Chemické vlastnosti titanu jsou určeny především jeho oxidačním stavem +4, protože +4 je nejstabilnějším stavem titanu. Komplexy titanu mají oktaedrickou koordinační geometrii, s výraznou výjimkou chloridu titaničitého (TiCl 4 ), který má tetraedrickou geometrii. Vyšší oxidační stav chloridu titaničitého má za následek vyšší stupeň kovalentní vazby. O titanu je známo, že jako přechodný kov tvoří vodné komplexy Ti(IV), známé jako komplexy vodného ligandu s titanovým iontem.
Oxidy, sulfidy a alkoxidy
Titanáty jsou sloučeniny tetratitanu, jako je chlorid titaničitý (TiCl') a titaničitan barnatý (BaTiO3). Mají piezoelektrické vlastnosti a lze je použít jako měniče pro vzájemnou konverzi zvuku a elektřiny. Ilmenit (FeTiO3) je sloučenina titanátu.
Nejdůležitější ze všech oxidů titanu je oxid titaničitý (TiO²), který existuje ve třech polykrystalických stavech: rutil, anatas a brookit, což jsou bílé diamagnetické pevné látky. Hvězdy, rubíny a safíry mají vlastnosti oxidu titaničitého (TiO²) jako hvězdné světlo, a proto mají hvězdotvorný lesk.
Oxid titaničitý (Ti3O') je fialový polovodič vyrobený redukcí oxidu titaničitého (TiO2) při vysokých teplotách v přítomnosti vodíku.
Oxid titaničitý (Ti3O') se používá k nanášení oxidu titaničitého v plynné fázi na povrchy pro odolnost proti korozi a pro estetické účely.
Alkoxidy titanu se vyrábějí reakcí chloridu titaničitého s alkoholy a používají se k ukládání pevného oxidu titaničitého pomocí procesu sol-gel.
Isopropoxid titaničitý lze použít k přípravě chirálních organických sloučenin pomocí Sharplessova epoxidačního procesu.
Existuje mnoho typů sloučenin siřičitanu titanu, z nichž je disulfid titaničitý jediným běžně používaným. Má vrstvenou strukturu a používá se jako katoda při výrobě lithium-iontových baterií.
Nitrid a karbid
Nitrid titanu a karbid titanu jsou členy žáruvzdorné přechodové skupiny.
Nitridy titanu mají vlastnosti dvou kovalentních sloučenin:
Extrémně vysoká tvrdost
vysoký bod tání
vysoký bod varu
termodynamickou stabilitu
Tepelná vodivost
Vodivost
Nitrid titanu (TiN) má tvrdost podle Mohse 9.0, stejně jako safír a karbid křemíku, a používá se jako povlakový materiál pro řezné nástroje, jako jsou vrtáky, a pro estetické účely kvůli svému lesklému zlatému povrchu . Při výrobě polovodičů působí jako bariérový materiál.
halogenid
Halogenidy titanu se vyrábějí přímou reakcí mezi titanem a plynným halogenem (X²). Nejběžnějším halogenidem titanu je chlorid titaničitý (TiCl'), bezbarvá těkavá kapalina. Průmyslový chlorid titaničitý je světle žlutý a ve vzduchu hydrolyzuje a uvolňuje bílé mraky.
Chlorid titaničitý se používá k extrakci kovového titanu z rudy jako součást procesu Kroll.
Jako Lewisovy kyseliny se používají halogenidy titanu.
Halogenid titanu tetrajodid titaničitý (TiI'sup4;) pochází z Van Arkelova procesu.
Titan (III) a titan (II) se používají k tvorbě chloridu titaničitého a chloridu titaničitého, jako katalyzátory při výrobě polyolefinů a jako redukční činidla v organické chemii.
Proces výroby titanového kovu
Proces Kroll se používá k přeměně surového titanu na kovový titan. Kroky v procesu zahrnují extrakci, čištění, výrobu houby, výrobu slitiny a tvarování a tvarování. Protože každý krok procesu je nákladný a časově náročný, žádné odvětví není schopno provést všech pět kroků a jednotlivá odvětví dokončují různé fáze.
těžba
Těžbou se ruda dopravuje do podniku ke zpracování ve formě nerostů s obsahem titanu. Z různých druhů rud se ke zpracování nejčastěji používají rutil a ilmenit. Ilmenit vyžaduje předúpravu k odstranění obsahu železa. Ruda se umístí do reaktoru s fluidním ložem obsahujícím chlor a uhlík a zahřeje se na 900 stupňů. Chemická reakce vede k výrobě nečisté formy chloridu titaničitého s oxidem uhelnatým jako vedlejším produktem. Nečistoty, včetně železa, jsou přítomny v chloridu titaničitém a musí být odstraněny, aby vznikl oxid titaničitý.
