Die chemischen Eigenschaften von Titan werden hauptsächlich durch seinen Oxidationszustand +4 bestimmt, da +4 der stabilste Zustand von Titan ist. Titankomplexe haben oktaedrische Koordinationsgeometrien, mit der bemerkenswerten Ausnahme von Titantetrachlorid (TiCl 4 ), das eine tetraedrische Geometrie aufweist. Der höhere Oxidationszustand von Titantetrachlorid führt zu einem höheren Grad an kovalenter Bindung. Als Übergangsmetall ist bekannt, dass Titan wässrige Ti(IV)-Komplexe bildet, die als wässrige Liganden-Titanionenkomplexe bekannt sind.
Oxide, Sulfide und Alkoxide
Titanate sind Tetratitanverbindungen wie Titantetrachlorid (TiCl&sup4;) und Bariumtitanat (BaTiO3). Sie haben piezoelektrische Eigenschaften und können als Wandler zur gegenseitigen Umwandlung von Schall und Elektrizität eingesetzt werden. Ilmenit (FeTiO3) ist eine Titanatverbindung.
Das wichtigste aller Titanoxide ist Titandioxid (TiO²), das in drei polykristallinen Zuständen vorliegt: Rutil, Anatas und Brookit, bei denen es sich um weiße, diamagnetische Feststoffe handelt. Sterne, Rubine und Saphire besitzen die Titandioxid (TiO²)-Eigenschaften des Sternenlichts, weshalb sie einen sternbildenden Glanz haben.
Titan(III,V)-oxid (Ti3O&sup5;) ist ein violetter Halbleiter, der durch Reduktion von Titandioxid (TiO2) bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Wasserstoff hergestellt wird.
Titan(III,IV)-oxid (Ti3O&sup4;) wird zur Dampfphasenbeschichtung von Oberflächen mit Titanoxid für Korrosionsbeständigkeit und ästhetische Zwecke verwendet.
Titanalkoxide werden durch die Reaktion von Titantetrachlorid mit Alkoholen hergestellt und zur Abscheidung von festem Titandioxid mittels eines Sol-Gel-Verfahrens verwendet.
Titanisopropoxid kann zur Herstellung chiraler organischer Verbindungen mithilfe des Sharpless-Epoxidationsverfahrens verwendet werden.
Es gibt viele Arten von Titansulfitverbindungen, von denen Titandisulfid die einzige häufig verwendete ist. Es ist schichtförmig aufgebaut und wird als Kathode bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien verwendet.
Nitrid und Karbid
Titannitrid und Titancarbid gehören zur feuerfesten Übergangsgruppe.
Titannitride haben die Eigenschaften zweier kovalenter Verbindungen:
Extrem hohe Härte
hoher Schmelzpunkt
hoher Siedepunkt
thermodynamische Stabilität
Wärmeleitfähigkeit
Leitfähigkeit
Titannitrid (TiN) hat eine Mohs-Härte von 9,0, genau wie Saphir und Siliziumkarbid, und wird aufgrund seiner glänzenden Goldoberfläche als Beschichtungsmaterial für Schneidwerkzeuge wie Bohrer und für ästhetische Zwecke verwendet . In der Halbleiterfertigung fungiert es als Barrierematerial.
Halogenid
Titanhalogenide entstehen durch eine direkte Reaktion zwischen Titan und Halogengas (X²). Das häufigste Titanhalogenid ist Titantetrachlorid (TiCl&sup4;), eine farblose, flüchtige Flüssigkeit. Industrielles Titantetrachlorid ist hellgelb und hydrolysiert in der Luft, wodurch weiße Wolken entstehen.
Titantetrachlorid wird im Rahmen des Kroll-Verfahrens zur Gewinnung von Titanmetall aus Erzen verwendet.
Als Lewis-Säuren werden Titanhalogenide verwendet.
Das Titanhalogenid Titantetraiodid (TiI&sup4;) stammt aus dem Van-Arkel-Verfahren.
Titan(III) und Titan(II) werden zur Bildung von Titantrichlorid und Titandichlorid, als Katalysatoren bei der Herstellung von Polyolefinen und als Reduktionsmittel in der organischen Chemie verwendet.
Verfahren zur Herstellung von Titanmetall
Mit dem Kroll-Verfahren wird Rohtitan in Titanmetall umgewandelt. Zu den Prozessschritten gehören Extraktion, Reinigung, Schwammherstellung, Legierungsherstellung sowie Formen und Formen. Da jeder Schritt des Prozesses kostspielig und zeitaufwändig ist, ist keine Branche in der Lage, alle fünf Schritte durchzuführen, und einzelne Branchen durchlaufen verschiedene Phasen.
Extraktion
Durch die Gewinnung wird das Erz in Form von titanhaltigen Mineralien zum Unternehmen transportiert und dort weiterverarbeitet. Unter den verschiedenen Erzarten werden Rutil und Ilmenit am häufigsten zur Verarbeitung verwendet. Ilmenit erfordert eine Vorbehandlung, um seinen Eisengehalt zu entfernen. Das Erz wird in einen Wirbelschichtreaktor mit Chlor und Kohlenstoff gegeben und auf 900 Grad erhitzt. Bei der chemischen Reaktion entsteht eine unreine Form von Titantetrachlorid mit Kohlenmonoxid als Nebenprodukt. Verunreinigungen, einschließlich Eisen, sind in Titantetrachlorid enthalten und müssen zur Herstellung von Titandioxid entfernt werden.
