Precios del titán, ocurrencia, extracción y uso

El titanio es un elemento químico con el símbolo del elemento Ti y el número atómico 22. Pertenece a los metales de transición y está en el 4º subgrupo (grupo 4) o grupo de titanio en la tabla periódica. El metal es brillante, blanco y metálico, ligero, fuerte, flexible, resistente a la corrosión y a la temperatura. Por lo tanto, es particularmente adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia a la corrosión, fuerza y ​​bajo peso. Debido al complicado proceso de fabricación, el titanio es diez veces más caro que el acero convencional.

El titanio fue descubierto en 1791 en Inglaterra por el clérigo y químico aficionado William Gregor en hierro titanio. En 1795, el químico alemán Heinrich Klaproth también lo descubrió en el mineral de rutilo y le dio al elemento su nombre actual, basado en los dioses griegos de los titanes.

Sin embargo, no fue hasta 1831 que Justus von Liebig logró extraer titanio metálico del mineral. El metal de titanio puro (99,9%) fue producido por primera vez por Matthew A. Hunter en 1910 calentando tetracloruro de titanio con sodio de 700 a 800 ° C en una bomba de acero.

No fue hasta la década de 1940 que William Justin Kroll logró utilizar el proceso Kroll para desarrollar titanio para aplicaciones comerciales al introducir la reducción a gran escala de tetracloruro de titanio con magnesio.

Ocurrencia

El titanio se encuentra en la corteza terrestre solo en conexión con el oxígeno como óxido. No es en absoluto raro, con un contenido de 0,565% ocupa el noveno lugar en abundancia de elementos en la corteza continental. Por lo general, solo está disponible en concentraciones bajas.

Los minerales importantes son:

• Ilmenita (Mineral de hierro de titanio), FeTiO3
• Leucoxeno, una ilmenita baja en hierro
• Perovskita, CaTiO3
• Rutilo, TiO2
• Titanita (esfeno), CaTi [SiO4] O
• Titanatos como el titanato de bario, (BaTiO3)
• Compañero en minerales de hierro.

Los principales depósitos se encuentran en Australia, Escandinavia, América del Norte, los Urales y Malasia. En Paraguay se descubrieron yacimientos en 2010, pero su explotación solo está prevista hasta la fecha.

Los meteoritos pueden contener titanio. También se ha detectado titanio en el sol y en estrellas de la clase espectral M. También hay depósitos en la luna de la Tierra. Las muestras de rocas de la misión lunar Apolo 17 contenían hasta un 12,1% de TiO₂. Hay consideraciones para la minería de asteroides.

También está contenido en cenizas de carbón, plantas y en el cuerpo humano.

Producción de titanio en miles de toneladas.

Posición	CARGA TERRESTRE	2003	2004	2005
1	Australia	1 300	2 110	2 230
2	Sudáfrica	1 070	1 130	1 130
3	Canadá	810	870	870
4	China	400	840	820
5	Noruega	380	370	420

recuperación 

El titanio puro apenas se encuentra en la tierra. El titanio se obtiene a partir de ilmenita o rutilo. El proceso de fabricación utilizado es muy complejo, lo que se refleja en el elevado precio del titanio. En 2008, una tonelada de esponja de titanio costaba una media de 12.000 euros.

El proceso de fabricación se ha mantenido casi sin cambios desde que se descubrió el proceso Kroll. Por lo general, a base de ilmenita o rutilo, el dióxido de titanio enriquecido se convierte en el calor con cloro y carbono en cloruro de titanio (IV) y monóxido de carbono. Luego se lleva a cabo la reducción a titanio utilizando magnesio líquido. Para producir aleaciones mecanizables, la esponja de titanio resultante debe volver a fundirse en un horno de arco al vacío.

El mayor productor de titanio y aleaciones de titanio es VSMPO-AVISMA con sede en Verkhnyaya Salda o Ekaterimburgo en los Urales, que ha sido propiedad indirecta del estado ruso desde el 12 de septiembre de 2006 a través del holding Rosoboronexport.

El titanio más puro se obtiene mediante el proceso Van Arkel de Boer.

