химический каталог




ТИТАН

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ТИТАН (Titanium) Ti, химический элемент IV гр. периодической системы, ат.н. 22, атомная масса 47,88. В природе пять стабильных изотопов: 46Ti (7,95%), 47Ti (7,75%), 48Ti (73,45%), 49Ti (5,51%), 50Ti (5,34%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природные смеси изотопов 5,6•10-28м2. Конфигурация внешний электронных оболочек атома 3d24s2; степени окисления + 4 (наиболее характерна), +3 и +2; энергия ионизации при последоват. переходе от Ti0 к Ti4+ равна соответственно 6,82, 13,58, 27,47, 43,24 эВ; сродство к электрону 0,39 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 0,149 нм, ковалентный радиус 0,132 нм, ионные радиусы, нм (в скобках указаны координац. числа) Ti4+ 0,056 (4), 0,065 (5), 0,0745 (6), 0,088 (8), Ti3+ 0,081 (6), Ti2+ 0,100 (6).

Содержание ТИТАН в земной коре 0,57% по массе. По распространенности в природе занимает 10-е место; в свободный виде не встречается. Важнейшие минералы (известно св. 100): рутил ТiO2 (более редкие кристаллич. модификации - анатаз и брукит), ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + + Fe3O4, перовскит СаТiO3 и титанит (сфен) CaTiOSiO4.

Руды ТИТАН, имеющие пром. значение, разделяются на две основные группы: коренные - ильменит-титано-магнетитовые; россыпные-рутил-ильменит-цирконовые. Крупные коренные месторождения ильменита и титаномагнетитов находятся в Канаде, США, Норвегии, Швеции, ЮАР, Египте, Индии, Австралии, СНГ. Общие запасы коренных месторождений оценивают в 600 млн. т по содержанию ТИТАН Россыпные руды имеются в Бразилии, Индии, США, Сьерра-Леоне, Австралии.

Свойства. ТИТАН-серебристо-белый легкий металл; существует в двух кристаллич. модификациях: a-Ti с гексагон. шютноупакованной решеткой, а = 0,2951 нм, с = 0,4697 нм, 2 = 2, пространств. группа С6ттс; b-Ti с кубич. объемно-центрир. решеткой, а = 0,3269 нм, z = 2, пространств. группа Iт3т; температура перехода ab 883 °С, DH перехода 3,8 кДж/моль. Температура плавления 1671°С, т. кил. 3260 °С; плотность a-Ti и b-Ti равна соответственно 4,505 (20 °С) и 4,32 (900 °С) г/см3; 25,1 Дж/(моль • К); 14,6 кДж/моль, 397 кДж/моль; 30,7 Дж/(моль • К); температура перехода в сверхпроводящее состояние 0,42 К; уравение температурной зависимости давления пара: lgp(кПа) = 5,7904-24644/T- 0,0002277; температурный коэффициент линейного расширения 8,2•10-6 К-1 (20-300°С); теплопроводность 21,9 Вт/(м•К) (300 К); r 0,42 мкОм•м (20 °С), 1,80 мкОм•м (800 °С); парамагнетик, удлмагн. восприимчивость +3,2•10-6 (20 °С); постоянная Холла a-Ti +1,82•10-13. ТИТАН обладает высокими механические характеристиками, сравнительно слабо зависящими от температуры и сильно-от чистоты и способов предварит. обработки. Для высокочистого, отожженного в вакууме ТИТАН араст 240-260 МПа, предел текучести 140-170 МПа, относит. удлинение 55-70%, модуль упругости 96-106 ГПа, твердость по Бринеллю 175 МПа.

Стандартный электродный потенциал Ti0/Ti3+ -1,63 В, Ti3+/Ti4+ —0,20 В. На воздухе ТИТАН покрывается защитной оксидонитридной пленкой, обусловливающей его высокую коррозионную стойкость к воздуху (до 500 °С), морской воде, разбавленый растворам H2SO4, HCl и щелочей, растворам хлоридов и влажному Сl2. В HNО3 T. пассивируется. Реагирует с конц. соляной и серной кислотами при 25 °С, с горячими трихлор- и трифторуксусными кислотами, горячими конц. фосфорной, щавелевой и муравьиной кислотами. Фтористоводородная кислота с ТИТАН независимо от концентрации реагирует при 25 °С, присутствие фторид-ионов способствует растворению ТИТАН и в др. кислотах из-за образования комплексного аниона [TiF6]2-. В конц. растворах щелочей порошок ТИТАН раств. с выделением Н2 и образованием солей ортотитановой кислоты ТiO2•2Н2О.

При 1200°С компактный ТИТАН загорается на воздухе и в атмосфере N2. Стружка и порошок ТИТАН парофорны. В системе Ti-O установлено существование фаз ТiOx с областью гомогенности x = 0,60-1,26, Ti2O3 (Ti2O2x, x = 1,42-1,57), ТiO2 (ТiOx, x = 1,98-2,0; см. Титана оксиды). Гидроксид ТЮ(ОН)2 • хН2О может быть осажден NH3 и др. основаниями из растворов солей ТИТАН, разложением титанатов щелочных металлов разбавленый кислотами и гидролизом растворов, содержащих Ti(FV).

