Titaanin kemialliset ominaisuudet määräytyvät pääasiassa sen hapetusasteesta +4, koska +4 on titaanin vakain tila. Titaanikomplekseilla on oktaedrinen koordinaatiogeometria, lukuun ottamatta titaanitetrakloridia (TiCl 4 ), jolla on tetraedrinen geometria. Titaanitetrakloridin korkeampi hapetusaste johtaa korkeampaan kovalenttiseen sidosasteeseen. Siirtymämetallina titaanin tiedetään muodostavan vesipitoisia Ti(IV)-komplekseja, jotka tunnetaan vesipitoisina ligandititaani-ionikomplekseina.
Oksidit, sulfidit ja alkoksidit
Titanaatit ovat tetratitaaniyhdisteitä, kuten titaanitetrakloridi (TiCl&sup4) ja bariumtitanaatti (BaTiO3). Niillä on pietsosähköisiä ominaisuuksia ja niitä voidaan käyttää muuntimina äänen ja sähkön keskinäiseen muuntamiseen. Ilmeniitti (FeTiO3) on titanaattiyhdiste.
Kaikista titaanioksideista tärkein on titaanidioksidi (TiO²), jota on kolmessa monikiteisessä tilassa: rutiili, anataasi ja brookiitti, jotka ovat valkoisia, diamagneettisia kiinteitä aineita. Tähdillä, rubiineilla ja safiireilla on tähtien valon titaanidioksidin (TiO²) ominaisuuksia, minkä vuoksi niillä on tähtiä muodostava kiilto.
Titaani(III,V)oksidi (Ti3O&sup5;) on violetti puolijohde, joka on valmistettu pelkistämällä titaanidioksidia (TiO2) korkeissa lämpötiloissa vedyn läsnä ollessa.
Titaani(III,IV)oksidia (Ti3O&sup4;) käytetään titaanioksidin höyryfaasipinnoittamiseen pinnoille korroosionkestävyyttä ja esteettisiä tarkoituksia varten.
Titaanialkoksideja valmistetaan titaanitetrakloridin reaktiolla alkoholien kanssa, ja niitä käytetään kiinteän titaanidioksidin kerrostamiseen sooli-geeliprosessin avulla.
Titaani-isopropoksidia voidaan käyttää kiraalisten orgaanisten yhdisteiden valmistukseen Sharpless-epoksidointiprosessilla.
On olemassa monenlaisia titaanisulfiittiyhdisteitä, joista titaanidisulfidi on ainoa yleisesti käytetty. Siinä on kerrosrakenne, ja sitä käytetään katodina litiumioniakkujen valmistuksessa.
Nitridi ja karbidi
Titaaninitridi ja titaanikarbidi ovat tulenkestävän siirtymäryhmän jäseniä.
Titaaninitrideillä on kahden kovalenttisen yhdisteen ominaisuuksia:
Erittäin korkea kovuus
korkea sulamispiste
korkea kiehumispiste
termodynaaminen stabiilisuus
Lämmönjohtokyky
Johtavuus
Titaaninitridin (TiN) Mohs-kovuus on 9.0, sama kuin safiirin ja piikarbidin, ja sitä käytetään pinnoitusmateriaalina leikkaustyökaluissa, kuten poranterissä, sekä esteettisiin tarkoituksiin sen kiiltävän kultapinnan vuoksi. . Puolijohteiden valmistuksessa se toimii sulkumateriaalina.
halogenidi
Titaanihalogenideja syntyy suorassa reaktiossa titaanin ja halogeenikaasun (X²) välillä. Yleisin titaanihalogenidi on titaanitetrakloridi (TiCl&sup4), väritön, haihtuva neste. Teollinen titaanitetrakloridi on vaaleankeltaista ja hydrolysoituu ilmassa vapauttaen valkoisia pilviä.
Titaanitetrakloridia käytetään titaanimetallin uuttamiseen malmista osana Kroll-prosessia.
Titaanihalogenideja käytetään Lewis-happoina.
Titaanihalogenidi titaanitetrajodidi (TiI&sup4;) tulee Van Arkel -prosessista.
Titaania (III) ja titaani (II) käytetään titaanitrikloridin ja titaanidikloridin muodostamiseen, katalyytteinä polyolefiinien valmistuksessa ja pelkistysaineina orgaanisessa kemiassa.
Titaanimetallin valmistusprosessi
Kroll-prosessia käytetään raakatitaanin muuntamiseen titaanimetalliksi. Prosessin vaiheita ovat uutto, puhdistus, sienen valmistus, seosten valmistus sekä muotoilu ja muovaus. Koska prosessin jokainen vaihe on kallis ja aikaa vievä, yksikään toimiala ei pysty suorittamaan kaikkia viittä vaihetta, ja yksittäiset toimialat suorittavat eri vaiheita.
uuttaminen
Louhinnan kautta malmi kuljetetaan yritykselle jalostettaviksi titaanipitoisten mineraalien muodossa. Eri malmityypeistä rutiili ja ilmeniitti ovat yleisimmin käytettyjä jalostukseen. Ilmeniitti vaatii esikäsittelyä rautapitoisuuden poistamiseksi. Malmi asetetaan leijukerrosreaktoriin, joka sisältää klooria ja hiiltä ja kuumennetaan 900 asteeseen. Kemiallinen reaktio johtaa epäpuhtaan titaanitetrakloridin muodon tuottamiseen, jonka sivutuotteena on hiilimonoksidia. Titaanitetrakloridissa on epäpuhtauksia, mukaan lukien rauta, ja ne on poistettava titaanidioksidin tuottamiseksi.
