Титан

Мабуть, майже про кожен из107 відомих нині елементів написані наукові монографії. Неодноразово були спроби розповісти про елементів відразу, але нинішнього рефераті розказано про металі майбутнього — титані. До 1795 р. елемент № 22 називався «менакином ». Так назвав би в 1791 р. англійський хімік і минеролог Вільям Грегор, відкрив новий елемент в мінералі менаканите. Через чотири роки по відкриття Грегора німецький хімік Мартін Клапрот виявив новий хімічний елемент й інші мінералі - рутиле — й у честь цариці ельфів Титании, (німецька міфологія) назвав би титаном. За іншою версією назва елемента походить від титанів, могутніх синівської богині землі _ Геї (грецьку міфологію). У 1797 р. з’ясувалося, що Грегор і Клапрот відкрили і той ж елемент, і хоча Грегор зробив раніше, за новим елементом утвердилось ім'я, дане йому Клапротом. Але Грегору, ні Клапроту зірвалася отримати елементарний титан. Виділений ними білий кристалічний порошок був двуокисьютитана ТiO2. Відновити цей окисел, виділення з нього чистий метал довгий час не вдавалося нікому з хіміків. У 1823 р. англійський учений У. Волластон повідомив, що кристали, виявлені їм у металургійних шлаках заводу «Мортир — Тидвиль » , — не що інше, як чистий титан. Приблизно через 33 року, відомий німецький хімік Ф. Вёлер довів, що ці кристали були знову — таки з'єднанням титану, на цього разу — металлоподобным карбонитридом. Чимало вважалося, що металевий титан уперше був в отримано Берцелиусом в 1825 р. за відновлення фтортитана калію металевим натрієм. Проте сьогодні, порівнюючи властивості титану, а продукту, отриманого Берцелиусом, можна стверджувати, що Президент Шведської Академії Наук помилявся, бо чистий титан швидко розчиняється в плавикової кислоті (в відмінність від інших кислот), а металевий титан Берцелиуса успішно пручався її дії. Насправді титан уперше отримано лише 1875 р. російським ученим Д. К. Кириловим. Результати цієї роботи було опубліковано у його брошурі «Дослідження над титаном ». Але маловідомого російського вченого залишилася непоміченою. Ще через 12 років досить чистий продукт — близько 95% титану — отримали співвітчизники Берцелиуса, відомі хіміки Л. Нильсон і Про. Петерсон, восстанавливавшие четырёххлористый титан металевим натрієм в сталевої геометричній бомбі. У 1895 р. французький хімік А. Муассан, відновлюючи двоокис титану вуглецем в дугового печі і піддаючи отриманий матеріал дворазовому рафинированию, отримав титан, що мав всього 2%примесей, переважно вуглецю. Нарешті 1910 р. американський хімік М. Хантер, вдосконаливши спосіб Нильсона і Петерсона, зумів одержати кілька грамів титану чистої близько 99%. Саме тому більшість книжок пріоритет отримання металевого титану приписується Хантеру, а чи не Кириллову, Нильсону чи Муассану. Проте Хантер, і його сучасники не передбачали титану великого майбутнього. Лише кілька десятих відсотка домішок був ще у металі, але це домішки робили титан тендітним, неміцним, непридатним для механічної обробки. Тому деякі сполуки титану знайшли застосування раніше, ніж сам метал. Чотирихлористий титан наприклад, широко використовували у першу Першу світову війну до створення димових завес.

ПРОФЕССИЯ ДВУОКИСИ В 1908 р. до й Норвегії почалося виготовлення білил ні з сполук свинцю і цинку, як робилося колись, та якщо з двоокису титану. Такими білилами можна забарвити у кілька разів велику поверхню, ніж тим самим кількістю свинцевих чи цинкових білил. До того у титанових білил більше відбивна здатність, де вони отруйні і темніють під впливом сероводорода. В медичної літературі описаний випадок. Коли людина виборює один раз «прийняв «460 р двоокису титану! (Цікаво, із чим його сплутав) «Любитель» двоокису титану не відчув у своїй ніяких хворобливих відчуттів. Двоокис титану входить до складу деяких медичних препаратів частковості мазей проти шкірних захворювань. Проте чи медицина, а лакофарбова промисловість споживає найбільше кількість TiO2. Мировое виробництво цього з'єднання набагато перевищила півмільйона т дизпалива на рік. Емалі з урахуванням двоокису титану широко використав ролі захисних і декоративних покриттів по металу і дереву в суднобудуванні, будівництві та машинобудуванні. Термін служби споруд й деталей у своїй значно підвищується. Титановими білилами забарвлюють тканини, шкіру інші матеріали. Двоокис титану входить до складу порцелянових мас, тугоплавкий шибок, керамічних матеріалів із високим діелектричним проницаемостью. Як заповнювач, підвищуючий міцність і термостойкость, її вводять у гумові суміші. Але всі гідності сполук титану здаються неістотними на тлі унікальних властивостей металевого титана.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ТИТАН.

