Lavorazione del titanio, estrazione del titanio dai suoi minerali e preparazione di leghe o composti di titanio per l'uso in vari prodotti.
Il titanio (Ti) è un metallo morbido, duttile, grigio argento con un punto di fusione di 1.675 ° C (3.047 ° F). A causa della formazione sulla sua superficie di un film di ossido che è relativamente inerte chimicamente, ha un'eccellente resistenza alla corrosione nella maggior parte degli ambienti naturali. Inoltre, è leggero, con una densità (4,51 grammi per centimetro cubo) a metà strada tra alluminio e ferro. La sua combinazione di bassa densità ed elevata resistenza gli conferisce il rapporto resistenza-peso più efficiente dei metalli comuni per temperature fino a 600 ° C (1.100 ° F).
Poiché il suo diametro atomico è simile a molti metalli comuni come alluminio, ferro, stagno e vanadio, il titanio può essere facilmente legato per migliorarne le proprietà. Come il ferro, il metallo può esistere in due forme cristalline: esagonale compatto (hcp) inferiore a 883 ° C (1.621 ° F) e cubico centrato sul corpo (cc) a temperature più elevate fino al suo punto di fusione. Questo comportamento allotropico e la capacità di legare con molti elementi si traducono in leghe di titanio che hanno una vasta gamma di proprietà meccaniche e resistenti alla corrosione.
Sebbene i minerali di titanio siano abbondanti, l'elevata reattività del metallo con ossigeno, azoto e idrogeno nell'aria a temperature elevate richiede processi di produzione e fabbricazione complicati e quindi costosi.
Storia
Il minerale di titanio fu scoperto per la prima volta nel 1791 nelle sabbie della spiaggia della Cornovaglia da un sacerdote inglese, William Gregor. La vera identificazione dell'ossido fu fatta pochi anni dopo da un chimico tedesco, MH Klaproth. Klaproth ha dato al costituente metallico di questo ossido il nome titanio, dopo i Titani, i giganti della mitologia greca.
Il titanio metallico puro fu prodotto per la prima volta nel 1906 o nel 1910 da MA Hunter presso il Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, New York, USA) in collaborazione con la General Electric Company. Questi ricercatori credevano che il titanio avesse un punto di fusione di 6.000 ° C (10.800 ° F) e fosse quindi un candidato per i filamenti di lampade a incandescenza, ma, quando Hunter produsse un metallo con un punto di fusione più vicino a 1.800 ° C (3.300 ° F), lo sforzo fu abbandonato. Tuttavia, Hunter ha indicato che il metallo aveva una certa duttilità e il suo metodo per produrlo facendo reagire il tetracloruro di titanio (TiCl 4) con sodio sotto vuoto è stato successivamente commercializzato ed è ora noto come processo Hunter. Il metallo di notevole duttilità fu prodotto nel 1925 dagli scienziati olandesi AE van Arkel e JH de Boer, che dissociarono il tetraioduro di titanio su un filamento caldo in un bulbo di vetro evacuato.
Nel 1932 William J. Kroll del Lussemburgo produsse notevoli quantità di titanio duttile combinando TiCl 4 con calcio. Nel 1938 Kroll aveva prodotto 20 chilogrammi (50 libbre) di titanio ed era convinto di possedere eccellenti proprietà di corrosione e resistenza. All'inizio della seconda guerra mondiale fuggì dall'Europa e continuò il suo lavoro negli Stati Uniti presso la Union Carbide Company e successivamente presso il Bureau of Mines degli Stati Uniti. A questo punto, aveva cambiato l'agente riducente dal calcio al metallo di magnesio. Kroll è ora riconosciuto come il padre della moderna industria del titanio e il processo Kroll è la base per la maggior parte della produzione attuale di titanio.
Uno studio dell'Aeronautica statunitense condotto nel 1946 concluse che le leghe a base di titanio erano materiali di ingegneria di potenziale importanza, poiché la necessità emergente di rapporti peso-resistenza più elevati nelle strutture e nei motori degli aeromobili non poteva essere soddisfatta in modo efficiente né dall'acciaio né dall'alluminio. Di conseguenza, il Dipartimento della Difesa ha fornito incentivi alla produzione per avviare l'industria del titanio nel 1950. Una capacità industriale simile è stata fondata in Giappone, URSS e Regno Unito. Dopo che questo impulso è stato fornito dall'industria aerospaziale, la pronta disponibilità del metallo ha dato origine a opportunità per nuove applicazioni in altri mercati, come il trattamento chimico, la medicina, la produzione di energia e il trattamento dei rifiuti.
minerali
Il titanio è il quarto metallo strutturale più abbondante sulla Terra, superato solo da alluminio, ferro e magnesio. I depositi di minerali lavorabili sono dispersi in tutto il mondo e includono siti in Australia, Stati Uniti, Canada, Sudafrica, Sierra Leone, Ucraina, Russia, Norvegia, Malesia e molti altri paesi.
I minerali predominanti sono il rutilo, che contiene circa il 95% di biossido di titanio (TiO 2) e ilmenite (FeTiO 3), che contiene dal 50 al 65% di TiO 2. Un terzo minerale, il leucoxene, è un'alterazione dell'ilmenite da cui una parte del ferro è stata lisciviata naturalmente. Non ha un contenuto specifico di titanio. I minerali di titanio si presentano in formazioni alluvionali e vulcaniche. I depositi di solito contengono tra il 3 e il 12 percento di minerali pesanti, costituiti da ilmenite, rutilo, leucossene, zirconio e monazite.
