Kemijske lastnosti titana so v glavnem določene z njegovim oksidacijskim stanjem +4, ker je +4 najstabilnejše stanje titana. Titanovi kompleksi imajo oktaedrično koordinacijsko geometrijo, z opazno izjemo titanovega tetraklorida (TiCl 4 ), ki ima tetraedrično geometrijo. Višje oksidacijsko stanje titanovega tetraklorida povzroči višjo stopnjo kovalentne vezi. Kot prehodna kovina je znano, da titan tvori vodne komplekse Ti(IV), znane kot vodni ligandni kompleksi titanovih ionov.
Oksidi, sulfidi in alkoksidi
Titanati so tetratitanove spojine, kot sta titanov tetraklorid (TiCl&sup4;) in barijev titanat (BaTiO3). Imajo piezoelektrične lastnosti in se lahko uporabljajo kot pretvorniki za medsebojno pretvorbo zvoka in elektrike. Ilmenit (FeTiO3) je spojina titana.
Najpomembnejši od vseh titanovih oksidov je titanov dioksid (TiO²), ki obstaja v treh polikristalnih stanjih: rutil, anataz in brukit, ki so bele diamagnetne trdne snovi. Zvezde, rubini in safirji imajo lastnosti titanovega dioksida (TiO²) zvezdne svetlobe, zato imajo sijaj, v katerem nastajajo zvezde.
Titanov(III,V) oksid (Ti3O&sup5;) je vijoličen polprevodnik, proizveden z redukcijo titanovega dioksida (TiO2) pri visokih temperaturah v prisotnosti vodika.
Titanov (III,IV) oksid (Ti3O&sup4;) se uporablja za nanašanje titanovega oksida v parni fazi na površine zaradi odpornosti proti koroziji in za estetske namene.
Titanovi alkoksidi se proizvajajo z reakcijo titanovega tetraklorida z alkoholi in se uporabljajo za nanašanje trdnega titanovega dioksida s sol-gel postopkom.
Titanov izopropoksid se lahko uporablja za pripravo kiralnih organskih spojin s postopkom epoksidacije Sharpless.
Obstaja veliko vrst spojin titanovega sulfita, od katerih je titanov disulfid edini pogosto uporabljen. Ima plastno strukturo in se uporablja kot katoda pri izdelavi litij-ionskih baterij.
Nitrid in karbid
Titanov nitrid in titanov karbid sta člana ognjevzdržne prehodne skupine.
Titanovi nitridi imajo lastnosti dveh kovalentnih spojin:
Izjemno visoka trdota
visoko tališče
visoko vrelišče
termodinamična stabilnost
Toplotna prevodnost
Prevodnost
Titanov nitrid (TiN) ima Mohsovo trdoto 9.0, enako kot safir in silicijev karbid, in se zaradi svoje sijoče zlate površine uporablja kot premazni material za rezalna orodja, kot so svedri, in v estetske namene. . V proizvodnji polprevodnikov deluje kot pregradni material.
halid
Titanovi halogenidi nastanejo z neposredno reakcijo med titanom in halogenim plinom (X²). Najpogostejši titanov halid je titanov tetraklorid (TiCl&sup4;), brezbarvna, hlapna tekočina. Industrijski titanov tetraklorid je svetlo rumen in na zraku hidrolizira, pri čemer se sproščajo beli oblaki.
Titanov tetraklorid se uporablja za pridobivanje kovinskega titana iz rude kot del procesa Kroll.
Titanovi halogenidi se uporabljajo kot Lewisove kisline.
Titanov halid titanov tetrajodid (TiI&sup4;) prihaja iz postopka Van Arkel.
Titan(III) in titan(II) se uporabljata za tvorbo titanovega triklorida in titanovega diklorida, kot katalizatorja pri proizvodnji poliolefinov in kot reducenta v organski kemiji.
Postopek izdelave kovinskega titana
Postopek Kroll se uporablja za pretvorbo surovega titana v kovinski titan. Koraki v procesu vključujejo ekstrakcijo, čiščenje, proizvodnjo gobic, proizvodnjo zlitin ter oblikovanje in oblikovanje. Ker je vsak korak postopka drag in dolgotrajen, nobena panoga ne more izvesti vseh pet korakov, posamezne panoge pa dokončajo različne faze.
ekstrakcija
Z ekstrakcijo se ruda transportira v podjetje za predelavo v obliki mineralov, ki vsebujejo titan. Med različnimi vrstami rud se za predelavo najpogosteje uporabljata rutil in ilmenit. Ilmenit zahteva predhodno obdelavo, da se odstrani vsebnost železa. Ruda se postavi v reaktor z zvrtinčeno plastjo, ki vsebuje klor in ogljik, in segreje na 900 stopinj. Posledica kemične reakcije je nastajanje nečiste oblike titanovega tetraklorida z ogljikovim monoksidom kot stranskim produktom. Nečistoče, vključno z železom, so prisotne v titanovem tetrakloridu in jih je treba odstraniti za proizvodnjo titanovega dioksida.