В1925 р. голландські вчені ван Аркель і де Бур иодидным способом (про нього — нижче) отримали титан високого рівня чистоти — 99,9%. На відміну від титану, отриманого Хантером, він мав пластичністю: його було кувати на холоді, прокочувати в листи, стрічку, дріт і навіть у найтоншу фольгу. Але навіть це головне. Дослідження фізико-хімічних властивостей металевого титану зумовлювало майже фантастичним результатам. Виявилося, наприклад, що титан, будучи майже вдвічі більше легше заліза (щільність титану 4,5 г/см3), по міцності перевершує багато стали. Порівняння з алюмінієм виявилося також у користь титану: титан лише у півтора разу було важче алюмінію, зате о шостій раз міцніше і що особливо важливо, він зберігає свою міцність при температурах до 500 З (а при добавки легуючих елементів елементів — до 650 З), сот час як міцність алюмінієвих і магнієвих сплавів різко падає вже за часів 300С. Титан має і втрати значної твёрдостью: він у 12 раз твердіше алюмінію, на чотири разу — заліза і міді. Ще одне важливе характеристика металу — межа плинності. Чим він вище, краще деталі від цього металу пручаються експлуатаційним навантажень, тим довше вони зберігають свої форми й розміри. Межа плинності у титану майже 18 разів більше, ніж в алюмінію. На відміну більшості металів титан має значним электросопротивлением: якщо електропровідність срібла б сприйняти як 100, то електропровідність міді дорівнює 94, алюмінію — 60, железа і платини — 15, а титану — всього 3,8. Навряд чи слід пояснювати, що це свойство, как і немагнитность титану, цікавить радиоэлектронники і електротехніки. Чудова стійкість титану проти корозії. На платівці від цього металу за 10 років перебування у морській воді немає і слідів корозії. За такий термін від залізної платівки залишилися самі спогади. Оэтому випадковий інтерес до титану авіаконструкторів, суднобудівників і гидростроителей. Наприкінці 1968 р. зріс у повітря першим у світі надзвуковою пасажирський лайнер Ту-144. Рулюй повороту, елерони та інших деталі цього гігантського літака, нагревающиеся під час польоту до високої температури, виконані з титану. ЯК ОТРИМУЮТЬ ТИТАН.

Ціна — ось що сьогодні ще гальмує виробництво і споживання титану. Власне, високу вартість — не вроджений порок титану. У земної корі його багато — 0,63%. Дорога ціна — слідство надзвичайної складності вилучення титану з руд. Якщо прийняти це вартість титану в концентраті за одиницю, то вартість готової продукції - титанового аркуша у сотні разів більше. Пояснюється це високим спорідненістю титану багатьом елементам і міцністю хімічних зв’язків у його природних з'єднаннях. Звідси — складності технології. Ось що таке магниетермический спосіб виробництва титану, розроблений 1940 р. американським ученим У. Кролем. Двоокис титану з допомогою хлору (у присутності вуглецю) переводять їх у четырёххлористый титан:

TiO2+C+2Cl2=TiCl4+CO2.

Процес йде на трудоёмкость і энергоёмкость виробництво титану, його вже зараз стає одним із найважливіших галузей металургії. Якщо 1947 р. в США було лише 2 т цього металу, то через 15 років — більш 350 тис. т. На 1975 р. споживання титану у зливках становило США більш 12 млн. т. Здається, ще недавно титан називали рідкісним металом — нині він найважливіший конструкционный матеріал. Пояснюється це тільки одним: рідкісним в шахтних електропечах при 800 — 1250 З. Інший варіант — хлорування в розплаві солей лужних металів NaCl і KCl. Наступна операція (однаковою мірою важлива і трудомістка) — очищення TiCl4 від домішок — проводиться у різний спосіб і речовинами. Четырёххлористый титан у звичайних обставинах є рідиною з температурою кипіння 136 З. Розірвати зв’язок титану з хлором легше, ніж із киснем. Це можна зробити з допомогою магнію по реакции:

TiCl4+2Mg = Ti+2MgCl2. Ця реакція йде на сталевих реакторах при 900 З. У результаті виходить так звана титанова губка, на магній і хлоридом магнію. Їх випаровують в герметичному вакуумному апараті при 950 З, а титанову губку потім спекают чи переплавляють в компактний метал. Натриетермический метод отримання металевого титану у принципі мало чому відрізняється від магниетермического. Ці дві методу найширше застосовують у промисловості. Для отримання більш чистого титану, а понині використовується иодидный метод, запропонований ван Аркелем і де Буром. Металлотермический губчатий титан перетворюють на йодид TiI4, і потім возгоняют в вакуумі. На своєму шляху пари иодида титану зустрічають раскалённую до 1400 З титанову дріт. При цьому йодид розкладається, і дроті наростає шар чистого титану. Цей метод виробництва титану малопроизводителен і доріг, у промисловості його вкрай обмежено. Незважаючи поєднанням корисних властивостей елемента № 22. І, природно, потребами техники.

ТИТАН РАБОТАЕТ.

