il titanio e le leghe di titanio sono standardizzati in:

• DIN 17850, Edizione: 1990-11 Titanium; composizione chimica
• ASTM B 348: Specifiche standard per titanio e leghe di titanio, barre e billette
• ASTM B 265: Specifiche standard per titanio e lega di titanio, fogli e piastre
• ASTM F 67: Specifiche standard per titanio non legato, per applicazioni su impianti chirurgici
• ASTM F 136: Specifiche standard per lega di titanio-6 in alluminio-4 in alluminio ELI (extra basso interstiziale) per applicazioni di impianti chirurgici
• ASTM B 338: Specifiche standard per tubi in lega di titanio e titanio senza saldatura e saldati per condensatori e scambiatori di calore
• ASTM B 337: Specifiche per tubi in lega di titanio e titanio senza saldatura e saldati

sicurezza

Il titanio è infiammabile come polvere e compatto innocuo. La maggior parte dei sali di titanio sono considerati innocui. I composti incoerenti come il tricloruro di titanio sono altamente corrosivi poiché formano acido cloridrico con tracce di acqua.

Il tetracloruro di titanio viene utilizzato nelle candele fumogene e nelle granate fumogene; reagisce con l'umidità e forma un fumo bianco da biossido di titanio, oltre che nebbia di acido cloridrico.

Gli svantaggi biologici del titanio nel corpo umano sono attualmente sconosciuti. Pertanto, le articolazioni dell'anca o gli impianti mascellari realizzati in titanio, a differenza del nichel, non hanno causato allergie.

Connessioni

Mentre il titanio metallico è riservato solo per applicazioni tecniche impegnative a causa dei suoi elevati costi di produzione, il biossido di titanio pigmentato colorato relativamente poco costoso e non tossico è diventato un compagno nella vita di tutti i giorni. Praticamente tutte le plastiche e le vernici bianche oggi, compresi i coloranti alimentari, contengono biossido di titanio (si trova negli alimenti come E 171). Ma i composti di titanio sono utilizzati anche nell'ingegneria elettrica e nella tecnologia dei materiali e, più recentemente, nella produzione di batterie ad alte prestazioni per la propulsione dei veicoli (batterie al litio titanato).

• Titanato di bario, BaTiO₃
• titanato di litio
• Cloruro di titanio (III), TiCl₃
• Boruro di titanio, TiB
• Carburo di titanio, TiC
• Nitruro di titanio, TiN
• Cloruro di titanio (IV), TiCl₄
• Ossido di titanio (II) TiO
• Ossido di titanio (III) Ti₂O₃
• Ossido di titanio (IV) (bianco di titanio), TiO₂
• Subossidi di titanio con una composizione da TiO a Ti₂O
• Ossido solfato di titanio (IV) (solfato di titanio), TiOSO₄
• ferrotitanium
• Nitinol, un metallo di memoria
• Idruro di titanio, TiH₂

Generale
Nome, simbolo, numero atomico	Titanio, Ti, 22
Serie	I metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco	4, 4, d
Aspetto	metallico argenteo
numero CAS	7440-32-6
Frazione di massa del guscio di terra	0,41%
nucleare
massa atomica	47,867 u
Raggio atomico (calcolato)	140 (176) pm
Raggio covalente	160 pm
configurazione elettronica	[Ar] 3d2 4s2
funzione lavoro	4,33 eV
1. ionizzazione	658,8 kJ / mol
2. ionizzazione	1309,8 kJ / mol
3. ionizzazione	2652,5 kJ / mol
4. ionizzazione	4174,6 kJ / mol
fisicamente
stato fisico	fisso
struttura cristallina	esagonale (fino a 882 ° C, sopra corto)
densità	4,50 g / cm3 (25 ° C)
durezza Mohs	6
magnetismo	paramagnetico ( = 1,8 10-4)
punto di fusione	1941 K (1668 ° C)
punto di ebollizione	3560 K (3287 ° C)
Volume molare	10,64 · 10-6 m3/ mol
Calore di vaporizzazione	425 kJ / mol
calore di fusione	18,7 kJ / mol
velocità del suono	4140 m / s su 293,15 K
Capacità termica specifica	523 J / (kg K)
Conducibilità elettrica	2,5 · 106 A / (V · m)
conducibilità termica	22 W / (m · K)
meccanicamente
modulo	105 GPa (= 105 kN / mm2)
poisson	0,34
Chimico
stati di ossidazione	+ 2, + 3, +4
Ossidi (basicità)	TiO2 (Anfotero)
potenziale normale	−0,86 V (TiO2+ + 2 H.+ + 4 e- → Ti + H2O)
elettronegatività	1,54 (scala Pauling)
isotopo
isotopo NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 44Ti {Syn.} 49 a ε 0,268 44Sc 45Ti {Syn.} 184,8 min ε 2,062 45Sc 46Ti 8,0% stabile 47Ti 7,3% stabile 48Ti 73,8 % stabile 49Ti 5,5% stabile 50Ti 5,4% stabile 51Ti {Syn.} 5,76 min β- 2,471 51V 52Ti {Syn.} 1,7 min β- 1,973 52V
proprietà NMR
Spin γ in rad * T-1· s-1 Er(1H) fL a W = 4,7 T in MHz 47Ti -5 / 2 1,508 · 107 0,00209 11,3 49Ti -7 / 2 1,508 · 107 0,00376 11,3
sicurezza
GHS sostanze pericolose polveri etichettatura

Frasi H e P di pericolo H: 250EUH: nessuna tariffa EUHP: 222-231-422 Etichettatura delle sostanze pericolose (polvere)Polvere

leggero infiammabile	bello
(F)	(Xi)

R- und S-SätzeR: 17-36/37/38S: 26 (Pulver)

Prezzi del titano

Prezzo Titan -> prezzi per metalli strategici