Propiedades 

Cuando se expone al aire, el titanio forma una capa protectora de óxido extremadamente resistente que lo hace resistente a la corrosión en muchos medios. La alta resistencia con una densidad relativamente baja es notable. Sin embargo, por encima de una temperatura de 400 ° C, las propiedades de resistencia disminuyen rápidamente. El titanio ultrapuro es dúctil. A temperaturas más altas, se vuelve quebradizo muy rápidamente debido a la absorción de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. También se debe tener en cuenta la alta reactividad del titanio con muchos medios a temperaturas elevadas o presión elevada, si la capa pasiva no puede hacer frente al ataque químico. Aquí la velocidad de reacción puede aumentar hasta una explosión. En oxígeno puro a 25 ° C y 25 bar, el titanio se quema completamente a partir de un borde recién cortado para formar dióxido de titanio. A pesar de la capa de pasivación, reacciona con el oxígeno a temperaturas superiores a 880 ° C y con el cloro a temperaturas superiores a 550 ° C. El titanio también reacciona (“quema”) con el nitrógeno puro, lo que debe tenerse en cuenta en el mecanizado, por ejemplo, por el calor generado.

El titanio es resistente al ácido sulfúrico diluido, ácido clorhídrico, soluciones que contienen cloruro, ácido nítrico frío y la mayoría de los ácidos orgánicos y álcalis como el hidróxido de sodio. Por el contrario, se disuelve lentamente en ácido sulfúrico concentrado, con formación de sulfato de titanio violeta. Debido al riesgo de explosión, las condiciones de funcionamiento deben observarse estrictamente al utilizar cloro gaseoso.

Las propiedades mecánicas y el comportamiento corrosivo pueden mejorarse significativamente añadiendo principalmente pequeñas cantidades de aluminio, vanadio, manganeso, molibdeno, paladio, cobre, circonio y estaño.

El titanio se vuelve superconductor por debajo de una temperatura de 0,4 K.

Por debajo de 880 ° C, el titanio está presente en un empaque de esferas hexagonal más cercano. Por encima de 880 ° C, se forma una estructura de celosía cúbica centrada en el cuerpo.

aleaciones de titanio 

Las aleaciones de titanio se utilizan a menudo de acuerdo con la norma estadounidense ASTM. Grado  1 a 35 se caracteriza. Grado  1 a 4 denotan titanio puro de varios grados de pureza.

El titanio puro tiene el número de material 3.7034; el material económicamente más importante utilizado (también para las palas del turbocompresor) Ti-6Al-4V (6% aluminio, 4% vanadio, ASTM:Grado  5) tiene los números 3.7165 (aplicación industrial) y 3.7164 (aplicaciones aeroespaciales).

Otras aleaciones de titanio importantes utilizadas principalmente en la industria aeroespacial:

El nitinol (níquel-titanio) es una aleación denominada con memoria de forma.

Utilizar 

El titanio se utiliza principalmente como componente de microaleación para acero. Proporciona al acero una alta tenacidad, resistencia y ductilidad incluso en concentraciones de 0,01 a 0,1 por ciento en peso. En aceros inoxidables, el titanio previene la corrosión intergranular.

Las aleaciones a base de titanio son significativamente más caras que las superaleaciones a unos 45 € / kg. Por lo tanto, solo se utilizan para los requisitos más altos:

Aplicaciones en agua de mar y medios que contienen cloruro.

• Piezas de hélice de barcos, como ejes y tirantes para aplicaciones marítimas
• Piezas integradas en plantas desaladoras de agua de mar
• Componentes para la evaporación de soluciones de cloruro de potasio
• Ánodos de transmisiones por cable submarino HVDC
• Aparatos en plantas de química del cloro

Artículos al aire libre y deportivos.

• para bicicletas de alta calidad en combinación con aluminio y vanadio como material de cuadro
• (Buceo) cuchillos con hojas de titanio o aleación de titanio, así como cubiertos
• como clavijas de tienda (alta resistencia a pesar del bajo peso)
• para palos de golf como cabeza de palo
• con raquetas de tenis en el marco
• en el tiro con palo como un palo extremadamente estable con el palo de hielo
• como tornillo de hielo particularmente ligero para montañismo
• como varilla de lacrosse para mayor resistencia y menor peso
• como líder firme en la pesca de peces depredadores con dientes afilados

Uso en forma de compuestos.

• Fabricación de piedras preciosas artificiales relativamente blandas
• Los monocristales de zafiro dopado con titanio sirven como medio activo en el láser de titanio-zafiro para pulsos ultracortos en el rango de femtosegundos
• como tetracloruro de titanio para la producción de espejos de vidrio y niebla artificial
• Formación de fases intermetálicas (Ni₃Ti) en aleaciones de níquel a alta temperatura
• aleaciones superconductoras de niobio-titanio (por ejemplo, como cables superconductores en electroimanes de HERA en DESY)
• en pirotecnia
• Más del 90% de la producción de mineral de titanio se procesa principalmente en dióxido de titanio utilizando el cloruro y, en menor medida, el proceso de sulfato.
• como titrits de titanio para recubrimientos de insertos indexables y fresas en tecnología de producción