Роль титану як конструкційного матеріалу, основи високоміцних сплавів для авіації, суднобудування і ракетної техніки, швидко зростає. Саме сплави йде більшість виплавленого у світі титану. Широковідомий сплав для авіаційної промисловості, що з 90% титану, 6% алюмінію і 4% ванадію. У 1976 р. ув американській пресі з’явилися повідомлення про новий сплаві тієї самої призначення: 85% титану, 10% ванадію, 3% алюмінію і 2% заліза. Стверджують, що це сплав як краще, а й економічніше. Взагалі-то в титанові сплави входять дуже багато елементів, до платини й паладію. Останні (у кількості 0,1 — 0,2%) підвищують і так високу хімічну стійкість титанових сплавів. Міцність титану підвищують і ті «легирующие добавки», як азот і кисень. Але з міцністю збільшують твердість і, крихкість титану, тому їхній вміст найсуворіші регламентуються: в сплав допускаються трохи більше 0.15% кисню і 0,05% азоту. Незважаючи що титан доріг, заміна їм тим більше дешевих матеріалів у багатьох випадках виявляється економічно вигідною. Ось характерний приклад. Корпус хімічного апарату, виготовлений із нержавіючої стали, стоїть 150 рублів, та якщо з титанового сплаву — 600 рублів. Та заодно сталевої реактор служить лише 6 місяців, а титановий — 10 років. Додайте видатки заміну сталевих реакторів, змушені простої устаткування — і став очевидно, що застосовувати дорогий титан буває вигідніше, ніж сталь. Значні кількості титану використовує металургія. Існують сотні марок сталей та інших сплавів, до складу яких титан входить як легирующая добавка. Його вводять підвищення структури металів, збільшення міцності і коррозийной стійкості. Деякі ядерні реакції повинні відбуватися у майже абсолютної порожнечі. Ртутними насосами розрідження може бути доведена за кілька мільярдних часткою атмосфери. Але це недостатньо, а ртутні насоси за більший не здатні. Подальша відкачка повітря здійснюється вже особливими титановими насосами. З іншого боку, задля досягнення ще більшого розрідження по внутрішньої поверхні камери, де протікають реакції, розпорошують мелкодисперсный титан.

Титан часто називають металом майбутнього. Факти, якими зараз мають наука і, переконують, що не зовсім так — титан вже став металом настоящего.

ВСЕ ПІЗНАЄТЬСЯ У ПОРІВНЯННІ… Лише три технічно важливих металу — алюміній, залізо і магній — поширені у природі більше, ніж титан. Кількість титану в земної корі у кілька разів перевищує запаси міді, цинку, свинцю золота, срібла, платини, хрому, вольфраму, ртуті, молібдену, вісмуту, сурми, нікелю і олова, разом взятых.

МИНЕРАЛЫ ТИТАНУ. Відомо близько 70 мінералів титану, у яких перебуває у вигляді двоокису і солей титанової кислоти. Найбільше практичного значення мають ильменит, рутил, перовскит і сфен. Ильменит — метатитанат заліза FeTiO3 — містить 52,65% TiO2. Назва цього мінералу пов’язана з тим, що він знайшли на Уралі в Ільменських горах. Найбільші розсипи ильменитовых пісків є у Індії. Інший найважливіший матеріал — рутил є двоокис титану. Промислове значення мають також титаномагнетиты — природна суміш ільменіту з мінералами заліза. Багаті родовища титанових руд є у Росії, США, Індії Норвегії, Канаді, Австралії та інших країнах. Не недавно геологи у Північному Прибайкалля новий титаносодержащий мінерал, який було названо ландауитом на вшанування радянського фізика Л. Д. Ландау. На земній кулі відоме понад 150 значних рудних і россыпных родовищ титана.

В ЖИВИХ ОРГАНІЗМАХ У людському організмі міститься до 20 мг титану. Найбільше титану в селезёнке, надпочечниках і щитовидної залозі. У цих органах зміст елемента № 22 із віком не змінюється, але у легких за 65 років життя воно зростає більш ніж 100 раз. З представників флори багата титаном водорість кладофора: вміст у ній цього елемента перевищує 0,03%.

…И НА СОНЦЕ спектральним аналізом титан виявлено на Сонце у складі деяких звёздных атмосфер, де зараз його, до речі, переважає над більшістю елементів. Але якби землі титан існує головним чином вигляді двоокису TiO2, то у космосі, очевидним, що вигляді моноокиси TiO.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИК Титанат барію, будучи наелектризований, виявляє високі п'єзоелектричні властивості, тобто. може перетворювати механічну енергію стискування чи розширення кристала у електричну. Пьезокристаллы титаната барію за багатьма характеристикам перевершують такі распространённые пьезоэлектрики, як кварц і сегнетова соль.

НЕОБЫЧАЙНОЕ ВЛАСТИВІСТЬ Розроблено матеріали, які будучи сильно деформованими на холоді, при нагріванні знову приймають початкову форму. Одне з таких «пам'ятливих» матеріалів є интерметаллические сполуки титану, а нікелю, відмінне міцні., пластичністю і коррозийной стійкістю. Дроті від цього матеріалу можна надати форму радиоантенны і стиснути їх у невеличкий кулю. Після нагрівання цей шарснова перетвориться на антенну.

ТИТАН, РАКЕТИ І ГАЗИ Титан використовується для балонів, у яких гази можуть зберігатися тривалий час під великим тиском. У американських ракети типу «Атлас» сферичні резервуари для зберігання стиснутого гелію зроблено з титану. З титанових сплавів виготовляють баки для рідкого кисню, застосовувані в ракетних двигателях.

ТИТАН І МАРС.

На Усть-Каменогорском титаномагнієвому комбінаті керувати технологічними процесами вперше у цієї галузі існували застосовані счётновирішальні машини «Марс». З їхньою допомогою регулюють температуру, тиск і інші параметри технологічного процесу отримання титанової губки.

