DIOXIDO DE TITANIO

DIOXIDO DE TITANIO
El titanio se conoce como un metal de transición en la tabla periódica de los elementos indicados
por el símbolo de Ti. Es un peso ligero, de color gris plateado material con un número atómico de
22 y un peso atómico de 47,90. Tiene una densidad de 4510 kg / m 3, que se sitúa entre las
densidades de aluminio y acero inoxidable. Tiene un punto de fusión de aproximadamente 3.032 °
F (1667 ° C) y un punto de ebullición de 5.948 ° F (3287 C). Se comporta químicamente similar al
circonio y silicio. Tiene una excelente resistencia a la corrosión y una alta resistencia al cociente de
peso.
El titanio es el metal más abundante cuarto que representa aproximadamente el 0,62% de la
corteza terrestre. Rara vez se encuentra en su forma pura, el titanio se da normalmente en
minerales tales como anatasa, brookita, ilmenita, leucoxeno, perovskita, rutilo y titanita. Mientras
que el titanio es relativamente abundante, sigue siendo caro debido a que es difícil de aislar. Los
principales productores de concentrados de titanio son Australia, Canadá, China, India, Noruega,
Sudáfrica y Ucrania. En los Estados Unidos, el principal de titanio son los estados productores de
Florida, Idaho, Nueva Jersey, Nueva York y Virginia.
Miles de aleaciones de titanio se han desarrollado y estos pueden ser agrupados en cuatro
categorías principales. Sus propiedades dependen de su estructura química básica y la forma en
que se manipulan durante la fabricación. Algunos elementos utilizados para la fabricación de
aleaciones incluyen aluminio, molibdeno, cobalto, circonio, estaño y vanadio. Aleaciones de fase
alfa tienen la menor fuerza, pero son conformables y soldables. Alpha Plus aleaciones beta tienen
una alta resistencia. Cerca de las aleaciones alfa tienen fuerza media, sino que tenga buena
resistencia a la fluencia. Aleaciones de fase beta tienen la mayor intensidad de cualesquiera
aleaciones de titanio, pero también carecen de ductilidad.
Las aplicaciones de titanio y sus aleaciones son numerosas. La industria aeroespacial es el mayor
consumidor de productos de titanio. Es útil para esta industria debido a su alta resistencia al
cociente de peso y las propiedades de alta temperatura. Normalmente se utiliza para piezas de
aviones y sujetadores. Estas mismas propiedades hacen de titanio útil para la producción de
motores de turbina de gas. Se utiliza para piezas como los álabes del compresor, cubiertas,
cubiertas de motor y protectores de calor.
Puesto que el titanio tiene buena resistencia a la corrosión, es un material importante para la
industria de acabados metálicos. Aquí se usa para la fabricación de bobinas de intercambiadores
de calor, plantillas, y los forros. Resistencia del titanio al cloro y ácido hace que sea un material
importante en los procesos químicos. Se utiliza para las diversas bombas, válvulas, e
intercambiadores de calor en la línea de producción química. La industria del refinado del petróleo
emplea materiales de titanio para tubos del condensador debido a la resistencia a la corrosión.
Esta propiedad también lo hace útil para los equipos utilizados en el proceso de desalinización.
El titanio se utiliza en la producción de implantes humanos, ya que tiene buena compatibilidad con
el cuerpo humano. Uno de los usos recientes más notables de titanio se encuentra en los
corazones artificiales primera implantados en un humano en 2001. Otros usos de titanio en las
prótesis de cadera, marcapasos, desfibriladores, y el codo y las articulaciones de la cadera.
Finalmente, los materiales de titanio se utilizan en la producción de numerosos productos de
consumo. Se utiliza en la fabricación de cosas tales como zapatos, joyas, computadoras, equipos
deportivos, relojes y esculturas. Como el dióxido de titanio, se utiliza como un pigmento blanco en
plástico, papel y pintura. Incluso se utiliza como un colorante blanco y como un protector solar en
los productos cosméticos.
Materias Primas
El titanio se obtiene a partir de diversos minerales que se producen naturalmente en la tierra. Los
minerales primarios utilizados para la producción de titanio incluyen la ilmenita, leucoxeno, y
rutilo. Otras fuentes importantes incluyen anatasa, perovskita, y esfena.
Ilmenita y leucoxeno son minerales titaníferos. Ilmenita (FeTiO3) contiene aproximadamente 53%
de dióxido de titanio. Leucoxeno tiene una composición similar, pero tiene alrededor de dióxido
de titanio 90%. Se encuentran asociados con los depósitos de roca dura o en las playas y arenas
aluviales. Rutilo dióxido de titanio es relativamente puro (TiO2). Anatasa es otra forma de dióxido
de titanio cristalino y acaba de convertirse en una importante fuente comercial del titanio. Ambos
se encuentran principalmente en la playa y los depósitos de arena.
Perovskita (CaTiO3) y esfena (Cati-SiO5) son el calcio y los minerales de titanio. Ninguno de estos
materiales se utiliza en la producción comercial de titanio debido a la dificultad en la eliminación
del calcio. En el futuro, es probable que perovskita pueda ser utilizado comercialmente, ya que
contiene casi el 60% de dióxido de titanio y sólo tiene calcio como una impureza. Esfeno tiene
silicio como una impureza segundo que hace aún más difícil de aislar el titanio.