čištění
Chlorid titaničitý se čistí vysokoteplotní vakuovou destilací. Kov vyrobený během procesu extrakce je umístěn do velkých destilačních nádrží a zahříván. Proces čištění využívá frakcionaci a srážení k oddělení nečistot. Protože různé prvky mají různé body varu, během destilace jsou různé prvky odstraněny, když dosáhnou svého bodu varu. Mezi odstraněné nečistoty patří vanad, křemík, hořčík, zirkonium a železo.
tvorba houby
Když se houba tvoří, vyčištěný chlorid titaničitý se nalévá do reakční nádoby z nerezové oceli v kapalné formě. Přidá se hořčík a směs se zahřeje na teplotu 1100 stupňů, aby hořčík mohl reagovat s chlorem za vzniku chloridu hořečnatého. Do nádoby se čerpá plynný argon, aby se odstranil vzduch, aby se zabránilo reakci s kyslíkem a dusíkem. Titan vyrobený v tomto procesu není čistý titan, ale v pevné formě. Vyjme se z nádoby vrtáním a zpracuje se směsí vody a kyseliny chlorovodíkové, aby se odstranil veškerý přebytek hořčíku a chloridu hořečnatého. Titan vyrobený tímto procesem je houbovitý.
tvorba slitiny
Čistá titanová houba se mísí s různými slitinami a kovovým šrotem pomocí elektrické obloukové pece s tavnou elektrodou za účelem vytvoření slitin. Poté, co jsou kovy roztaveny a smíchány ve vhodných poměrech, jsou brikety zhutněny a svařeny za vzniku houbových elektrod, které se taví ve vakuové obloukové peci za vzniku ingotů pro další zpracování k výrobě různých průmyslových a komerčních produktů.
Tvarování a tvarování
Ingoty jsou vyjmuty z pece, zkontrolovány na vady, zabaleny a odeslány pro použití při výrobě produktů ze slitiny titanu. Zkontrolujte vlastnosti každého ingotu, abyste se ujistili, že splňují požadavky zákazníků. Ingoty procházejí během výrobního procesu produktu různými procesy, jako je svařování, tváření, odlévání, kování a prášková metalurgie.
Vedlejší produkty procesu Kroll
Když se titan oddělí od nečistot, zanechá za sebou hořčík a chlorid hořečnatý, které jsou vedlejšími produkty procesu Kroll a jsou získávány v regeneračních nádržích, které oddělují hořčík a chlór na jejich stabilní formy, pevný hořčík a plynný chlór. Během procesu sběru se chlór shromažďuje v horní části regenerační jednotky. Pevný hořčík a chlór se ukládají pro opětovné použití v procesu Kroll.
tvorba slitiny
Ve čtvrté fázi se čistá titanová houba smíchá s různými slitinami a kovovým šrotem za účelem vytvoření použitelných slitin pomocí elektrické obloukové pece s tavnou elektrodou. Poté, co jsou všechny požadované kovy roztaveny a smíchány v požadovaných poměrech, je hmota zhutněna a svařena za vzniku houbové elektrody. Tato houbovitá elektroda se taví ve vakuové obloukové peci za vzniku ingotů. Tyto ingoty se obvykle znovu a znovu taví, aby se vytvořily komerčně přijatelné ingoty.
Tvarování a tvarování
V konečné fázi procesu Kroll jsou ingoty vyjmuty z pece, zkontrolovány na vady a odeslány k použití při výrobě produktů ze slitiny titanu. Zkontrolujte výkon každého ingotu, abyste se ujistili, že jsou splněny požadavky zákazníka. Ocelové ingoty procházejí různými procesy, jako je svařování, tvarování, odlévání, kování, prášková metalurgie atd., a nakonec jsou tvarovány do hotových výrobků. Vše závisí na specifikacích požadovaného produktu.
Vedlejší produkty procesu Kroll
Během Krollova procesu, kdy se titan odděluje od nečistot, zůstává velké množství hořčíku a chloridu hořečnatého. Vedlejší produkty procesu Kroll jsou okamžitě regenerovány v recyklační jednotce. Recyklační nádrže separují hořčík a chlór do stabilních forem. Tedy hořčík v pevné formě a chlór v plynné formě. Chlór se shromažďuje z horní části sběrné nádrže a obě složky se znovu používají v procesu Kroll.