ЭКСКУРСИЯ НА КОМБІНАТ Титано-магниевые комбінати — величезні промислові підприємства, де кожен цех є цілу самостійний завод. «Народженню» титану передує кілька стадій, про меж, кожен із яких — певний технологічний етап. Восстановительная плавка ільменітового концентрату — перша стадія переробки на комбінаті. У звичайні электродуговые печі, які становлять ванни з вогнетривкої цегли з опущеними майже самого дна графитированными електродами, завантажують шихту. Воно складається з ільменітового концентрату і спеціального вуглецевого відновлювача — коксу, антрациту та інших вуглецевомістких речовин з найменшою кількістю золи і сірки. Через війну плавки отримують багаті титаном шлаки й утворився звичайний чавун. Присутність у чавуні титану діє благотворно на чорний метал, тому під час виробництва чавуну і вони титан до них нерідко додають спеціально. Але тут титан перетворюється на чавун безпосередньо з ільменітового концентрату. Яка Входить у складі ільменіту окис заліза відновлюється до металу, який опускають на дно ванни і, насичуючи вуглецем, перетворюється на чавун. Щоб відокремити титанові шлаки від чавуну, рідкої масі дають відстоятися. Титанові шлаки спливають, причому більше важкий чавун осідає на дно. Основу шлаку становить двоокис титану, але він забруднена домішками сполук заліза, кремнію, кальцію. Охолонувши шлак є порошок, у якому виразно помітні дрібні лусочки. У титановий шлак додають нафтової кокс. Як сполучна речовина речовини застосовують кам’яновугільні пік чи смолу. З отриманої маси, званої шихтою, пресують брикети. Їх висушують, потім у спеціальних печах, куди не проникає повітря, за нормальної температури 700 — 900С спекают. У результаті маємо процес коксування, пори в брикетах збільшуються. Нині вже можна подавати брикети в шахтну піч. Піч для хлорування — це сталевої циліндр, викладений зсередини шаром особливо стійкого цегли. У циліндр через загрузочное пристрій згори потрапляють брикети шихти, з допомогою електронагрівальних елементів доводять їх температуру до 800 — 850С. хлор подають знизу. Піч герметично закрита й працює безупинно. Процеси хлорування йдуть у нижньому, нагрітому шарі шихти. Принаймні витрати брикетів додають нові, причому завантажують їх отже герметичність печі не нарушается.

ТРУДНОСТИ ОБРОБКИ Приємно вважати, що титан піддається механічної обробці подібно нержавіючим сталям. Це означає, що обробляти титан в 4−5 разів важче, ніж звичайну сталь, але ці усе ж таки нема нерозв’язною проблеми. Основні проблеми при обробки титану — це велика схильність його до налипанию і задиранию, низька теплопровідність, як і того обставина, що всі метали і огнеупорны розчиняються в титані, в результаті чого є сплав титану, а твердого матеріалу ріжучого інструмента. Така обробка викликає швидкий знос резца.

Для зменшення налипання й задирання й у відводу великої кількості тепла, що виділяється при різанні, застосовують охолодні рідини. Гостріння заготівлі виробляють спомощью різців з твердих сплавів причому швидкість обробки, зазвичай, нижче, аніж за точении нержавіючої стали.

Якщо потрібно розрізати аркуші з титану, то цю операцію здійснюють на гильотинных ножицях. Сортовий прокат великих діаметрів ріжуть механічними пилками, применяяножовочные полотна з великим зубом. Менш товсті дротики розрізають на токарних верстатах. При фрезеровании титан залишається вірним собі і вони налипає на зуби фрези. Фрези теж виготовляють з твердих сплавів, а охолодження застосовують мастила, відмінні великий в’язкістю. При свердлінні титану основну увагу привертають до себе те що стружка не скапливалась в отводящих канавках, оскільки це швидко пошкоджує свердло. У ролі матеріалу для свердління титану застосовують быстрорежущую сталь. З використанням титану як конструкційного матеріалу титанові деталі з'єднують друг з одним і з деталями з інших матеріалів в спосіб. Основний метод — зварювання. Найперші спроби зварити титанбыли невдалими, що пояснювалося взаємодією розплавленого металу з киснем, азотом і воднем повітря, зростанням зерна при нагріванні, змінами у микроструктуре та інші чинниками, наведені до тендітності шва. Однак ці проблеми, які раніше вважалися нерозв’язними, було вирішено в найстисліший термін в наші дні зварювання титану — звичайна промислова технологія. Але, хоча проблеми розв’язано, зварювання титану стала простий і легкої. Основна її труднощі і складність залежить від необхідності постійного насилля і неухильного запобігання зварного шва від забруднення домішками. Тому, за зварюванні титану використовують як інертний газ високої чистоти і спеціальні бескислородные флюси, а й різноманітні захисні козирки, прокладки, які захищають остывающие. Щоб максимально знизити зростання збіжжя і зменшити зміни у микроструктуре, зварювання ведуть із великий швидкістю. Майже всі види зварювання роблять у умовах, застосовуючи спеціальні заходи за захистом нагрітого металу від зустріч із повітрям. Але практика знає і зварювання в контрольованій атмосфері. Така захист зварного шва зазвичай необхідна і під час особливо відповідальних робіт, коли потрібно стовідсоткова гарантія те, що зварної шов не буде загрязнён. Якщо свариваемые частини не великі, зварювання ведуть у спеціальної камері, заповненою інертним газом. Зварювальник добре бачить все, що треба через спеціальне вікно. Коли ж зварюють великі деталі вузли, контрольовану атмосферу створюють у спеціальних містких герметичних приміщеннях, де зварювальники працюють, застосовуючи індивідуальні системи життєзабезпечення. Зрозуміло, ці роботи ведуть зварювальники найвищої кваліфікації, а й звичайну зварювання титану мають проводити справжні лише спеціально навчені цій справі люди. Там, коли зварювання неможлива чи просто ні доцільна, вдаються до пайку. Пайка титану ускладнюється тим, що він пройшов за високих температурах хімічно активний і дуже тісно пов’язаний із покриває його поверхню — окисной плёнкой. Переважна більшість металів непридатне від використання як припоев при пайку титану, оскільки виходять тендітні сполуки. Тільки чисті срібло і алюміній підходять з цією мети. З'єднувати титан з титаном, ні з іншими металами можна й механічно — клепкою або за допомогою болтів. З використанням титанових заклёпок час клёпки збільшується вдвічі проти застосуванням високоміцних алюмінієвих деталей, а гайки і болти з нового промислового металу неодмінно покривають шаром срібла чи синтетичного матеріалу тефлону, інакше при завинчивании гайки титан буде, як це йому незмінно властиво, налипать і задиратися і резьбовое з'єднання зможе витримати великих напруг. Прихильність до налипанию і задиранию, обумовлена високим коэфициентом тертя, — дуже серйозний недолік титану. Це спричиняє з того що титанові сплави швидко зношуються і їх можна використовуватиме виготовлення деталей, що працюють у умовах тертя ковзання. При ковзанні з кожного металу титан налипає з його поверхню, і деталь грузне, схоплена липким шаром титану. Втім, говорити, що титанові сплави не можна застосовувати під час виготовлення тертьових деталей, не так. Є чимало способів, зміцнюючих поверхню титану, а усувають схильність до налипанию. Одне з них — азотування. Процес у тому, що деталі, нагріті до 850−950 градусів, витримують в чистому газоподібному азоті більше доби. На поверхні металу утворюється золотисто-жёлтая плёнка нітриду титану великий микротвёрдости. Зносостійкість титанових деталей підвищується в багато разів і поступається виробам зі спеціальних поверхово упрочнённых сталей. Інший поширений метод усунення схильності титану до задиранию — оксидування. Причому у результаті нагріву лежить на поверхні деталей утворюється окисная плёнка. При низькотемпературному оксидировании вільний доступ повітря до металу затруднён і окисная плёнка виходить щільною, добре що з основний товщею титану. Высокотемпературное оксидування у тому, саме це протягом 5−6 годин деталі витримують надворі нагрітими до 850 градусів, та був різко охолоджують у питній воді, щоб видалити із поверхні пухку окалину. У результаті оксидирования опір зносу зростає у 15−100 раз.

