Какой металл используют обычно для получения титана из хлорида титана

Обновлено: 16.06.2024


Магниетермический способ получения титана. В настоящее время основной промышленный способ получения металлического титана — восстановление магнием из его хлорида. Этот способ относится к металлотермическим процессам. Металлотермический процесс — восстановление металлов из соединений химически более активными металлами. Восстановление можно проводить из окислов, хлоридов и фторидов. При этом интенсивность и полнота восстановления зависят от химического сродства металла-восстановителя к кислороду, хлору, фтору. К металлу-восстановителю предъявляют ряд требований: химическая активность, чистота, сравнительно невысокая стоимость; металл-восстановитель не должен образовывать с получаемым металлом химических соединений или сплавов, металл должен хорошо отделяться от шлака. Металлотермическое восстановление титана проводят в реакторе (реторта) из нержавеющей хромоникелевой стали в атмосфере аргона при температуре 800—900° С. Диаметр реактора 800—1500 мм, высота около 2 м. При магниетермическом восстановлении количество загружаемого магния 130—140% от теоретически необходимого по реакции: TiCl4 + 2Mg — Ti + 2MgCl2. Подача тетрахлорида титана регулируется автоматически Вначале реактор подогревают с помощью электроподогрева гелей. Затем тепло, выделяющееся ввиду большой экзотермичности процесса восстановления, отводят с помощью обдува реторты сжатым воздухом.
Металлический титан, образующийся при магниетермическом восстановлении, собирается на дне реторты в виде губчатой массы, пропитанной магнием и накапливающимся хлоридом магния который периодически выводят из аппарата через специальное сливное устройство. Схема магниетермического реактора показана на рис. 93. Продолжительность операции 35—55 ч. За это время получают 1—4 т титана (в зависимости от размера реактора) Реакционная масса, заполняющая аппарат после окончания процесса, содержит около 50% титана, избыточный магний и его хлорид. Эти примеси отделяют от титана с помощью вакуумной отгонки, которая основана на большой разности давления паров компонентов реакционной массы (титана, магния, хлористого магния) при высокой температуре. Для этого реторту с помощью широкого утепленного патрубка соединяют с конденсатором и нагревают до 1000°С. Непрерывное вакуумирование через конденсатор обеспечивает остаточное давление в системе в конце отгонки 1—6 Па. Время процесса 30—50 ч; расход электроэнергии 6—8 кВт*ч/кг.



Полученный в результате магниетермического восстановления технический титан (губка) содержит, %: около 0,07 Cl; 0,1 Fe; 0,05 C2, 0,05 Ni; по 0,02С и N; 0,04—0,05 Si. Концентрация других примесей незначительна Общее извлечение титана в губку из шлака составляет 70—75%.
В товарной форме куски губки после дробления имеют размер 12—70 мм. Губку упаковывают в барабаны, которые вакуумируют и плотно закрывают. Для получения слитков губчатый титан плавят в электродуговых печах. Титан технической чистоты обычно используют без дополнительной очистки, так как он удовлетворяет требованиям основных потребителей. Металл повышенной чистоты, необходимый для специальных областей применения и научных работ, получают рафинированием.
Выплавка слитков титана. Слитки из титана диаметром 200—500 мм выплавляют в электродуговых печах с медным охлаждаемым водой кристаллизатором. Медь и титан не сплавляются и не образуют соединений. Металл, прилегающий к холодным стенкам кристаллизатора, очень быстро затвердевает и плавка фактически идет в гарниссаже из титана. Гарниссаж не приваривается к стенкам кристаллизатора, поэтому плавку иногда ведут с использованием подвижного поддона, что позволяет вытягивать слиток. Шихту вводят в печь в виде достаточно плотного и прочного расходуемого электрода полученного прессованием губки. Помимо губчатого титана, в состав расходуемых электродов обычно входит до 40—50% незагрязненных титановых отходов, а также многие легирующие компоненты в форме лигатур. Для обеспечения постоянства состава и механических свойств слитков титановых сплавов их плавят вторично. Схема печи показана на рис. 45.
Плавку титана и его сплавов проводят на постоянном токе (8—10 кА, 25—30 В) в вакууме 1,33 Па. Стабилизация горения дуги и перемешивание жидкой ванны металла производится с помощью электромагнитных катушек. Производительность печи 4—5 кг/мин. Потери металла за счет обрезки торцовых частей слитка и обдирки боковой поверхности обычно составляют 10— 15%, у крупныx слитков они снижаются до 5%. Расход электроэнергии достигает 4,5 кВт*ч/кг.
В настоящее время находит промышленное использование электрошлаковая плавка титана и его сплавов. Сущность этой плавки заключается в нагреве переменным током шлака до 1900—2000° С, что обеспечивает плавление погруженного в шлак расходуемого электрода. В качестве шлака используют очищенный фтористый кальций. Во избежание интенсивного испарения шлака и его конденсации на холодных поверхностях печи плавку проводят в атмосфере аргона. При этом потери металла при механической обработке слитка значительно снижаются.
Иодидное рафинирование титана. Основным методом получения титана повышенной чистоты является иодидное рафинирование технического металла, губки или стружки. Подлежащий очистке металл при взаимодействии с иодом образует летучий галогенид Til4, который затем диссоцируют на разогретой электрическим током нити из одноименного или тугоплавкого металла (Til4 Ti — Ti + 2I2). При этом титан отлагается на раскаленной проволоке, а под возвращается в процесс. Очистка титана основана на различии давлений паров иодидов титана и примесей. Кроме того, часть примесей не вступает в реакцию с иодом. Процесс иодидного рафинирования осуществляют при двух температурных режимах: при 150—200 и при 500—550° С. Перенос титана на раскаленную нить происходит за счет образования и испарения в первом случае TiI4, во втором Til2. Нить, на которой диссоциируют иодиды, нагревают электрическим током до 1400° С. Перед началом процесса рафинирования разогретый реактор с титановой губкой тщательно вакуумируют, затем включают нагрев нити и вводят очищенный иод. Рафинирование заканчивается при толщине прутка очищенного металла 25—30 мм. Иодидное рафинирование титана — дорогой процесс. Однако этот способ обеспечивает получение пластичного чистого титана, содержание железа, алюминия, циркония, никеля и кислорода в котором обычно менее 0,01 % каждого.
Электронной бестигельной плавкой иодидного металла получают сверхчистый титан, содержащий 99,9999% Ti.