puhdistaminen
Titaanitetrakloridi puhdistetaan korkean lämpötilan tyhjötislauksella. Uuttoprosessissa syntyvä metalli sijoitetaan suuriin tislaussäiliöihin ja kuumennetaan. Puhdistusprosessissa käytetään fraktiointia ja saostusta epäpuhtauksien erottamiseen. Koska eri alkuaineilla on erilaiset kiehumispisteet, tislauksen aikana eri alkuaineet poistetaan, kun ne saavuttavat kiehumispisteensä. Poistettuja epäpuhtauksia ovat vanadiini, pii, magnesium, zirkonium ja rauta.
sienen muodostuminen
Kun sieni muodostuu, puhdistettua titaanitetrakloridia kaadetaan ruostumattomasta teräksestä valmistettuun reaktioastiaan nestemäisessä muodossa. Magnesiumia lisätään ja seos kuumennetaan 1100 asteen lämpötilaan, jotta magnesium voi reagoida kloorin kanssa muodostaen magnesiumkloridia. Argonkaasua pumpataan astiaan ilman poistamiseksi, jotta vältetään reaktio hapen ja typen kanssa. Tässä prosessissa tuotettu titaani ei ole puhdasta titaania, vaan kiinteässä muodossa. Se poistetaan säiliöstä poraamalla ja käsitellään veden ja suolahapon seoksella ylimääräisen magnesiumin ja magnesiumkloridin poistamiseksi. Tällä prosessilla tuotettu titaani on sienimäistä.
metalliseoksen luominen
Puhdas titaanisieni sekoitetaan eri metalliseoksiin ja metalliromuun käyttämällä kuluvaa elektrodivalokaariuunia metalliseosten luomiseksi. Kun metallit on sulatettu ja sekoitettu sopivissa suhteissa, briketit tiivistetään ja hitsataan muodostamaan sienielektrodeja, jotka sulatetaan tyhjiökaariuunissa harkkojen muodostamiseksi jatkokäsittelyä varten erilaisten teollisten ja kaupallisten tuotteiden valmistamiseksi.
Muotoilua ja muotoilua
Harkot poistetaan uunista, tarkastetaan vikojen varalta, pakataan ja toimitetaan käytettäväksi titaaniseostuotteiden valmistuksessa. Tarkista jokaisen harkon ominaisuudet varmistaaksesi, että ne vastaavat asiakkaiden vaatimuksia. Harkot käyvät läpi erilaisia prosesseja, kuten hitsauksen, muovauksen, valun, takomisen ja jauhemetallurgian tuotteen valmistusprosessin aikana.
Kroll-prosessin sivutuotteet
Kun titaani erotetaan epäpuhtauksistaan, se jättää jälkeensä magnesiumia ja magnesiumkloridia, jotka ovat Kroll-prosessin sivutuotteita ja kerätään talteen talteenottosäiliöissä, jotka erottavat magnesiumin ja kloorin stabiileihin muotoihinsa, kiinteäksi magnesiumiksi ja kloorikaasuksi. Keräysprosessin aikana kloori kerätään talteenottoyksikön yläosaan. Kiinteä magnesium ja kloori säästetään uudelleenkäyttöä varten Kroll-prosessissa.
metalliseoksen luominen
Neljännessä vaiheessa puhdasta titaanisientä sekoitetaan eri metalliseoksiin ja metalliromuun käyttökelpoisten metalliseosten valmistamiseksi kuluvan elektrodivalokaariuunin avulla. Kun kaikki tarvittavat metallit on sulatettu ja sekoitettu halutuissa suhteissa, massa tiivistetään ja hitsataan sienielektrodiksi. Tämä sienielektrodi sulatetaan tyhjökaariuunissa harkkojen muodostamiseksi. Nämä harkot sulatetaan tyypillisesti uudelleen ja uudelleen kaupallisesti hyväksyttävien harkojen luomiseksi.
Muotoilua ja muotoilua
Kroll-prosessin loppuvaiheessa harkot poistetaan uunista, tarkastetaan vikojen varalta ja lähetetään käytettäväksi titaaniseostuotteiden valmistukseen. Tarkista jokaisen harkon suorituskyky varmistaaksesi, että asiakkaiden vaatimukset täyttyvät. Teräsharkot käyvät läpi erilaisia prosesseja, kuten hitsauksen, muotoilun, valun, takomisen, jauhemetallurgian jne., ja lopulta muotoillaan valmiiksi tuotteiksi. Kaikki riippuu tarvittavan tuotteen ominaisuuksista.
Kroll-prosessin sivutuotteet
Kroll-prosessin aikana, kun titaani erotetaan epäpuhtauksista, jäljelle jää suuria määriä magnesiumia ja magnesiumkloridia. Kroll-prosessin sivutuotteet otetaan välittömästi talteen kierrätysyksikössä. Kierrätyssäiliöt erottavat magnesiumin ja kloorin stabiileihin muotoihin. Se on magnesiumia kiinteässä muodossa ja klooria kaasumaisessa muodossa. Kloori kerätään talteenottosäiliön yläosasta ja molemmat komponentit käytetään uudelleen Kroll-prosessissa.