СОЮЗНИК МЕТАЛУРГІВ Коли чуєш чи читаєш слова «металургія», «металург», уявляєш собі пышущие запалом печі, розжарений потік металу, бачиш ревуче полум’я. Але металург буває зовсім інший. Нерідко руди обробляють розчинами кислот, у результаті метал у вигляді солей переходять із сировини в розчин. Нерозчинний осад складається з порожній породи і за фільтрації легко відокремлюється від розчинних солей, з яких потім в облогу беруть метал. Водні розчини сполук металів можна піддавати електролізу і тоді на катоді нарощується шар необхідного металу. За цих та інших процесах широко користуються також методами відстоювання, випарювання, екстракції, іонного обміну, у яких розбавлені кислоти стають більш концентрованими і інтенсивно діють на матеріали технічних приладів. Металургійні процеси, засновані з урахуванням рідин, називають гидрометаллургическими — від грецького слова, що означає воду. Набагато більш звичні нас методи, у яких потрібні високих температур, нагрівання, полум’я, називають пирометаллургическими — від іншого грецького слова, що означає вогонь. Отож, під час проведення цілого ряду гідрометалургійних процесів украй потрібен такий коррозионностойкий, надійний і довговічний метал, як титан. Тому його й використовують на багатьох переділах виробництво кольорових металів. На одних — більше, інших — менше, проте який рівень його застосування невпинно зростає, і сьогодні кольорова металургія — найбільший споживач титану серед усіх галузей народного господарства країни. Першими стали широко застосовувати титанове устаткування підприємства нікелькобальтової промисловості, що дозволило заощаджувати не один мільйон рублів, давати високоякісної продукції. Завдяки з розробки й освоєння цілого комплексу надійних технологічних апаратів з титану на комбінаті «Североникель» вперше у практиці виробництва кольорових металів вдалося здійснити комплексну автоматизацію технологічних процесів. Никель-кобальтовые підприємства використовують фільтрувальне устаткування, экстракторы, выпарные апарати, вентилятори, автоклави, теплообмінники, хлорні ежектори — загалом понад 200 найменувань виробів, виготовлених з титану. Це дає суттєвий техніко-економічний ефект. Титанові матриці для осадження нікелю в 3 разу легше й в 15 раз все-таки тривкіше від сталевих. Завдяки їхньому ужитку під час 10 раз знизився відсоток шлюбу. Через війну заміни насосів з кислотоупорного лиття титановими щорічна економія на комбінаті «Североникель» становить понад 700 тисяч рублів. Використовувані під час виробництва титану, а магнію титанові насоси дають умовно річний ефект в кожному агрегату від 900 до 1800 рублів. Термін їх служби при перекачуванні розчинів хлористых солей, натрію, калію, магнію, слабкої соляної кислоти в 15−20 разів більше, ніж чавунних чи виготовлених із кислотоупорных сталей. Втрати рідини знижуються в 2,5 разу. Найефективнішими виявилося обладнання з нового промислового металу на переділах хлорування титанових шлаків і за уловлюванні пилу й газів. Під впливом іонів хлору як углеродистые, і нержавіючі стали інтенсивно руйнуються, піддаються виразкової і точкової корозії. Титанові сплави незрівнянно більш стійки і устаткуванні, виготовлене з них, служить значно більше. Титанові ёмкости в цехах хлорування працюють по 3−4 року, тоді як сталеві ламаються вже 2 місяці. При отсасывании відведених газів титано-магнієвого виробництва титанові вентилятори експлуатуються 5 років, сталеві - трохи більше 1−2 місяців, термін служби газоходов з титану в $ 20, за 30 я разів перевищує термін їхньої служби сталевих! У 1969 року на Березниковском титаномагнієвому комбінаті була 120- метрова вытяжная труба. Труба кактруба — для викиду виробничих газів, зовні нічого собою технічно нескладне. І мало заводських труб! Але березниковского балу особливою: вперше у світовій практиці вона було виготовлено з титану. Нині вона єдина у світі: точно така сама труба зведено і Запорізькому титаномагнієвому комбінаті. Плануються побудувати ще кілька титанових титанових труб в різних заводах країни. Успішно використовують титан у титановій в промисловості й там. Американську фірму ТМКА повідомляє, що титановий агрегат для вилуговування магнію і хлористого магнію з титанової губки (США губку очищають не нагріванні в вакуумі, а промиванням «царської горілкою») замінив понад десять колишніх малопродуктивних апаратів і дає щорічний дохід у 370 тисяч доларів. З отриманням магнієвих сплавів використовують стійкі в розплавленому магнії титанові мішалки і тиглі. З титану виготовляють також лопаті перемешивающих пристроїв на вапняних газоотчистках. Титан виявився найпридатнішою матеріалом виготовлення матриць, застосовуваних при электролитическом осадженні міді. Впровадження титанових матриць у кількох підприємствах країни набагато полегшило працю рабочих-сдирщиков, на 30 відсотків підвищило продуктивності праці. Термін служби матриць зріс у 3 разу. З титанового барабан-катода знімають значно більше високоякісну мідну фольгу, тоді як із використанні катода із нержавіючої сталі відсоток шлюбу великий, фольга виходить шорсткуватій. Дуже ефективними виявляються титанові пристосування для отчистки і подачі відведених газів агломашин, плавильних і обпалювальних печей в виробництві свинцю і цинку, і навіть деталі реакторів, сгустителей, змійовиків і багато іншого устаткування з нового промислового матеріалу. Титан застосовується під час виробництва вольфраму і молібдену, сурми ртуті, цирконію, рідкісноземельних та коштовних металів. При обробки кольорових меиаллов використовують титанові травильные ванни, деталі очисних споруд, установок переробки розчину, ёмкости, що набагато підвищує термін їхньої служби устаткування. В одному з з уральських заводів з титану виготовляють кліщі, якими захоплюють гарячі прокатываемые і прессуемые металеві заготівлі. Маса ручного інструмента зменшилася вдвічі. Допоміжне обладнання з титану використовують що на деяких підприємствах чорної металургії нашої країни. Завдяки високої коррозийной стійкості в сірчистих газах новий конструкционный матеріал забезпечує надёжную роботу электрофильтров, що застосовуються у коксохімічному і феросплавному виробництвах, підвищує довговічність газоочистных споруд доменних, мартёновских, конверторних і агломераційних цехів. Більше 10 років працюють на Запорізькому коксохімічному заводі титанові нутчфільтри, розчинники, кристаллизаторы, трубопроводи та інше устаткування ділянки роданистого натрію. З іншого боку, завдяки їхнім застосуванню вдалося уникнути у кінцевому продукті домішок заліза, важких металів, котрі за технічних умов неприпустимі і яких колись не можна було позбутися. Випробування, проведені заводі «Запоріжсталь» Інститутом титану, показали, що, якщо використовуватиме зливу відпрацьованих травильних розчинів трубопроводи з нового металу, їх термін їхньої служби вимірюватиметься десятки років. нині існують ланки, одержані із углеродистой стали і захищені гумою, служать півтора, максимум місяці. Саме тому підприємство вирішило придбати півкілометра титанових труб для заміни ними сталевих. Дуже перспективне облицьовувати титаном ванни, використовувані на багатьох металургійних, сталепроволочных-канатных, метизних заводів для травлення заготовок в кислотах із єдиною метою видалення окалини із поверхні. Оскільки травильные розчини забруднені частинками заліза та її сполук, і навіть містять спеціальні солоні добавки (що сприяє уповільнення корозії), стійкість титану у яких набагато вища, ніж у звичайних розчинів кислот — без добавок і домішок, завдяки чому титанові травильные ванни служать десятки років, тоді як звичайні ламаються набагато раньше.

