Titaanin löysi Cornwallissa Isossa-Britanniassa William Gregor vuonna 1791, ja Martin Heinrich Klaproth nimesi sen kreikkalaisen mytologian titaanien mukaan. Alkuaine esiintyy useissa mineraaliesiintymissä, pääasiassa rutiilissa ja ilmeniitissä, jotka ovat laajalle levinneitä maankuoressa ja litosfäärissä; sitä löytyy melkein kaikista elävistä olennoista sekä vesistöistä, kivistä ja maaperistä. Metalli uutetaan tärkeimmistä mineraalimalmeistaan Kroll- ja Hunter-prosesseilla. Yleisin yhdiste, titaanidioksidi, on suosittu fotokatalyytti ja sitä käytetään valkoisten pigmenttien valmistuksessa. Muita yhdisteitä ovat titaanitetrakloridi (TiCl4), joka on savuverkkojen ja katalyyttien komponentti; ja titaanitrikloridi (TiCl3), jota käytetään katalyyttinä polypropeenin tuotannossa.
Titaania voidaan seostaa raudan, alumiinin, vanadiinin ja molybdeenin, muun muassa, kanssa vahvojen, kevyiden metalliseosten valmistamiseksi ilmailuteollisuuteen (suihkumoottorit, ohjukset ja avaruusalukset), sotilaallisiin, teollisiin prosesseihin (kemikaalit ja petrokemian aineet, suolanpoistolaitokset, sellu, ja paperi) autoteollisuus, maatalous (maatalous), lääketieteelliset proteesit, ortopediset implantit, hammaslääketieteen ja endodontiset instrumentit ja tiedostot, hammasimplantit, urheiluvälineet, korut, matkapuhelimet ja muut sovellukset.
Metallin kaksi hyödyllisintä ominaisuutta ovat korroosionkestävyys ja lujuus-tiheyssuhde, korkein kaikista metallielementeistä. Seostamattomassa tilassaan titaani on yhtä vahvaa kuin jotkut teräkset, mutta vähemmän tiheä. Tällä alkuaineella on kaksi allotrooppista muotoa ja viisi luonnossa esiintyvää isotooppia, 46Ti - 50Ti, joista 48Ti on runsain (73,8 prosenttia).
Fyysiset ominaisuudet
Metallina titaani tunnetaan korkeasta lujuus-painosuhteestaan. Se on vahva metalli, jolla on alhainen tiheys ja joka on melko sitkeä (etenkin hapettomassa ympäristössä), kiiltävä ja metallinvalkoinen. Suhteellisen korkea sulamispiste (1 668 astetta tai 3, 034 astetta F) tekee siitä hyödyllisen tulenkestävänä metallina. Se on paramagneettinen ja sillä on melko alhainen sähkö- ja lämmönjohtavuus verrattuna muihin metalleihin. Titaani on suprajohtava, kun se jäähdytetään alle kriittisen lämpötilansa 0,49 K.
Kaupallisesti puhtaiden (99,2 prosenttia puhdasta) titaanilaatujen murtolujuus on noin 434 MPa (63, 000 psi), joka on yhtä suuri kuin tavallisten matalalaatuisten terässeosten, mutta ne ovat vähemmän tiheitä. Titaani on 60 prosenttia tiheämpää kuin alumiini, mutta yli kaksi kertaa vahvempi kuin yleisimmin käytetty 6061-T6-alumiiniseos. Tietyt titaaniseokset (esim. Beta C) saavuttavat yli 1 400 MPa (200, 000 psi) vetolujuuden. Titaani kuitenkin menettää lujuutta kuumennettaessa yli 430 astetta (806 astetta F).
Titaani ei ole yhtä kovaa kuin jotkin lämpökäsitellyt teräslajit; se on ei-magneettinen ja johtaa huonosti lämpöä ja sähköä. Työstö vaatii varotoimia, koska materiaali voi sappia, ellei teräviä työkaluja ja asianmukaisia jäähdytysmenetelmiä käytetä. Kuten teräsrakenteissa, myös titaanista valmistetuilla on väsymisraja, joka takaa pitkän käyttöiän joissakin sovelluksissa.
Metalli on dimorfinen kuusikulmainen allotrooppi, joka muuttuu vartalokeskeiseksi kuutiomuodoksi (hila) 882 asteessa (1 620 astetta F). Muodin ominaislämpö kasvaa dramaattisesti, kun se kuumennetaan tähän siirtymälämpötilaan, mutta sitten laskee ja pysyy muodon suhteen melko vakiona lämpötilasta riippumatta.
