De kemiska egenskaperna hos titan bestäms huvudsakligen av dess oxidationstillstånd +4, eftersom +4 är det mest stabila tillståndet av titan. Titankomplex har oktaedriska koordinationsgeometrier, med det anmärkningsvärda undantaget av titantetraklorid (TiCl 4 ), som har tetraedrisk geometri. Det högre oxidationstillståndet för titantetraklorid resulterar i en högre grad av kovalent bindning. Som en övergångsmetall är titan känt för att bilda vattenhaltiga Ti(IV)-komplex, kända som vattenhaltiga ligand-titanjonkomplex.
Oxider, sulfider och alkoxider
Titanater är tetratitanföreningar, såsom titantetraklorid (TiCl&sup4) och bariumtitanat (BaTiO3). De har piezoelektriska egenskaper och kan användas som givare för ömsesidig omvandling av ljud och elektricitet. Ilmenit (FeTiO3) är en titanatförening.
Den viktigaste av alla titanoxider är titandioxid (TiO²), som finns i tre polykristallina tillstånd: rutil, anatas och brookit, som är vita, diamagnetiska fasta ämnen. Stjärnor, rubiner och safirer har stjärnljusets titandioxidegenskaper (TiO²), vilket är anledningen till att de har en stjärnbildande lyster.
Titan(III,V)oxid (Ti3O&sup5) är en violett halvledare som produceras genom reduktion av titandioxid (TiO2) vid höga temperaturer i närvaro av väte.
Titan(III,IV)oxid (Ti3O&sup4;) används för att ångfasbelägga titanoxid på ytor för korrosionsbeständighet och estetiska ändamål.
Titanalkoxider framställs genom reaktion av titantetraklorid med alkoholer och används för att avsätta fast titandioxid med hjälp av en sol-gel-process.
Titanisopropoxid kan användas för att framställa kirala organiska föreningar med Sharpless epoxidationsprocessen.
Det finns många typer av titandisulfitföreningar, av vilka titandisulfid är den enda som vanligtvis används. Den har en skiktad struktur och används som katod vid tillverkning av litiumjonbatterier.
Nitrid och karbid
Titannitrid och titankarbid är medlemmar av den eldfasta övergångsgruppen.
Titannitrider har egenskaperna hos två kovalenta föreningar:
Extremt hög hårdhet
hög smältpunkt
hög kokpunkt
termodynamisk stabilitet
Värmeledningsförmåga
Ledningsförmåga
Titannitrid (TiN) har en Mohs-hårdhet på 9.0, samma som safir och kiselkarbid, och används som beläggningsmaterial för skärverktyg som borr och för estetiska ändamål på grund av dess glänsande guldyta . Vid halvledartillverkning fungerar det som ett barriärmaterial.
halogenid
Titanhalogenider produceras genom en direkt reaktion mellan titan och halogengas (X²). Den vanligaste titanhalogeniden är titantetraklorid (TiCl&sup4;), en färglös, flyktig vätska. Industriell titantetraklorid är ljusgul och hydrolyserar i luften och frigör vita moln.
Titantetraklorid används för att extrahera titanmetall från malm som en del av Kroll-processen.
Titanhalogenider används som Lewis-syror.
Titanhalogeniden titantetrajodid (TiI&sup4;) kommer från Van Arkel-processen.
Titan(III) och titan(II) används för att bilda titantriklorid och titandiklorid, som katalysatorer vid framställning av polyolefiner och som reduktionsmedel inom organisk kemi.
Titanmetalltillverkningsprocess
Kroll-processen används för att omvandla rå titan till titanmetall. Stegen i processen inkluderar extraktion, rening, svampproduktion, legeringstillverkning och formning och formning. Eftersom varje steg i processen är kostsamt och tidskrävande, kan ingen bransch utföra alla fem stegen, och enskilda branscher slutför olika steg.
extraktion
Genom utvinning transporteras malmen till företaget för förädling i form av titanhaltiga mineraler. Bland de olika typerna av malmer är rutil och ilmenit de vanligaste som används för bearbetning. Ilmenit kräver förbehandling för att ta bort dess järnhalt. Malmen placeras i en reaktor med fluidiserad bädd innehållande klor och kol och värms upp till 900 grader. Den kemiska reaktionen resulterar i produktionen av en oren form av titantetraklorid, med kolmonoxid som en biprodukt. Föroreningar, inklusive järn, finns i titantetraklorid och måste avlägsnas för att producera titandioxid.