Además de los minerales, otros compuestos utilizados en la producción de titanio incluyen el gas
cloro, carbono y magnesio.
El titanio se utiliza para una amplia variedad de artículos, tales como cuadros de las bicicletas, los
implantes de cadera, monturas de gafas, y los pendientes.
La Manufactura
Proceso
El titanio se produce utilizando el proceso de Kroll. Los pasos implicados incluyen la extracción,
purificación, la producción de esponja, la creación de aleación, y formando y conformación. En los
Estados Unidos, muchos fabricantes se especializan en diferentes fases de esta producción. Por
ejemplo, hay fabricantes que acaba de hacer la esponja, otros que sólo se funden y crean la
aleación, y aún otras que producen los productos finales. En la actualidad, no hay un solo
fabricante completa de todos estos pasos.
Extracción
1 En el inicio de la producción, el fabricante recibe concentrados de las minas de titanio. Mientras
rutilo se puede utilizar en su forma natural, ilmenita se procesa para eliminar el hierro de modo
que contenga al menos el 85% de dióxido de titanio. Estos materiales se introdujeron en un
reactor de lecho fluidizado junto con el gas cloro y carbono. El material se calienta a 1.652 ° F (900
° C) y los resultados químicos posteriores de reacción en la creación de impuro tetracloruro de
titanio (TiCl4) y monóxido de carbono. Las impurezas son un resultado del hecho de que el dióxido
de titanio puro no se utiliza en la salida. Por tanto, los cloruros de diversos deseados que se
producen de metal debe ser eliminado.
Purificación
2 El metal reaccionado se pone en tanques de destilación grandes y se calentó. Durante este paso,
las impurezas se separan mediante destilación fraccionada y precipitación. Esta acción elimina
cloruros de metales, incluyendo los de hierro, vanadio, circonio silicio, y magnesio.
La producción de la esponja
3 A continuación, el tetracloruro de titanio purificado se transfiere como un líquido a un recipiente
reactor de acero inoxidable. El magnesio se añade a continuación y el recipiente se calienta a
aproximadamente 2.012 ° F (1.100 ° C). El argón se bombea en el recipiente de manera que el aire
se retira y la contaminación con oxígeno o nitrógeno se evita. El magnesio reacciona con el cloro
produciendo cloruro de magnesio líquido. Esto deja sólida de titanio puro desde el punto de fusión
de titanio es más alto que el de la reacción.
4 El sólido de titanio se elimina del reactor por aburrido y luego se trató con agua y ácido
clorhídrico para eliminar el exceso de magnesio y cloruro de magnesio. El sólido resultante es un
metal poroso llamado una esponja.
La creación de aleación
5 La esponja de titanio puro se puede convertir en una aleación utilizable a través de un horno de
arco consumible-electrodo. En este punto, la esponja se mezcla con las adiciones de aleación de
diversos y chatarra. La proporción exacta de esponja de material de aleación se formula en un
laboratorio antes de la producción. Esta masa se prensa en compactos y soldadas entre sí,
formando un electrodo esponja.
El electrodo 6 esponja se coloca entonces en un horno de arco de vacío para la fusión. En este
contenedor refrigerado por agua, cobre, un arco eléctrico se utiliza para fundir el electrodo
esponja para formar un lingote. Todo el aire en el recipiente o bien se retira (formando un vacío) o
la atmósfera está llena de argón para evitar la contaminación. Típicamente, el lingote se vuelve a
fundir una o dos veces más para producir un lingote comercialmente aceptable. En los Estados
Unidos, la mayoría de los lingotes producidos por este método pesan alrededor de 9.000 libras
(4082 kg) y son 30 en (76,2 cm) de diámetro.
7 Después de un lingote se hace, se retira del horno y se inspeccionó para detectar defectos. La
superficie puede estar condicionada como se requiere para el cliente. El lingote puede ser enviado
a un fabricante de productos terminados en los que puede ser molido y se fabrican en varios
productos.
Los subproductos o desechos
Durante la producción de titanio puro una cantidad significativa de cloruro de magnesio se
produce. Este material se recicla en una celda de reciclaje inmediatamente después de que se
produce. La célula de reciclaje primero se separa el metal magnesio entonces el gas cloro se
recoge. Ambos de estos componentes se reutilizan en la producción de titanio.
El futuro
Los futuros avances en la fabricación de titanio son probables que se encuentre en el área de la
producción de lingote mejorada, el desarrollo de nuevas aleaciones, la reducción en los costes de
producción, y la aplicación a las nuevas industrias. Actualmente, existe una necesidad de grandes
lingotes que pueden ser producidos por los hornos disponibles. Continúan las investigaciones para
desarrollar grandes hornos que pueden satisfacer estas necesidades. También se está trabajando
en la búsqueda de hacer la composición óptima de las aleaciones de titanio diferentes. En última
instancia, los investigadores esperan que los materiales especializados con microestructuras
controladas, se produce fácilmente. Por último, los investigadores han estado investigando
diferentes métodos para la purificación de titanio. Recientemente, los científicos de la Universidad
de Cambridge anunciaron un método para producir titanio puro directamente a partir de dióxido
de titanio. Esto podría reducir sustancialmente los costos de producción y aumentar la
disponibilidad.