Использование и применение титана в современных отраслях промышленности

Четыре этапа цепочки титановой промышленности

Титан попадает на рынок через четыре взаимосвязанных этапа. Ильменитовую, рутиловую и другие титан-содержащие руды сначала обогащают путем физического обогащения до высококачественного-концентрата. Затем этот концентрат разделяют двумя способами: очищают до диоксида титана высокой-чистоты для пигментной промышленности или хлорируют до тетрахлорида титана и восстанавливают до губчатого титана. В конце концов губку плавят, отливают в слитки и превращают в прокатную продукцию, такую ​​как пластины, прутки, трубы и проволоку.

Каждый этап устанавливает потолок для следующего. Уровни железа, кислорода, азота и углерода, зафиксированные на стадии губки, не могут быть экономически эффективно удалены позже, поэтому пластичность, усталостная долговечность и надежность сварного шва готового титанового изделия в значительной степени определяются до первого прохода прокатки.

Титановая губка: основное сырье

Титан губчатый получают восстановлением тетрахлорида титана магнием (процесс Кролла) или натрием (процесс Хантера). Коммерческая губка обычно содержит от 98,5% до 99,7% титана, а остальное состоит из железа, кислорода, азота, углерода, кремния и остаточных хлоридов. В результате вакуумно-дугового переплава или электронно-лучевой плавки губка превращается в плотный слиток с однородной мелкозернистой структурой, пригодной для термомеханической обработки.

Восстановление магния доминирует в мировых поставках, поскольку побочные продукты магния и хлора-могут быть извлечены и возвращены в хлоратор, что обеспечивает лучшую консистенцию продукта и более низкие уровни металлических примесей. Восстановление натрия позволяет получить немного более тонкую губку, но расходуется гораздо больше восстановителя на тонну металла. Электролиз расплавленных солей остается скорее направлением развития, чем коммерческим процессом.

Сорт Губка имеет прямой коммерческий эффект. Губка более высокого-класса с более жесткими ограничениями по содержанию кислорода требуется для аэрокосмических поковок, медицинских имплантатов и криогенной техники, тогда как стандартные сорта подходят для применения в промышленной коррозии.

Пигмент диоксида титана и его применение

Диоксид титана (TiO2) химически стабилен, не-токсичен и обладает самым высоким показателем преломления среди обычных белых пигментов, что придает ему исключительную непрозрачность, яркость и интенсивность окрашивания. Его потребляют архитектурные и промышленные покрытия, пластмассы, бумага, печатные краски, искусственные волокна, резина, косметика и фармацевтические препараты.

Доминируют два производственных маршрута. Сульфатный процесс допускает использование широкого спектра сырья и использует простое оборудование, но генерирует большие объемы кислых стоков, которые необходимо нейтрализовать. Для хлоридного процесса требуется сырье с содержанием TiO2 примерно 90-95%, но при этом получается более узкий гранулометрический состав и более высокая белизна, а газ-носитель хлора может быть переработан.

TiO2 кристаллизуется в трех формах: рутил, анатаз и брукит. Брукит не имеет пигментной ценности, поэтому коммерческими пигментами являются рутил и анатаз. Рутил имеет более высокий показатель преломления, лучшую стойкость к атмосферным воздействиям и большую укрывистость, что делает его предпочтительным сортом для наружных покрытий, пластмасс и глянцевых покрытий. Анатаз сохраняет место, где его более синий оттенок и более низкая абразивность подходят для внутренних покрытий, бумаги и волокон.

Где используется титан и титановые сплавы

Титановые сплавы сочетают в себе низкую плотность, высокую удельную прочность, отличную коррозионную стойкость, низкую теплопроводность, не-магнитные свойства и доказанную биосовместимость. Эти свойства приводят к уникальному-сочетанию конечного использования в аэрокосмической, химической, медицинской, морской, автомобильной и потребительской продукции.

Аэрокосмическая промышленность:элементы конструкции планера, детали шасси, детали компрессора двигателя, крепеж и воздуховоды. Экономия веса является движущей силой: каждый килограмм, снятый с двигательной установки, возвращает кратную эту стоимость с точки зрения топлива и полезной нагрузки.

Химическая и нефтехимическая:кожухо-и-трубчатые теплообменники, сосуды под давлением, колонны, трубопроводы, аноды и компоненты электролизеров, где хлориды и окисляющие кислоты разрушают более дешевые металлы.

Медицинский:стержни бедра и колена, костные пластины, спинномозговые клетки, зубные имплантаты и хирургические инструменты, обычно из нелегированных марок или Ti-6Al-4V ELI.

Морские и опресняющие воды:трубопроводы морской воды, трубки конденсатора, пучки теплообменников, погружные корпуса и компоненты морских платформ.

Автомобили и автоспорт:выхлопные системы, клапаны, пружины и шатуны на-высокопроизводительных автомобилях, где меньшая возвратно-поступательная масса улучшает реакцию.

Потребительские товары:оправы для очков, корпуса часов, оправы для велосипедов, головки клюшек для гольфа и уличное оборудование.

Спецификация титановой продукции в соответствии с признанными стандартами

Покупатели должны привязывать каждую покупку титана к признанной спецификации, а не к общему описанию. Ниже перечислены наиболее часто используемые документы; заказывая их, фиксирует химический состав, механические свойства, допуски и обязательства по испытаниям.

Если решающим фактором является коррозионная стойкость, в спецификации также должны быть указаны испытательная среда, температура и любые требования к сертификату испытаний на коррозию. Для сварных изделий режим качества сварного шва, уровень приемлемости радиографического или проникающего метода, а также используемые методы защиты должны быть согласованы до сварки первой трубы.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: В чем разница между титановой губкой и титановым слитком?
Титановая губка — пористый гранулированный металл, получаемый восстановлением тетрахлорида титана; слиток — это плотная, полностью консолидированная форма, полученная путем плавления этой губки, которую затем прокатывают или выковывают в пригодные для использования продукты проката.

Вопрос: Какие отрасли промышленности потребляют больше всего титана?
Коммерческая авиакосмическая промышленность остается крупнейшим потребителем высококачественного титана-, за ней следуют промышленные химические и энергетические отрасли, такие как теплообменники, трубопроводы и технологические сосуды.

Вопрос: Является ли диоксид титана тем же материалом, что и металлический титан?
Нет. Диоксид титана — это стабильный белый оксид, используемый в основном в качестве пигмента, а металлический титан производят из губчатого титана и используют для изготовления конструкционных,-стойких к коррозии и медицинских компонентов.

Вопрос: Какая марка обычно выбирается для теплообменников химических предприятий?
Нелегированный титан класса 2 подходит для большинства окислительных и хлоридсодержащих задач, тогда как класс 7 или класс 12 выбирается, когда технологический поток является восстановительным или необычайно агрессивным.

Вопрос: Почему для медицинских имплантатов выбирают титан?
Титан не-токсичен, не-магнитен, устойчив к жидкостям организма и имеет модуль упругости, более близкий к кости, чем нержавеющая сталь, что снижает защиту от напряжений и расшатывание с течением времени.

Вопрос: Можно ли поставлять титан в сварном виде?
Да. Сварные титановые трубы и трубы соответствуют стандартам ASTM B338 и ASTM B337 соответственно и широко используются там, где большой диаметр или толщина стенок делают бесшовное производство неэкономичным.