В соединение с галогенами ТИТАН проявляет степени окисления +4, + 3, +2 и очень редко +1, связь Ti—X преимущественно ковалентная, ее полярность возрастает с увеличением радиуса галогена (см. Титана галогениды).

Соед. Ti с другими неметаллами чаще всего относятся к соединение внедрения атомов неметаллов малых размеров (Н, В, С, N, О, Si) в междоузлия решетки Ti. В системе Ti - H обнаружен ряд твердых растворов и гидрид переменного состава TiH1+x (x = 1,0-1,98)-серое аморфное вещество; получают восстановлением ТiO2 гидридом Са, применяют для получения очень чистого Н2. При натр. смеси ТiO2 с сажей при 1900-2000 °С в атмосфере Н2 образуется титана карбид TiC, при взаимодействии порошка ТИТАН с N2 при 800-1000 °С или TiCl4 с NH3 при нагревании получают титана нитрид TiN. Спеканием порошков ТИТАН и Si в вакууме или алюмотермодинамически восстановлением смеси ТiO2 с SiO2 получены силициды: Ti5Si13, TiSi и TiSi2. Спеканием порошков Ti и В в атмосфере Аг при 2000 °С или в вакууме при 1800—2000°С выделены бориды: Ti2B, TiB2 и TiB (изоморфен TiC, TiN и TiO, образует с ними непрерывные твердые растворы). Для ТИТАН известны сульфиды, селениды и теллуриды. ТИТАН образует соли с кислородсодержащими кислотами -титана сульфаты, нитраты, фосфаты и др. С оксидами элементов I, II, III гр. периодической системы ТiO2 дает многочисленные титанаты, многие из которых обладают сегнето-электрич. свойствами и высокими диэлектрическая постоянными. См. также Титанорганические соединения.

ТИТАН образует сплавы со всеми металлами, кроме щел.-зем. и щелочных. Большинство металлов при растворении в ТИТАН понижает температуру перехода ab и стабилизирует b-фазу.

Получение. Ильменитовые концентраты, содержащие 40-62% ТiO2 и 40-48% FeO + Fe2O3, чаще всего подвергают либо сернокислотной, либо пирометаллургич. переработке. В первом случае концентраты разлагают H2SO4, выщелачивают водой и гидролизуют образовавшиеся окси-сульфаты ТИТАН; получают гидроксид Ti, который прокаливают до ТiO2. Побочный продукт - FeSO4 • 7Н2О.

Пирометаллургич. переработка состоит в восстановит. плавке ильменитовых концентратов с коксом или антрацитом и последующей хлорировании титанового шлака (содержит 80-85% ТiO2); затем проводят очистку TiCl4, его восстановление с получением титановой губки, переплавку губки и рафинирование металла. Алюмотермодинамически восстановлением ильменитовых концентратов получают ферротитан.

Восстановит. плавку ильменитовых концентратов ведут в электродуговых печах при 1600-1700 °С, загружая в печи брикетированную или порошкообразную шихту и получая два продукта-чугун и титановый шлак. Извлечение ТИТАН в шлак составляет 96,0-98,5%, Fe в чугун-96-97%, расход электроэнергии на 1 т шлака 1900-2100 кВт•ч. Состав шлака: 82-87% ТiO2,2,7-6,5% FeO, 2,8-5,6% SiO2, 2-6% Al2О3, 2-6% MgO, а также СаО, МnО, Сr2О3 и др. Хлорирование ТiO2, титановых шлаков и др. титансодержащих продуктов проводят около 900—1000 °С в шахтных печах, реакторах с солевым расплавом или реакторах кипящего слоя. К исходному продукту добавляют кокс, который связывает кислород оксидов в смесь СО и СО2 и влияет на равновесие процесса. Перед хлорированием в шахтных печах титановые концентраты или шлаки смешивают с нефтяным коксом (20-25% в шихте) и связующими, брикетируют и прокаливают брикеты при 800-850 °С.

Хлорирование в расплаве, содержащем КCl, NaCl, СаСl2, MgCl2 и небольшие количества др. хлоридов, не требует брикетирования порошкообразной шихты; удельная производительность реакторов выше, чем шахтных печей.

Реакц. газы из хлораторов направляют на очистку в солевых фильтрах (примеси FeCl3, AlCl3, некоторых оксихлоридов образуют с NaCl и КCl легкоплавкие хлорометаллаты), а затем на конденсацию TiCl4. Очищают TiCl4 ректификацией (от некоторых примесей-их селективным восстановлением).

