TITAN (Titanimu) 22TiII,III,IV

 

            Titan patří se zirkoniem, tantalem a niobem do skupiny těžkotavitelných kovů, které se vyznačují velkou pevností krystalové mřížky, vysokou teplotou tavení, značnou tvrdostí a odolností proti korozi. Výroba těchto kovů je odlišná od běžných hutnických pochodů, což souvisí se stálostí jejich chemických sloučenin.

 

VLASTNOSTI A POUŽITÍ TITANU

 

            Titan - Ti - je kov podobného vzhledu jako ocel. Atomová hmotnost je 47,9, měrná hmotnost 4,51 g/cm3, teplota tavení čistého titanu je 1 668 °C a teplota varu 3400 °C. Čistý titan se dobře mechanicky opracovává. Na vzduchu je stálý i za vyšších teplot, neboť se pokrývá vrstvou kysličníku, která zabraňuje další oxidaci. V žáru pohlcuje kyslík, dusík a vodík, které zvětšují jeho tvrdost a způsobují křehkost. Kovový titan, zahřátý na teplotu 800 °C, snadno reaguje s dusíkem za tvorby nitridu TiN.

            Titan reaguje pomalu s kyselinou dusičnou, se zředěnou kyselinou sírovou a se slabými louhy. Rozpouští se v kyselině solné, v lučavce královské a kyselině fluorovodíkové. Dobře odolává mořské vodě. Za zvýšené teploty reaguje i se sírou a halovými prvky, se kterými vytváří prchavé halové sloučeniny.

            Kovový titan je dobrým konstrukčním materiálem pro svou velkou odolnost proti korozi, pevnost a odolnost proti teplotám a malou měrnou hmotnost.

Titan se pro svou korozivzdornost dobře uplatňuje i při konstrukci chemických zařízení, kde se používá na potrubí, čerpadla, armatury a jako plátovaný materiál na výrobu nádrží, popř. tepelných výměníků. Slitin na bázi titanu se používá na díly reaktivních letadel, zámořských lodí, turbín, kompresorů aj.

            Čistý TiO2 slouží jako barvivo (titanová běloba). Karbid TiC se používá jako součást slinutých karbidů a chlorid TiCl4 k vojenským účelům (zamlžování).

 

SUROVINY TITANU

 

            Z mnoha minerálů titanu mají průmyslový význam ilmenit FeTiO3, jehož velká naleziště jsou v Rusku, Norsku, Indii, USA a Kanadě, rutil TiO2, který vytváří vzácně bohatá ložiska v Austrálii, perovskit CaTiO3, který bývá doprovázen niobem, manganem a hořčíkem a tvoří velká ložiska v Rusku. Titanit CaO.TiO2.SiO2 je nejchudší titanová ruda, jehož významnější ložiska jsou v Rusku, Kanadě a USA.

 

VÝROBA TITANU

 

            Převážná část kovového titanu se vyrábí tzv. Krollovým postupem (obr. 145). Stěžejní operací tohoto postupu je redukce chloridu titaničitého hořčíkem nebo sodíkem. Podobnou technologií se zpracovávají všechny minerály Ti. Rozkladu koncentrátů kyselinou sírovou dnes používají pouze chemické závody vyrábějící titanovou bělobu. Průmyslová výroba titanu se skládá ze čtyř základních operací:

  1. příprava materiálu pro chloraci,
  2. výroba chloridu titaničitého,
  3. redukce titanové houby,
  4. přetavování Ti houby na kujný titan.

            Obtíže při výrobě titanu (průmyslová výroba titanu je jedna z nejmladších)

působí jeho značná reaktivnost s kyslíkem, dusíkem a vodíkem, které i při velmi malém obsahu zvyšují jeho tvrdost a křehkost a snižují jeho tvářitelnost.

 

Příprava materiálu pro chloraci

 

            Zpracovává-li se rutil, v podstatě přírodní TiO2, míchá se pouze s uhlím v poměru 3 : 1 a briketuje. Hlavní surovinou při výrobě titanu je však ilmenit FeTiO3, jehož přímou chlorací by vznikala směs chloridu titaničitého a železitého. Proto se ilmenit nejdříve selektivně redukuje v obloukové peci na surové železo a strusku obsahující karbid titanu, který se snadno chlóruje:

 

FeTiO3 + 4 C = TiC + Fe + 3 CO

 

Jestliže se při tavení směsi ilmenitu a uhlí v obloukové peci přivádí vzduch, popř. čpavek, vzniká snadno chlorovatelný nitrid titanu, který se oddělí od vyredukovaného Fe magnetickou separací:

 

2 FeTiO3 + 6 C + N2 = 2 Fe + 2 TiN + 6 CO

 

Výroba chloridu titaničitého

 

            Brikety z TiO2 s uhlím se chlórují v šachtových pecích, elektricky (odporově) vyhřívaných na teplotu 800°C, přičemž probíhají tyto reakce:

 

TiO2 + 2 Cl2 + 2 C = TiCl4 + 2 CO

TiO2 + 4 Cl2 + 2 C = TiCl4 + 2 COCl2

 

Chlorid titaničitý uniká v párách a jímá se v kondenzátorech jako nažloutlá kapalina.

Před vlastní redukcí se chemicky čistí od průvodních kovů (Fe, V, Si) a znovu se destiluje.

 

Redukce titanové houby

 

            Nejrozšířenější je redukce chloridu titaničitého hořčíkem, která probíhá

v kelímcích pod ochrannou atmosférou argonu nebo hélia. Při redukci reagují při teplotě 850 až 920°C páry přitékajícího chloridu titaničitého s roztaveným hořčíkem.

 

TiCl4 + 2 Mg = Ti + 2 MgCl2 + 510 kJ

 

Při reakci vzniklý chlorid hořečnatý a zbytky hořčíku se odstraňují buď chemicky - loužením zředěnou kyselinou solnou, nebo častěji vakuovou destilací. Vyredukovaný kov vytváří na stěnách kelímků nebo vložek vrstvu Ti houby. Schéma zařízení na redukci TiCl4 je na obr. 146.

            Druhou možností je redukce chloridu titaničitého sodíkem, používaná především v USA, Velké Británii aj.

 

Přetavování Ti houby na kujný titan

 

            Z titanové houby se získává kujný kov převážně přetavováním v elektrické obloukové peci do měděné kokily chlazené vodou. Taví se se samoodtavovací elektrodou, získanou slisováním Ti houby. Pracuje se ve vakuu nebo v atmosféře argonu.

            Zkoumala se výroba titanu elektrolýzou z taveniny - pracuje se

s taveninou solí obsahující subchloridy titanu, v inertní atmosféře.

            Pro ocelářské účely se přímo z koncentrátů vyrábí redukcí hliníkem ferotitan s obsahem 20 až 40 % Ti.