rening
Titantetraklorid renas genom högtemperaturvakuumdestillation. Metallen som produceras under extraktionsprocessen placeras i stora destillationstankar och värms upp. Reningsprocessen använder fraktionering och utfällning för att separera föroreningar. Eftersom olika grundämnen har olika kokpunkter, avlägsnas de olika grundämnena under destillationen när de når sin kokpunkt. Föroreningar som avlägsnas inkluderar vanadin, kisel, magnesium, zirkonium och järn.
svampbildning
När svampen bildas, hälls renad titantetraklorid i reaktionskärlet av rostfritt stål i flytande form. Magnesium tillsätts och blandningen värms till en temperatur på 1100 grader så att magnesiumet kan reagera med klor för att bilda magnesiumklorid. Argongas pumpas in i kärlet för att avlägsna luft för att undvika reaktion med syre och kväve. Titanet som produceras i denna process är inte rent titan, utan i fast form. Den avlägsnas från behållaren genom en borrprocess och behandlas med en blandning av vatten och saltsyra för att avlägsna eventuellt överskott av magnesium och magnesiumklorid. Titanet som produceras genom denna process är svampliknande.
skapande av legeringar
Ren titansvamp blandas med olika legeringar och metallskrot med hjälp av en förbrukningsbar elektrodbågsugn för att skapa legeringar. Efter att metallerna har smälts och blandats i lämpliga proportioner, komprimeras briketterna och svetsas för att bilda svampelektroder, som smälts i en vakuumbågsugn för att bilda göt för vidare bearbetning för tillverkning av olika industriella och kommersiella produkter.
Forma och forma
Tackorna tas bort från ugnen, inspekteras för defekter, förpackas och skickas för användning vid tillverkning av titanlegeringsprodukter. Kontrollera egenskaperna för varje göt för att säkerställa att de uppfyller kundens krav. Tackor genomgår olika processer som svetsning, formning, gjutning, smide och pulvermetallurgi under produkttillverkningsprocessen.
Biprodukter från Kroll-processen
När titan separeras från dess föroreningar, lämnar det efter sig magnesium och magnesiumklorid, som är biprodukter från Kroll-processen och återvinns i återvinningstankar som separerar magnesium och klor till deras stabila former, fast magnesium och klorgas. Under insamlingsprocessen samlas klor upp på toppen av återvinningsenheten. Det fasta magnesiumet och kloret sparas för återanvändning i Kroll-processen.
skapande av legeringar
I det fjärde steget blandas ren titansvamp med olika legeringar och metallskrot för att skapa användbara legeringar med hjälp av en förbrukningsbar elektrodbågsugn. Efter att alla nödvändiga metaller har smälts och blandats i önskade proportioner, komprimeras massan och svetsas för att bilda svampelektroden. Denna svampelektrod smälts i en vakuumbågsugn för att bilda göt. Dessa göt smälts typiskt gång på gång för att skapa kommersiellt acceptabla göt.
Forma och forma
I slutskedet av Kroll-processen tas tackorna bort från ugnen, inspekteras för defekter och skickas ut för användning vid tillverkning av titanlegeringsprodukter. Kontrollera prestandan för varje göt för att säkerställa att kundens krav uppfylls. Stålgöt genomgår olika processer såsom svetsning, formning, gjutning, smide, pulvermetallurgi etc. och formas slutligen till färdiga produkter. Allt beror på specifikationerna för den produkt som krävs.
Biprodukter från Kroll-processen
Under Kroll-processen, när titan separeras från föroreningar, lämnas stora mängder magnesium och magnesiumklorid kvar. Biprodukterna från Kroll-processen återvinns omedelbart i återvinningsenheten. Återvinningstankar separerar magnesium och klor till stabila former. Det vill säga magnesium i fast form och klor i gasform. Klor samlas upp från toppen av återvinningstanken och båda komponenterna återanvänds i Kroll-processen.