Восстанавливают TiCl4 обычно магниетермически (процесс Кролля). Таким путем получают около 80% всего ТИТАН Применяют спец. герметичные реторты, рассчитанные на одноврем. получение от 1 до 10 т Ti, с суточной производительностью до 140 т. TiCl4 подают в реторту непрерывно или периодически, одновременно сливая накопившийся рас-плавл. MgCl2. По завершении процесса реторту охлаждают, извлекают и очищают полученный пористый ТИТАН-титановую губку (например, длительного отгонкой избытка Mg и оставшегося MgCl2 в вакууме при 900 °С; см. также Металлотермия).

Применяют также натриетермодинамически восстановление TiCl4 с последующей отмывкой губки от NaCl слабым раствором НCl. Получаемый при этом порошкообразный ТИТАН переплавляют. Описано восстановление TiO2 с помощью Са, а также СаН2.

Рафинируют ТИТАН электролитически или иодидным способом (с промежуточные образованием TiI4), для получения слитков используют дуговую, электроннолучевую или плазменную переплавку. Масса слитков ТИТАН достигает 4-9 т.

Сульфатная и пирометаллургич. схемы могут совмещаться. Так, титановые шлаки после восстановит. плавки ильменитовых концентратов может быть подвергнуты сульфатизации.

Разрабатываются процессы непосредств. хлорирования ильменитовых концентратов, фторидной переработки титанового сырья, получения искусств. рутила из ильменитовых концентратов, электролитич. производства ТИТАН из TiCl4 в расплаве хлоридов, плазмохимический восстановления TiCl4 и др.

Определение. Щелочи, NH3 и (NH4)2S на холоду осаждают из растворов Ti(IV) в виде Ti(OH)4. Титансодержащие анализируемые материалы переводят в раствор действием фтористоводородной кислоты или H2SO4 с добавкой HF, сплавлением с NaOH или с его смесью с Na2CO3 или Na2O2, а также с Na2S2O7. Отделяют ТИТАН от др. элементов действием H2S в виннокислой среде, купферона, салициловой кислоты, NaOH. Наиб. важные методы определения ТИТАН-колориметрический, основанный на реакции с Н2О2, и объемный, заключающийся в восстановлении ТИТАН цинком и последующей титровании КМnО4. Гравиметрич. методы (весовая форма - прокаленный ТiO2) основан на осаждении щелочами, сульфидами щелочных металлов, купфероном и др., их используют для анализа простых продуктов.

Применение. ТИТАН используют в основные для получения легких прочных сплавов с Аl, V, Мо, Мn, Сr и др. (см. Титана сплавы). В странах Запада и в Японии наиболее распространение получил сплав Ti-Al-V, на производство которого идет до 50% ТИТАН Чистый ТИТАН в виде кованы деталей, ленты, проволоки и др. применяют в электровакуумной технике для изготовления анодов, сеток и др. деталей, в виде порошка-в качестве газопоглотителя (геттера). С целью защиты от коррозии ТИТАН покрывают поверхности стальных изделий. Ферротитан (содержит 18-25% Ti) применяют для раскисления стали и удаления растворенных в ней кислорода, азота и серы. Присадки ТИТАН вводят в различные (марганцовистые, хромистые, хро-момолибденовые, хромоникелевые и др.) спец. стали, медные и алюминиевые сплавы.

В 80-х гг. в развитых странах около 60-65% ТИТАН использовали в ракето- и самолетостроении, 15% в химический машиностроении, 10% в энергетике, 8% в кораблестроении и для опреснителей морской воды.

Гидрид ТИТАН служит лабораторная источником чистого Н2; K2TiF6 используют при переплавке Al и его сплавов для получения слитков с тонкой структурой зерен и лучшими механические свойствами, а также для получения лигатур Al-Ti и Al-Ti-B. Слоистый дисульфид TiS2-перспективный материал для катодов химический источников тока с Li-анодом, борид TiB2-материал для плавки Be и др. металлов, электродов для плавки Al.

Мировое производство ТИТАН (без СНГ) 30 тысяч т/год.

ТИТАН открыл в 1790 У. Грегор в виде ТiO2.

Литература: Горощенко Я.Г., Химия титана, ч. 1-2, К., 1970-72; Лучин-ский Г. П., Химия титана, М., 1971; Сергеев В. В., Безукладников А. Б., Мальшин В.М., Металлургия титана, М., 1979; Титан. Свойства, сырьевая база, физико-химические основы и способы получения, М., 1983; Clark R. J. H., в кн.: Bradley D.C., Thornton P., Zirconium and hafnium, N.Y.-[a.o.], 1975; "Atomic Energy Review", 1983, spec, issue, № 9; Titanium: science and technology. Proc. 5th Int Conf., Munich, sept 10-14, 1984, v. 1-5, 1985. Н.Э. Раков.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
клюшки для флорбола купить в новосибирске
подарки купить дешево
курсы повышения квалификации факультет дизайна интерьеров
чайники из нержавеющей стали для газовой плиты

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)