ЧТОБ СТАЛО БІЛЬШЕ ПАПЕРИ У нашій країні - найчитаюча країна у світі. Мільйонними тиражами друкуються газет і журналів, більше, ніж у будь-якій державі, і тих щонайменше які завжди вдається придбати потрібну літературу, виписати то чи інше видання… одну з основних такої становища — недолік папери. Щоб якось забезпечити нашій країні папером, робиться багато: будуються нові целлюлозно-бумажные комбінати і лісопромислові комплекси, переобладнають існуючі. Підприємства оснащуються новим високопродуктивним устаткуванням. Проте за виробництві папери дуже гостра проблема коррозионной захисту, і південь від вирішення в чому залежить успішне розвитку галузі. Для отримання целюлози використовують надзвичайно агресивні речовини — в технологічними процесами варіння целюлози, отримання варочной кислоти, при відбілюванні целюлозної маси. Особливо агресивна двоокис хлору, якої відбілюють целюлозу. Відмовлятися від двоокису хлору недоцільно: від неї вдається набагато підвищити якість продукції, інтенсифікувати виробничі процеси. Метод відбілювання целюлози двоокисом хлору отримує тому все популярнішими, але стрімке руйнація устаткування за його застосуванні приносить значні збитки. Фірма «Крусибл стіл корпорейшен оф. Америка» наводить дані про те, що однієї простої отбельной лінії протягом самих тільки діб йде на збитки удесятеро тисяч доларів. Саме тому хіміки і паперовики звернули саме серйозне увагу до стійкість титану в з'єднаннях хлору. Саме як, стійкий в двоокису хлору, титан був застосований у перших у невійськових галузях промисловості. Так було в 1954 року американці використовували її як обличкування міксера, що містить ця сполука. Досвід був і з того часу титан офіційно визнаний найкращим матеріалом до роботи на середовищі двоокису хлору. І це багато іншого зробило новий промисловий метал цінним матеріалом для целюлозно-паперової промышленности.