Reinigung
Titantetrachlorid wird durch Hochtemperatur-Vakuumdestillation gereinigt. Das während des Extraktionsprozesses gewonnene Metall wird in große Destillationstanks gegeben und erhitzt. Der Reinigungsprozess nutzt Fraktionierung und Niederschlag, um Verunreinigungen abzutrennen. Da verschiedene Elemente unterschiedliche Siedepunkte haben, werden die verschiedenen Elemente während der Destillation entfernt, sobald sie ihren Siedepunkt erreichen. Zu den entfernten Verunreinigungen zählen Vanadium, Silizium, Magnesium, Zirkonium und Eisen.
Schwammbildung
Während sich der Schwamm bildet, wird gereinigtes Titantetrachlorid in flüssiger Form in das Reaktionsgefäß aus Edelstahl gegossen. Es wird Magnesium hinzugefügt und die Mischung auf eine Temperatur von 1100 Grad erhitzt, sodass das Magnesium mit Chlor zu Magnesiumchlorid reagieren kann. Argongas wird in den Behälter gepumpt, um Luft zu entfernen und eine Reaktion mit Sauerstoff und Stickstoff zu vermeiden. Das bei diesem Verfahren hergestellte Titan ist kein reines Titan, sondern in fester Form. Durch einen Bohrvorgang wird es aus dem Behälter entnommen und mit einer Mischung aus Wasser und Salzsäure behandelt, um überschüssiges Magnesium und Magnesiumchlorid zu entfernen. Das bei diesem Verfahren hergestellte Titan ist schwammartig.
Legierungsherstellung
Reiner Titanschwamm wird mit verschiedenen Legierungen und Altmetall in einem Elektrolichtbogenofen mit abschmelzender Elektrode vermischt, um Legierungen herzustellen. Nachdem die Metalle geschmolzen und in geeigneten Anteilen gemischt wurden, werden die Briketts verdichtet und zu Schwammelektroden verschweißt, die in einem Vakuumlichtbogenofen zu Barren geschmolzen werden, die für die Weiterverarbeitung zur Herstellung verschiedener Industrie- und Handelsprodukte bestimmt sind.
Gestalten und Gestalten
Die Barren werden aus dem Ofen entnommen, auf Mängel untersucht, verpackt und zur Verwendung bei der Herstellung von Titanlegierungsprodukten versandt. Überprüfen Sie die Eigenschaften jedes Barrens, um sicherzustellen, dass er den Kundenanforderungen entspricht. Während des Produktherstellungsprozesses durchlaufen Barren verschiedene Prozesse wie Schweißen, Formen, Gießen, Schmieden und Pulvermetallurgie.
Nebenprodukte des Kroll-Prozesses
Wenn Titan von seinen Verunreinigungen getrennt wird, bleiben Magnesium und Magnesiumchlorid zurück, die Nebenprodukte des Kroll-Prozesses sind und in Rückgewinnungstanks zurückgewonnen werden, die Magnesium und Chlor in ihre stabilen Formen trennen: festes Magnesium und Chlorgas. Während des Sammelprozesses wird Chlor oben in der Rückgewinnungseinheit gesammelt. Das feste Magnesium und Chlor werden zur Wiederverwendung im Kroll-Prozess aufbewahrt.
Legierungsherstellung
In der vierten Stufe wird reiner Titanschwamm mit Hilfe eines Elektrolichtbogenofens mit abschmelzender Elektrode mit verschiedenen Legierungen und Altmetall zu brauchbaren Legierungen vermischt. Nachdem alle benötigten Metalle geschmolzen und im gewünschten Verhältnis vermischt sind, wird die Masse verdichtet und zur Schwammelektrode verschweißt. Diese Schwammelektrode wird in einem Vakuumlichtbogenofen zu Barren geschmolzen. Diese Barren werden typischerweise immer wieder geschmolzen, um kommerziell akzeptable Barren herzustellen.
Gestalten und Gestalten
In der letzten Phase des Kroll-Prozesses werden die Barren aus dem Ofen entnommen, auf Mängel untersucht und zur Verwendung bei der Herstellung von Produkten aus Titanlegierungen verschickt. Überprüfen Sie die Leistung jedes Barrens, um sicherzustellen, dass die Kundenanforderungen erfüllt werden. Stahlbarren durchlaufen verschiedene Prozesse wie Schweißen, Formen, Gießen, Schmieden, Pulvermetallurgie usw. und werden schließlich zu fertigen Produkten geformt. Es hängt alles von den Spezifikationen des benötigten Produkts ab.
Nebenprodukte des Kroll-Prozesses
Beim Kroll-Prozess, bei dem Titan von Verunreinigungen getrennt wird, bleiben große Mengen Magnesium und Magnesiumchlorid zurück. Die Nebenprodukte des Kroll-Prozesses werden sofort in der Recyclinganlage verwertet. Recyclingtanks trennen Magnesium und Chlor in stabile Formen. Das ist Magnesium in fester Form und Chlor in gasförmiger Form. Das Chlor wird oben im Rückgewinnungstank gesammelt und beide Komponenten werden im Kroll-Prozess wiederverwendet.
