¿Qué es el titanio?
Propiedades
- Símbolo Atómico: Ti
- Número atómico: 22
- Elemento Categoría: Metal de transición
- Densidad: 4.506 / cm3
- Punto de fusión: 3034 ° F (1668 ° C)
- Punto de ebullición: 5949 ° F (3287 ° C)
- Dureza de Moh: 6
Características
Las aleaciones que contienen titanio son conocidas por su alta resistencia, peso ligero y excepcional resistencia a la corrosión .
A pesar de ser tan fuerte como el acero, el titanio es aproximadamente un 40% más ligero en peso, lo que, junto con su resistencia a la cavitación y la erosión, lo convierte en un metal estructural esencial para los ingenieros aeroespaciales.
El titanio también es formidable en su resistencia a la corrosión tanto por agua como por medios químicos. Lo hace formando una fina capa de dióxido de titanio (TiO2) en su superficie que es extremadamente difícil para estos materiales penetrar.
Tener un bajo módulo de elasticidad significa que el titanio no es también muy flexible, pero vuelve a su forma original después de la flexión, lo que resulta en la importancia de aleaciones con memoria de forma.
El titanio es no magnético y biocompatible (no tóxico, no alergénico), lo que ha llevado a su uso creciente en el campo de la medicina.
Historia
El uso de titanio metálico, en cualquier forma, solo se desarrolló realmente después de la Segunda Guerra Mundial.
De hecho, el titanio no se aisló como un metal hasta que el químico estadounidense Matthew Hunter lo produjo reduciendo el tetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio en 1910; Un método ahora conocido como el proceso de Hunter.
La producción comercial, sin embargo, no llegó hasta después de que William Justin Kroll demostró que el titanio también podría reducirse a partir del cloruro usando magnesio en la década de 1930.
El proceso de Kroll sigue siendo el método de producción comercial más importante hasta el día de hoy.
Después de que se desarrolló un método de producción rentable, el primer uso principal del titanio fue en aviones militares. Tanto los aviones y submarinos militares soviéticos como los estadounidenses (por ejemplo, los submarinos soviéticos Alfa y Mike Class y los FF Super Saber y Lockheed A-12 de la USAF) diseñados en los años 50 y 60 comenzaron a utilizar aleaciones de titanio. A principios de la década de 1960, las aleaciones de titanio comenzaron a ser utilizadas por los fabricantes de aviones comerciales también.
El campo de la medicina, particularmente los implantes dentales y prótesis, despertó a la utilidad del titanio después de que los estudios del doctor sueco Per-Ingvar Brånemark mostraran que el titanio no desencadena una respuesta inmune negativa en los humanos, permitiendo que el metal se integre en nuestros cuerpos en un proceso que denominado oseointegración .
Producción
Aunque el titanio es el cuarto elemento metálico más común en la corteza terrestre (detrás del aluminio , hierro y magnesio), la producción de titanio metálico es extremadamente sensible a la contaminación, particularmente por el oxígeno, que explica su desarrollo relativamente reciente y su alto costo.
Los principales minerales utilizados en la producción primaria de titanio son la ilmenita, que representa alrededor del 90% de la producción, y el rutilo, que representa el 10% restante.
En 2010, se produjeron alrededor de 6,3 millones de toneladas de concentrado mineral de titanio, aunque solo una pequeña fracción (aproximadamente 5%) de concentrado de titanio producido cada año finalmente termina en titanio metálico. En cambio, la mayoría se utilizan en la producción de dióxido de titanio (TiO2), un pigmento blanqueador utilizado en pinturas, alimentos, medicamentos y cosméticos.
En el primer paso del proceso Kroll, el mineral de titanio se tritura y se calienta con carbón de coque en una atmósfera de cloro para producir tetracloruro de titanio (TiCl4). El cloruro se captura y se envía a través de un condensador, que produce un líquido de cloruro de titanio que es más puro en un 99%.
El tetracloruro de titanio se envía directamente a los recipientes que contienen magnesio fundido. Para evitar la contaminación por oxígeno, esto se hace inerte mediante la adición de gas argón.
Durante el proceso de destilación consecuente, que puede tomar varios días, el recipiente se calienta a 1832 ° F (1000 ° C). El magnesio reacciona con el cloruro de titanio, eliminando el cloruro y produciendo titanio elemental y cloruro de magnesio.
El titanio fibroso que se produce como resultado se denomina esponja de titanio. Para producir aleaciones de titanio y lingotes de titanio de alta pureza, la esponja de titanio se puede fundir con diversos elementos de aleación utilizando un haz de electrones, arco de plasma o fusión en arco al vacío.
Con la esperanza de reducir los costos de extracción del titanio, se siguen investigando activamente los procesos electrolíticos y otros para producir titanio metálico.
Debido a su naturaleza estratégica, las estadísticas sobre la producción de titanio metálico pueden ser difíciles de conseguir. Sin embargo, se estima que la producción total mundial de esponjas de titanio fue de aproximadamente 150,000 toneladas en 2010. Los países productores más grandes son China, Japón, Rusia, Kazajstán y los Estados Unidos. Los grandes productores de esponjas de titanio incluyen VSMPO (Rusia), Titanium Metals Corp. (EE. UU.), RTI Intl. (EE. UU.), Fushun Jinming Titanium Industry (China), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (China) y Osaka Titanium Technology Co. (Japón).
Aplicaciones
Las aleaciones de titanio metálico se utilizan principalmente en las siguientes industrias:
- Aeroespacial
- Militar
- Médico
- Químico
- Artículos deportivos
En las últimas décadas, los fabricantes de aviones han recurrido cada vez más al titanio como un componente estructural clave. Desde sus primeros usos en la década de 1960, el contenido promedio de titanio en las aerolíneas comerciales de Boeing ha aumentado desde aproximadamente el 2% del peso corporal hasta aproximadamente el 15%. Más...
Fuentes
> TIMET Video: El Proceso Kroll. Disponible en el sitio web de la Asociación Internacional de Titanio: http://www.titanium.org
El Servicio Geológico de los Estados Unidos: Titanio. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
Vulcan, Tom. 2010. Titanio: El Metal de los Dioses . Hardassetinvestor.com.
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