Conexiones de titanio

con boro, carbono o nitrógeno se utilizan como materiales duros. Los compuestos de titanio también se utilizan para fabricar cermet, materiales compuestos de cerámica y metal.

piezas de construcción

• Piezas de desgaste en sistemas de soldadura, contacto directo con soldadura eléctrica hasta 500 ° C
• Resortes en chasis de vehículos de motor
• en aeronaves y naves espaciales para piezas especialmente sometidas a estrés que todavía tienen que ser ligeras (revestimiento exterior a velocidades supersónicas, palas de compresor y otras piezas del motor)
• en turbinas de vapor para las palas más cargadas de la parte de baja presión
• con armadura: algunos tipos de submarinos de la antigua Unión Soviética tenían cascos de presión hechos de una aleación de titanio (por ejemplo, clase Mike, clase Alfa, clase Papa o clase Sierra) Además, el titanio se utiliza con más frecuencia en la aviación militar que en la aviación civil. Como resultado, en el apogeo de la producción de armamento soviético, una gran parte del titanio extraído en todo el mundo se produjo en Rusia y se reconstruyó.
• por su baja densidad en la producción de indicadores de nivel y flotadores

Medicina

• Como biomaterial para implantes en tecnología médica y odontología (implantes dentales, aproximadamente 200.000 piezas al año solo en Alemania) debido a su muy buena resistencia a la corrosión en comparación con otros metales. No hay reacción de rechazo inmunológico (alergia al implante). También se utiliza para coronas dentales y puentes dentales debido a su costo significativamente menor en comparación con las aleaciones de oro. En ortopedia quirúrgica con prótesis metálicas de pierna (prótesis de articulación de cadera) y prótesis de cabeza femoral, prótesis de rodilla tras artrosis, se utiliza de forma masiva. La capa de óxido de titanio permite que el hueso crezca firmemente sobre el implante (osteointegración) y, por tanto, permite que el implante artificial se instale de forma permanente en el cuerpo humano.
• En la cirugía del oído medio, el titanio es el material preferido para las prótesis de osículos auditivos y los tubos de timpanostomía.
• En neurocirugía, los clips de titanio (para operaciones de aneurismas) han reemplazado en gran medida a los clips hechos de acero inoxidable debido a sus propiedades de RMN más favorables.

Electrónica

• En 2002, Nokia lanzó el teléfono móvil 8910 y un año más tarde el teléfono móvil 8910i, que tiene una carcasa de titanio.
• En abril de 2002, Apple Inc. lanzó al mercado el portátil "PowerBook G4 Titanium". Gran parte de la caja estaba hecha de titanio y la versión con pantalla de 15,2 ″ con un grosor de 1 ″ pesaba solo 2,4 kg.
• Algunos portátiles de la serie ThinkPad de Lenovo (antes IBM) tienen una carcasa de plástico reforzado con titanio o un marco de carcasa hecho de un compuesto de titanio y magnesio.

Otras aplicaciones

• Monturas de joyas, relojes y gafas de titanio
• Monedas con núcleo de titanio (por ejemplo, monedas austriacas de 200 chelines)
• Bomba de sublimación de titanio para generar vacío ultra alto
• Galvanoplastia como marco de soporte para la oxidación anódica del aluminio (ELOXAL)
• Como parte de los chalecos antibalas estandarizados según CRISAT

prueba 

TiO²⁺ forma un complejo característico de color amarillo anaranjado con peróxido de hidrógeno (complejo de triaquohidroxooxotitanio (IV)), que también es adecuado para la detección fotoespectrométrica.

Estandarizar

El titanio y las aleaciones de titanio están estandarizados en:

• DIN 17850, Edición: 1990-11 Titanium; composición quimica
• ASTM B 348: Especificación estándar para titanio y aleación de titanio, barras y palanquillas
• ASTM B 265: Especificación estándar para titanio y aleación de titanio, láminas y placas
• ASTM F 67: especificación estándar para titanio sin alear, para aplicaciones de implantes quirúrgicos
• ASTM F 136: Especificación estándar para aleación de titanio forjado-6 Aluminio-4Vanadium ELI (Intersticial extra bajo) para aplicaciones de implantes quirúrgicos
• ASTM B 338: Especificación estándar para tubos de titanio y aleación de titanio sin costura y soldados para condensadores e intercambiadores de calor
• ASTM B 337: especificación para tubos de aleación de titanio y titanio sin costura y soldados

seguridad

El titanio es inflamable en forma de polvo y compactamente inofensivo. La mayoría de las sales de titanio se consideran inofensivas. Los compuestos inconsistentes como el tricloruro de titanio son altamente corrosivos, ya que forman ácido clorhídrico con trazas de agua.