Хлорид титана IV

Хлорид титана IV

Хлорид титана IV (тетрахлорид титана, четырёххлористый титан) — бинарное соединение титана и хлора с формулой TiCl4. При нормальных условиях - бесцветная подвижная прозрачная ядовитая жидкость, дымящая на воздухе.

Содержание

  • 1 Физические свойства
  • 2 Химические свойства
  • 3 Получение
  • 4 Применение
  • 5 Токсичность

Физические свойства

  • Температура кипения: 136,4 °C
  • Температура плавления: −24,1 °C
  • Относительная плотность (вода = 1): 1,7
  • Растворимость в воде — реагирует
  • Давление паров, кПа при 21,3 °C: 1,3
  • Относительная плотность пара (воздух = 1): 6,5
  • Критическая температура 365 °C, критическое давление 5,01 МПа

Химические свойства

Гидролизуется водой и водяным паром с выделением хлористого водорода и образованием оксидов и оксихлоридов титана. На этой реакции основано применение хлорида титана(IV) на флоте в качестве образователя дымовой завесы. Способен присоединять NH3, ароматические соединения, простые эфиры.

Выше 500—600 °C окисляется O2 воздуха до TiO2, в присутствии паров воды образуются также оксихлориды TiOCl2, Ti2O3Cl2.

Бурно реагирует с водой с получением TiO2· n H2O, в качестве промежуточных продуктов образуются гидрат TiCl4·5H2O и гидроксохлориды Ti(OH) n Cl4− n · x H2O. Растворим в этаноле и диэтиловом эфире.

При очень медленном добавлении воды с тщательным перемешиванием и охлаждением можно получить устойчивые концентрированные растворы TiCl4.

С парами воды при 300—400 °C даёт TiO2.

Восстанавливается водородом H2 и активными металлами до TiCl2 и TiCl3, затем до Ti.

В TiCl4 растворим хлор Сl2 (7,6 % по массе при 20 °C), незначительно растворим хлороводород НСl.

Смешивается во всех соотношениях с жидким НСl, а также с хлоридами Sn, С, Si.

Растворим в соляной кислоте при пропускании газообразного НСl с получением ярко-жёлтого раствора гексахлортитановой кислоты (H2TiCl6).

С разбавленной серной кислотой H2SO4 образует TiOSO4, с концентрированной H2SO4 образует TiCl2SO4.

Получение

Тетрахлорид титана можно получить взаимодействием диоксида титана с хлором в присутствии восстановителя (углерода):

Для получения TiCl4 высокой чистоты используют ректификацию и адсорбцию примесей на силикагеле.

В промышленности хлорид титана(IV) производится в процессе хлорирования, который предусматривает обработку титановой руды хлором. Реакция ильменита (FeTiO3) с хлором и углеродом (в виде кокса) происходит при температуре 900 °C:

2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 C ⟶ 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO

После хлорирования полученный тетрахлорид титана очищают фильтрованием, гидролизом с помощью увлажнённого NaCl (удаление As), восстановлением медью, алюминием или сероводородом H2S (удаление ванадия, серы, хрома, органики), дистилляцией и ректификацией.

Применение

Используют TiCl4 для получения титана, оксида титана, катализаторов (для полимеризации этилена и пропилена, для алкилирования ароматических углеводородов и др.) и как дымообразователь.

  • в производстве губчатого титана;
  • в производстве пигмента — титановых белил;
  • в качестве катализатора в химической промышленности (см. Катализаторы Циглера — Натта).

Токсичность

Тетрахлорид титана токсичен при вдыхании паров и воздействии на кожу, поражает слизистые оболочки рта и верхних дыхательных путей, а также роговицы глаз. Вызывает ожоги кожи и бронхит. ПДК паров 1 мг/м 3 .