čiščenje
Titanov tetraklorid se čisti z visokotemperaturno vakuumsko destilacijo. Kovina, proizvedena med postopkom ekstrakcije, se postavi v velike destilacijske rezervoarje in segreje. Postopek čiščenja uporablja frakcioniranje in obarjanje za ločevanje nečistoč. Ker imajo različni elementi različna vrelišča, se med destilacijo različni elementi odstranijo, ko dosežejo svoje vrelišče. Odstranjene nečistoče vključujejo vanadij, silicij, magnezij, cirkonij in železo.
nastanek gobice
Ko se goba oblikuje, se prečiščen titanov tetraklorid v tekoči obliki vlije v reakcijsko posodo iz nerjavečega jekla. Dodamo magnezij in zmes segrejemo na temperaturo 1100 stopinj, tako da lahko magnezij reagira s klorom in tvori magnezijev klorid. Plin argon se črpa v posodo, da se odstrani zrak, da se prepreči reakcija s kisikom in dušikom. Titan, proizveden v tem procesu, ni čisti titan, ampak v trdni obliki. Iz posode se odstrani s postopkom vrtanja in obdela z mešanico vode in klorovodikove kisline, da se odstrani morebitni odvečni magnezij in magnezijev klorid. Titan, proizveden s tem postopkom, je podoben gobi.
ustvarjanje zlitin
Goba iz čistega titana se zmeša z različnimi zlitinami in odpadno kovino z uporabo električne obločne peči s potrošno elektrodo, da se ustvarijo zlitine. Ko se kovine stopijo in zmešajo v ustreznih razmerjih, se briketi stisnejo in zvarijo, da nastanejo gobaste elektrode, ki se talijo v vakuumski obločni peči, da se oblikujejo ingoti za nadaljnjo obdelavo za proizvodnjo različnih industrijskih in komercialnih izdelkov.
Oblikovanje in oblikovanje
Ingoti se odstranijo iz peči, pregledajo glede napak, zapakirajo in pošljejo za uporabo pri izdelavi izdelkov iz titanove zlitine. Preverite lastnosti vsakega ingota, da zagotovite, da izpolnjujejo zahteve kupcev. Ingoti so med postopkom izdelave izdelka podvrženi različnim postopkom, kot so varjenje, oblikovanje, litje, kovanje in praškasta metalurgija.
Stranski produkti postopka Kroll
Ko je titan ločen od nečistoč, za seboj ostaneta magnezij in magnezijev klorid, ki sta stranska produkta Krollovega procesa in se pridobita v rezervoarjih za zbiranje, ki ločijo magnezij in klor v njuni stabilni obliki, trdni magnezij in plin klor. Med postopkom zbiranja se klor zbira na vrhu rekuperacijske enote. Trdni magnezij in klor sta shranjena za ponovno uporabo v procesu Kroll.
ustvarjanje zlitin
V četrti fazi se čista titanova goba zmeša z različnimi zlitinami in odpadnimi kovinami, da se ustvarijo uporabne zlitine s pomočjo elektroobločne peči s potrošno elektrodo. Ko so vse potrebne kovine stopljene in zmešane v želenih razmerjih, se masa stisne in zvari, da se oblikuje gobasta elektroda. Ta gobasta elektroda se tali v vakuumski obločni peči, da se oblikujejo ingoti. Ti ingoti se običajno znova in znova talijo, da se ustvarijo komercialno sprejemljivi ingoti.
Oblikovanje in oblikovanje
V zadnji fazi postopka Kroll se ingoti odstranijo iz peči, pregledajo glede napak in se pošljejo za uporabo v proizvodnji izdelkov iz titanove zlitine. Preverite delovanje vsakega ingota, da zagotovite izpolnjevanje zahtev kupca. Jekleni ingoti so podvrženi različnim postopkom, kot so varjenje, oblikovanje, litje, kovanje, praškasta metalurgija itd., in se na koncu oblikujejo v končne izdelke. Vse je odvisno od specifikacij zahtevanega izdelka.
Stranski produkti postopka Kroll
Med postopkom Kroll, ko se titan loči od nečistoč, ostanejo velike količine magnezija in magnezijevega klorida. Stranski produkti procesa Kroll se takoj predelajo v reciklažni enoti. Cisterne za recikliranje ločijo magnezij in klor v stabilne oblike. To je magnezij v trdni obliki in klor v plinasti obliki. Klor se zbira z vrha zbiralne posode in obe komponenti se ponovno uporabita v procesu Kroll.