El tetracloruro de titanio se utiliza en velas de humo y granadas de humo; reacciona con la humedad y forma un humo blanco a partir de dióxido de titanio, así como niebla de ácido clorhídrico.

Las desventajas biológicas del titanio en el cuerpo humano son actualmente desconocidas. Por lo tanto, las articulaciones de la cadera o los implantes de mandíbula hechos de titanio, a diferencia del níquel, no causaron alergias.

Conexiones

Si bien el titanio metálico solo está reservado para aplicaciones técnicas exigentes debido a sus altos costos de fabricación, el pigmento de color dióxido de titanio relativamente económico y no tóxico se ha convertido en un compañero en la vida cotidiana. Prácticamente todos los plásticos y pinturas blancos actuales, incluidos los colorantes alimentarios, contienen dióxido de titanio (se encuentra en los alimentos como E 171). Pero los compuestos de titanio también se utilizan en ingeniería eléctrica y tecnología de materiales y, más recientemente, en la producción de baterías de alto rendimiento para la propulsión de vehículos (baterías de titanato de litio).

• Titanato de bario, BaTiO₃
• titanato de litio
• Titanio (III) cloruro, TiCl₃
• Boruro de titanio, TiB
• Carburo de titanio, TiC
• Nitruro de titanio, TiN
• Titanio (IV) cloruro, TiCl₄
• Óxido de titanio (II) TiO
• Óxido de titanio (III) Ti₂O₃
• Óxido de titanio (IV) (blanco de titanio), TiO₂
• Subóxidos de titanio con una composición de TiO a Ti₂O
• Sulfato de óxido de titanio (IV) (sulfato de titanilo), TiOSO₄
• ferrotitanium
• Nitinol, un metal de memoria
• Hidruro de titanio, TiH₂

General
Nombre, símbolo, número atómico	Titanio, Ti, 22
serie	Los metales de transición
Grupo, período, bloque	4, 4, d
Apariencia	metalizado plateado
CAS	7440-32-6
Fracción de masa de la capa de tierra	0,41%
nuclear
masa atómica	47,867 u
Radio atómico (calculado)	140 (176) pm
Radio covalente	.
configuración electrónica	[Ar] 3d2 4s2
función de trabajo	4,33 eV
1. ionización	658,8 kJ / mol
2. ionización	1309,8 kJ / mol
3. ionización	2652,5 kJ / mol
4. ionización	4174,6 kJ / mol
físicamente
estado físico	fest
estructura cristalina	hexagonal (hasta 882 ° C, arriba corto)
densidad	4,50 g / cm3 (25 ° C)
dureza de Mohs	6
magnetismo	paramagnético = 1,8 10-4)
punto de fusión	1941 K (1668 ° C)
punto de ebullición	3560 K (3287 ° C)
Volumen molar	10,64 · 10-6 m3/ mol
El calor de vaporización	425 kJ / mol
calor de fusión	18,7 kJ / mol
velocidad del sonido	4140 m / s en 293,15 K
Capacidad calorífica específica	523 J / (kg K)
Conductividad electrica	2,5 · 106 A / (V · m)
conductividad térmica	22 W / (m K)
mecánicamente
módulo	105 GPa (= 105 kN / mm2)
Poisson	0,34
Químico
estados de oxidación	+ 2, + 3, +4
Óxidos (basicidad)	TiO2 (Anfótero)
potencial normales	−0,86 V (TiO2+ + 2 H.+ + 4 e- → Ti + H2O)
electronegatividad	1,54 (escala Pauling)
isótopo
isótopo NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 44Ti {Syn.} 49 a ε 0,268 44Sc 45Ti {Syn.} 184,8 minutos ε 2,062 45Sc 46Ti 8,0% estable 47Ti 7,3% estable 48Ti 73,8 % estable 49Ti 5,5% estable 50Ti 5,4% estable 51Ti {Syn.} 5,76 minutos β- 2,471 51V 52Ti {Syn.} 1,7 minutos β- 1,973 52V
propiedades de RMN
Girar γ en rad * T-1· s-1 Er(1H) fL en W = 4,7 T en MHz 47Ti -5 / 2 1,508 · 107 0,00209 11,3 49Ti -7 / 2 1,508 · 107 0,00376 11,3
seguridad
GHS sustancias peligrosas polvo etiquetado

Frases de peligro H y P H: 250EUH: sin tarifas EUHP: 222-231- 422 Etiquetado de sustancias peligrosas (polvo)Polvo

ligero inflamable	precioso
(F)	(Xi)

R- und S-SätzeR: 17-36/37/38S: 26 (Pulver)

Precios de los titanes

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