Perfil de metal: Propriedades e características de titânio

O titânio é um metal refractário forte e leve. As ligas de titânio são críticas para a indústria aeroespacial, mas, devido às suas inúmeras propriedades únicas, também são usadas em aplicações médicas, químicas e militares, bem como em artigos esportivos.

Propriedades:

• Símbolo Atômico: Ti
• Número Atômico: 22
• Elemento Categoria: Transição Metal
• Densidade: 4. 506 / cm3
• Ponto de fusão: 1600 ° C (3034 ° F) )
• Ponto de ebulição: 5949 ° F (3287 ° C)

• Dureza de Moh: 6

Características:

As ligas que contêm titânio são conhecidas por sua alta resistência, peso leve e excepcional resistência à corrosão.

Apesar de ser tão forte como o aço, o titânio é cerca de 40% mais leve, o que, juntamente com a sua resistência à cavitação e à erosão, o torna um metal estrutural essencial para engenheiros aeroespaciais.

O titânio também é formidável em sua resistência à corrosão tanto pela água como pela mídia química. Isso faz isso formando uma fina camada de dióxido de titânio (TiO2) em sua superfície que é extremamente difícil para esses materiais penetrarem.

Tendo um baixo módulo de elasticidade significa que o titânio também não é muito flexível, mas retorna à sua forma original após a dobra, resultando em sua importância para moldar as ligas da memória.

O titânio é não magnético e biocompatível (não tóxico, não alergênico), o que levou ao seu uso crescente no campo médico.

História:

O uso de titânio metálico, sob qualquer forma, só realmente desenvolvido após a Segunda Guerra Mundial.

Na verdade, o titânio não foi isolado como metal até que o químico americano Matthew Hunter o produzisse reduzindo o tetracloreto de titânio (TiCl4) com sódio em 1910; Um método agora conhecido como o processo Hunter.

A produção comercial, no entanto, não ocorreu até que William Justin Kroll mostrou que o titânio também poderia ser reduzido a partir de cloreto usando magnésio na década de 1930.

O processo Kroll continua a ser o método de produção comercial mais importante até hoje.

Depois que um método de produção econômico foi desenvolvido, o primeiro uso principal de titânio foi em aeronaves militares. Ambos os aviões e submarinos militares soviéticos e americanos (por exemplo, os submarinos soviéticos Alfa e Mike Class e o USAF F100 Super Saber e Lockheed A-12), projetados nas décadas de 1950 e 1960, começaram a usar ligas de titânio. No início da década de 1960, as ligas de titânio começaram a ser usadas também por fabricantes de aeronaves comerciais.

O campo médico, particularmente os implantes dentários e as próteses, despertou a utilidade do titânio após os estudos do médico sueco Per-Ingvar Brånemark, que datam dos anos 1950, mostraram que o titânio desencadeia nenhuma resposta imune negativa nos seres humanos, permitindo que o metal se integre em nossos corpos em um processo que ele denominou osseointegration .

Produção:

Embora o titânio seja o quarto elemento metálico mais comum na crosta terrestre (atrás do alumínio, ferro e magnésio), a produção de titânio metálico é extremamente sensível à contaminação, particularmente pelo oxigênio, que é relativamente recente desenvolvimento e alto custo.

Os minérios principais utilizados na produção primária de titânio são a ilmenite, que representa cerca de 90% da produção e o rutilo, que representa os 10% restantes.

Cerca de 6,3 milhões de toneladas de concentrado mineral de titânio foram produzidas em 2010, embora apenas uma pequena fração (cerca de 5%) de concentrado de titânio produzido a cada ano acabe finalmente em titânio metálico. Em vez disso, a maioria é usada na produção de dióxido de titânio (TiO2), um pigmento de clareamento usado em tintas, alimentos, medicamentos e cosméticos.

No primeiro passo do processo Kroll, o minério de titânio é esmagado e aquecido com carvão de coque em atmosfera de cloro para produzir tetracloreto de titânio (TiCl4). O cloreto é então capturado e enviado através de um condensador, o que produz um líquido de cloreto de titânio que é mais puro a 99%.

O tetracloreto de titânio é então enviado diretamente para vasos contendo magnésio fundido. Para evitar a contaminação por oxigênio, isso é inerte através da adição de gás argônio.

Durante o processo de destilação resultante, que pode levar vários dias, o recipiente é aquecido a 1000 ° C (1832 ° F). O magnésio reage com o cloreto de titânio, extraindo o cloreto e produzindo titânio elementar e cloreto de magnésio.

O titânio fibroso que é produzido como resultado é referido como esponja de titânio. Para produzir ligas de titânio e lingotes de titânio de alta pureza, a esponja de titânio pode ser derretida com vários elementos de liga usando feixe de elétrons, arco de plasma ou derretimento do arco de vácuo.

Com a esperança de reduzir os custos de extração de titânio, os processos eletrolíticos e outros para a produção de titânio metálico continuam a ser pesquisados ​​ativamente.

Devido à sua natureza estratégica, as estatísticas sobre a produção de titânio no metal podem ser difíceis de serem encontradas. No entanto, estima-se que a produção mundial total de esponjas de titânio tenha sido de cerca de 150 000 toneladas em 2010. Os maiores países produtores são a China, o Japão, a Rússia, o Cazaquistão e os Estados Unidos. Os grandes produtores de esponja de titânio incluem VSMPO (Rússia), Titanium Metals Corp. (EUA), RTI Intl. (EUA), Fushun Jinming Titanium Industry (China), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (China) e Osaka Titanium Technology Co. (Japão).

Aplicações:

As ligas de titânio são usadas principalmente nas seguintes indústrias:

• Aeroespacial
• Militar
• Médico
• Química
• Artigos esportivos

Nas últimas décadas, as aeronaves os fabricantes têm cada vez mais transformado em titânio como componente estrutural chave. Desde os seus primeiros usos no início da década de 1960, o teor médio de titânio nas companhias aéreas comerciais da Boeing aumentou de cerca de 2% do peso corporal para aproximadamente 15%. Mais …

Fontes:

TIMET Video: The Kroll Process.Disponível no site da International Titanium Association: // www. titânio. org
The US Geological Survey: titânio. // minerais. Usgs. gov / minerais / pubs / commodity / titanium /
Vulcan, Tom. 2010. Titânio: o metal dos deuses . Hardassetinvestor. com.

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