Kemialliset ominaisuudet
Kuten alumiinin ja magnesiumin, titaanimetallin ja sen seosten pinta hapettuu välittömästi altistuessaan ilmalle muodostaen ohuen ei-huokoisen passivointikerroksen, joka suojaa irtometallia lisähapettumiselta tai korroosiolta. Aluksi muodostuessaan tämä suojakerros on vain 1–2 nm paksu, mutta se jatkaa hitaasti kasvuaan saavuttaen 25 nm:n paksuuden neljässä vuodessa. Tämä kerros antaa titaanille erinomaisen korroosionkestävyyden, joka vastaa lähes platinaa.
Titaani pystyy kestämään laimeiden rikki- ja kloorivetyhappojen, kloridiliuosten ja useimpien orgaanisten happojen hyökkäykset. Titaani kuitenkin syövyttää tiivistetyt hapot. Kuten negatiivinen redox-potentiaali osoittaa, titaani on termodynaamisesti erittäin reaktiivinen metalli, joka palaa normaalissa ilmakehässä sulamispistettä alemmissa lämpötiloissa. Sulaminen on mahdollista vain inertissä ilmakehässä tai tyhjiössä. 550 asteessa (1 022 astetta F) se yhdistyy klooriin. Se reagoi myös muiden halogeenien kanssa ja absorboi vetyä.
Titaani reagoi helposti hapen kanssa 1200 asteessa (2190 astetta F) ilmassa ja 610 asteessa (1130 astetta F) puhtaassa hapessa muodostaen titaanidioksidia. Titaani on yksi harvoista alkuaineista, jotka palavat puhtaassa typpikaasussa ja reagoivat 800 asteessa (1 470 astetta F) muodostaen titaaninitridiä, joka aiheuttaa haurastumista. Koska filamenteista haihdutettu titaani on erittäin reaktiivinen hapen, typen ja monien muiden kaasujen kanssa, se on perusta titaanisublimaatiopumpuille, joissa titaani toimii näiden kaasujen puhdistajana sitoutumalla niihin kemiallisesti. Tällaiset pumput tuottavat edullisesti erittäin alhaisia paineita ultrakorkeassa tyhjiöjärjestelmissä.
Esiintyminen
Titaani on yhdeksänneksi runsain alkuaine maankuoressa (0,63 massaprosenttia) ja seitsemänneksi runsain metalli. Sitä esiintyy oksideina useimmissa magmaisissa kivissä, niistä johdetuissa sedimenteissä, elävissä olennoissa ja luonnollisissa vesistöissä. Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen analysoimista 801 magmakivilajista 784 sisälsi titaania. Sen osuus maaperässä on noin 0,5-1,5 prosenttia.
Yleisiä titaania sisältäviä mineraaleja ovat anataasi, brookiitti, ilmeniitti, perovskiitti, rutiili ja titaniitti (sfeeni). Akaogiitti on erittäin harvinainen titaanidioksidista koostuva mineraali. Näistä mineraaleista vain rutiililla ja ilmeniitillä on taloudellista merkitystä, mutta niitäkin on vaikea löytää suurina pitoisuuksina. Näistä mineraaleista louhittiin vuonna 2011 noin 6.0 ja 0,7 miljoonaa tonnia. Merkittäviä titaania sisältäviä ilmeniittiesiintymiä on Länsi-Australiassa, Kanadassa, Kiinassa, Intiassa, Mosambikissa, Uudessa-Seelannissa, Norjassa, Sierra Leonessa, Etelä-Afrikassa ja Ukrainassa. Noin 210,000 tonnia titaanimetallisieniä valmistettiin vuonna 2020, pääasiassa Kiinassa (110,000 t), Japanissa (50,000 t), Venäjällä (33,{{ 15}} t) ja Kazakstan (15,000 t). Anataasin, ilmeniitin ja rutiilin kokonaisvarantojen arvioidaan ylittävän 2 miljardia tonnia.
Titaanin pitoisuus meressä on noin 4 pikomolaarista. 100 asteessa titaanin pitoisuuden vedessä arvioidaan olevan alle 10-7 M pH:ssa 7. Titaanilajien identiteetti vesiliuoksessa jää tuntemattomaksi sen alhaisen liukoisuuden ja herkkien spektroskooppisten menetelmien puutteen vuoksi, vaikka vain 4 plus hapetusaste on vakaa ilmassa. Biologisesta roolista ei ole näyttöä, vaikka harvinaisten organismien tiedetään keräävän korkeita titaanipitoisuuksia.
Titaania on meteoriiteissa, ja sitä on havaittu Auringosta ja M-tyypin tähdistä (viilein tyyppi), joiden pintalämpötila on 3200 astetta (5790 astetta F). Apollo 17 -matkan aikana Kuusta tuodut kivet koostuvat 12,1 prosentista TiO2:sta. Alkuperäinen titaani (puhdas metalli) on erittäin harvinainen.
Jos haluat tietää lisää uutisia titaanista,Klikkaa tästä.
Ota meihin yhteyttä: zhangjixia@bjygti.com