Титанове устаткування широко впроваджується у целюлозно-паперову промисловість. Він із успіхом використовується на Братському і Сыктывкарском лісопромислових комплексах, Радянському і Котласском целюлозно-паперових комбінатах, Байкальском целлюлозном заводі та інших підприємствах. Інститутом ЦНИИбумаш спроектовані отбельные установки масової застосування на підприємствах галузі. Вони складаються з отбельных веж, баків, змішувачів, мерников, трубопроводів і запірної арматури. Все устаткування робиться з титану. Заводи вже розпочали випуск таких установок. Титан виявляється незамінним для гаманців, рятуючи їх даючи значний техніко-економічний ефект. У цеху белильных розчинів Сиктивкарського лісопромислового комплексу сталеві трубопроводи прагнули повної заміни через щотижня. Термін служби титанових трубопроводів настільки перевершує термін їхньої служби сталевих, що заодно як окупається вартість дорожчого матеріалу, а й щорічно підприємство отримує 120 тисяч рулів прибутку! Кожна титанова повітродувка, яка у тому самому цеху замість агрегатів з нержавіючого стали, виходили із ладу через кажні 2 тижня, заощаджує підприємству близько двох з першою половиною тисяч карбованців. Титан застосовують у контрольно-вимірювальної і регулюючої апаратура трьох ліній виробництва сульфатной целюлози, де технологічні процеси повністю автоматизовані. Метал використовують із виготовлення чохлів, захищають датчики приладів, які працюють у агресивних середовищах. Винипласт захищав протягом лише 15 днів, титан служить близько сьомої години років і завдяки настільки тривалого терміну роботи дає істотну економію. Сім титанових чохлів, якими прикривають датчики приладів на Братському ЛПК, дають підприємству 20 тисяч карбованців річний економії. А загалом від використання титану лісопромисловий комплекс щороку одержує більш 150 тисяч карбованців прибутку. Коррозионностойкий метал видається дуже до речі й у гидролизной і лесохимической промисловості, де зараз його добре зарекомендувало себе як матеріалу виготовлення апаратури у виробництві оцтової кислоти, этилацетата та інших дуже ядучих речовин. Зарубіжні фірми застосовують титанові теплообмінники, вентилятори, насоси, запірну арматуру. У цій країні пластинчасті титанові теплообмінники працюють в розчинах хлоридів, хлоратов, соціальній та рідинах, містять активний хлор. У апаратуру з титану не впроваджують у цехах варіння целюлози, де техніка, виготовлена із нержавіючої сталі, повністю виходить із ладу два роки праці та її потрібно замінювати. Заміна ж Лише одне промывного апарату коштує 80 тисяч доларів. Титанове устаткування використав целюлозно-паперової промисловості Японії, Англії, ЧССР, Фінляндії. Розробники апаратури целюлозно-паперової виробництва стверджують, що досвід експлуатації титанового устаткування показав незаперечну перевагу цього металу над іншими конструкційними і коррозионностойкими матеріалами. Залишається тільки додати, що з кожним роком, навіть місяцем, дедалі більше титану застосовується для папери, і у цьому, що її дифицит буде усе ж таки преодолён, що отримає у надлишку як матеріал для друкування книжок і газет, але картон, папір для технічних цілей й у розфасовки продуктів харчування, дуже багато паперовочистових товарів, чимала заслуга належатиме й металу, має ім'я титан. ДЕШЕВШЕ? МОЖНА Що говорилося неволодіння реальною і явною економічну ефективність використання титану за рівня цін, немає сумніву в тому, що якби титан дешевше — масштабу його виробництва і застосування збільшилися незмірно. Відповідно зросла ще й користь, яку приносить народному господарству цей метал. Однак ціна повинна бути нижче собівартості, а собівартість титану ще висока. Власне, висока собівартість титанової губки, саме вартість губки визначає порівняно високі ціни титанових напівфабрикатів і устаткування, виготовленого від цього металу. З метою зниження собівартості в усьому світі безупинно ведуть численні дослідження, створені задля вдосконалення існуючої технології виробництва титану, і навіть розробці способів прямого вилучення металу з руд. Щороку видаються десятки патентів на нові методи отримання металевого титану, на модифікацію вже технологічних операцій. Але ці нові методи неспроможна конкурувати з такими відомими промисловими способами, а запропоноване вдосконалення останніх так істотно, щоб відчутно знизити вартість титану. Заради справедливості слід сказати, що вартість титанової губки зазнала значних змін з випуску перших промислові партії. Приміром, нашій країні ціни на всі титанову губку у зв’язку з безперервним зниженням собівартості зменшувалися вп’ятеро, в результаті чого навіть більше високоякісна губка варто сьогодні вдвічі дешевше, ніж раніше. Зменшення вартості титанової губки дає змогу знижувати ціни на всі титанові напівфабрикати: на листи, труби, прудки, гнуті профілі тощо. Останнє зниження ціни напівфабрикати був у 1975 року, у результаті ці вироби стали коштувати загалом на 25 відсотків дешевша. І усе ж таки вартість титану знижується негаразд швидко, як хотілося б, і в цього є об'єктивні, поки ще нездоланні причини. Але, то, можливо, і за рівня цін є якась можливість здешевити устаткування. Виготовлений із цього металу? Так, така змогу справді є. Не завжди так необхідно, щоб апаратура було виготовлено повністю з титану. Нерідко багато і те, що стійкий проти корозії метал захищатиме лише внутрішню її поверхню, ті місця, які вбираються агресивної середовищем. А основна маса конструкції може бути виготовлена зі звичайної стали, міцність якої достатня, щоб витримувати великі тиску. Отже досягається оптимальний варіант використання титану, який незначно робить дорожчою вартість устаткування. Але зварювання титану коїться з іншими металами, повторюємо, практично неможлива. Які ж з'єднують титан зі сталлю? Є кілька методів. Коли устаткування не призначено до роботи при високих температур і піддається впливу вакууму, поверхню його футеруют (тобто. викладають) тонким шаром титану. Але футерованное устаткування не можна застосовувати за температур вище 100 градусів, бо за нагріванні сталь розширюється значна більшої ступеня, ніж титан, що призводить до пошкодження футерованной конструкції. З іншого боку, наявність зазору між футеровкой і кожухом Демшевського не дозволяє застосовувати таке устаткування у процесах. Пов’язаних з впливом вакуума.

І тут виготовлення устаткування використовують двухслойный метал титан — сталь, де шар титану становить від однієї двадцятої до п’ятої частиною, і всієї товщини металу. І тут шар титану забезпечує корозійну стійкість, ні тим більше дешевий матеріал — задані механічні характеристики. Титан і сталь з'єднують друг з одним з допомогою вибуховий хвилі чи методом прокатки в вакуумі. Через війну матеріали пов’язані між собою непросто механічно, а фізично, що зумовлює поліпшенню теплопередачі і дозволяє устаткуванню з двухслойного металу витримувати повторяющие нагревы до 500 і більше градусів й гарт у питній воді. З биметалла титан — сталь виготовляють таке устаткування, як варочные казани і отбельные вежі целюлозно-паперового виробництва, ёмкости і колони, застосовувані в нафтохімії і металургії. Використання біметалічного аркуша замість цельнотитанового дає істотну економію. Інший шлях зниження вартості титанових виробів — виготовлення їх методом фасонного лиття. Заміна поковок фасонными отливками знижує витрата металу три з лишком рази, зменшує трудоёмкость механічного оброблення. Кожна тонна фасонных виливків, які у замін поковок, заощаджує більш 20 тисяч карбованців. Методом лиття виготовляють запірну арматуру, частини насосів, приладів, деталі, застосовувані у машинобудуванні. У промисловості під час виробництва і методи обробки титану утворюється велика кількість відходів, які з титанової губки, стружки, обрізків, шматків, брухту. Переважна більшість цих відходів немає, а накопичується на підприємствах, де відходи різних сплавів перемішуються друг з одним і забруднюються. Фахівці віддавна замислюються з того, як використовувати цей метал. Найбільш доцільно переробляти відходи титану у вторинні сплави. Ці сплави кілька поступаються основним по однорідності, міці й іншим механічним характеристикам. Загрязнённость домішками призводить до того, що їх стійкість проти корозії нижче, ніж в серійних сплавів, і тих щонайменше вторинні титанові сплави в достатньо міцні і коррозионностойкие. Їх з успіхом і великий користю запровадити у хімічної, нафтопереробної, легкої, харчової промисловості. Зараз ведуться дослідно-промислові розробки вторинних сплавів і виробів їх, одержуваних методом лиття. Побічні титанові сплави у багатьох агресивних середовищах зі своєї коррозийной стійкості незначно поступаються первинним сплавів, а деяких середовищах навіть перевершують їх. Що й казати стосується їх вартості, то, при широкому виробництві вони дешевше первинних на 25−30 процентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Значення металів у суспільстві дедалі більше зростає. Переворот у техніці приміром із інтенсивним розвитком алюмінієвої і магнієвої промисловості. Останніми десятиліттями людство отримала своє розпорядження групи рідкісних металів. І ось в наші дні, в останні роках авансцену історії «піднімається» новий промисловий метал — титан. Титан з великим правом, ніж алюміній, може бути металом ХХ століття, точніше — другий його половини, тому що цей новий конструкционный матеріал вперше заходилися робити і використовувати лише у 50-ті роки. Втім, титан і називають: «метал 20 століття». І як багато значень у слова «титан», дуже багато епітетів і найменувань біля металу. «Вічний», «парадоксальний», «метал надзвукових швидкостей, «метал майбутнього», «дитя війни» — ось тільки окремі. Титан називають металом майбутнього. Це, звісно, правильно. У найближчому майбутньому з’являться нові області застосування чудового матеріалу, люди створять сплави ще більш дивовижними властивостями. Однак майбутнє починається сьогодні, майбутнє і нинішнє не отдельны непрохідною кордоном. Титан віддавна став матеріалом сучасності - цінним, важливим і досить необхідним. Понад те, широке, повсюдне його застосування саме дозволить скоріш наблизити той світлий і чудове майбутнє, про яку ми все мечтаем.