Производство титана

Производство титана

Титан и его сплавы являются ценными конструкционными сплавами. По сочетанию свойств они превосходят многие легированные стали и сплавы металлов. Получение металлического титана затрудняется его очень высокой химической активностью при повышенных температурах. Титан образует химические соединения и твердые растворы со многими элементами. Поэтому при производстве титана требуются особые условия, обеспечивающие достаточную чистоту производимого металла.

Для получения титана применяют магниетермический способ, который включает операции:

  • получение титановых концентратов;
  • производство титанового шлака;
  • производство четыреххлористого титана;
  • восстановление четыреххлористого титана магнием;
  • вакуумная сепарация реакционной массы;
  • плавка титановой губки в вакуумных печах.

Получение титановых концентратов

Титановые руды подвергают обогащению, в результате которого получают концентраты с повышенным содержанием TiO2 . Наиболее распространенным сырьем для получения титана является титано-магнетитановые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий 40 – 45% TiO2, 30% FeO, 20% Fe2O3 и 5 – 7% пустой породы.

Производство титанового шлака

Основное назначение этого процесса – отделение оксидов железа от оксида титана. Для этого ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углём и антрацитом в электропечах, где оксиды железа и часть титана восстанавливаются по реакции:

Восстановленное железо науглероживается, образуя чугун, который собирается на дне ванны печи, отделяясь от остальной массы шлака вследствие различия их удельных весов. Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. Полученный титановый шлак содержит 80 – 90% TiO2.

Производство четырёххлористого титана

Для получения металлического титана используют хлорид титана, полученный путём хлорирования титанового шлака. Для этого титановый шлак измельчают, смешивают с углем и каменноугольным пеком, так как процесс хлорирования может проходить успешно только в присутствии восстановителя, и брикетируют при нагреве до 800 °С без доступа воздуха. Полученные брикеты подвергают хлорированию в специальных печах. В нижней части печи располагается угольная насадка, нагревающаяся при пропускании через неё электрического тока. В печь подают брикеты титанового шлака, а через фурмы – хлор.

При температуре 800 – 1250 °С в присутствии углерода образуются четыреххлористый титан по реакции:

В качестве побочных продуктов получаются также хлориды других металлов (FeCl2, MnCl2 , CrCl3 CaCl2 и др.).

Благодаря различию температур кипения образующихся хлоридов, четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов методом ректификации в специальных установках.

Восстановление четыреххлористого титана магнием

Восстановление осуществляется в специальных реакторах при температуре 950 – 1000 °С. В реактор загружают чушковый магний и после откачки воздуха и заполнения полоти реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористый титан. Процесс восстановления титана идёт по реакции:

Металлический титан оседает на стенках, образуя губчатую массу, а хлористый магний в виде расплава выпускают через лётку реактора. В результате восстановления образуется реакционная масса, представляющая собой губку титана, пропитанную магнием и хлористым магнием, содержание которых достигает 35 – 40%.

Вакуумная сепарация реакционной массы

Сепарацию проводят с целью отделения титановой губки от магния и хлористого магния. Процесс отделения состоит в том, что реакционную массу нагревают до 900 – 950 °С в герметичном устройстве электронагревательной печи, в котором создаётся вакуум. При этом часть хлористого магния удаляется в жидком виде, а остальная часть хлористого магния и магний испаряются. Титановая губка после очистки направляется на плавку.

Плавка титановой губки в вакуумнодуговых печах. Плавка губки методом вакуумно-дугового переплава является основным способом переработки её в слитки. Вакуум печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке его от примесей. Полученные слитки титана переплавляют вторично для удаления дефектов, используя как расходуемые электроды. После этого чистота титана составляет 99,6 – 99,7%. После вторичного переплава слитки используют для обработки давлением (ковка, штамповка, прокатка).

Титан

Титан

Титан — химический элемент с атомным номером 22. Принадлежит к 4-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе IV группы, или к группе IVB), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 47,867(1) а. е. м . Обозначается символом Ti. Простое вещество титан — лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой коррозионной стойкостью.

  • 1 История
  • 2 Происхождение названия
  • 3 Нахождение в природе
  • 4 Месторождения
  • 5 Запасы и добыча
  • 6 Получение
  • 7 Физические свойства
    • 7.1 Изотопы
    • 9.1 В чистом виде и в виде сплавов
    • 9.2 В виде соединений
    • 9.3 Анализ рынков потребления
    • 9.4 Цены

    Титан

    История

    Открытие диоксида титана (TiO2) сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1791), выделил новую «землю» (оксид) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 году немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — оксиды одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз: французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные оксиды титана.

    Первый образец металлического титана получил в 1825 году швед Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 году термическим разложением паров иодида титана TiI4.

    Титан не находил промышленного применения, пока люксембуржец Г. Кролл в 1940 году не запатентовал простой магниетермический метод восстановления металлического титана из тетрахлорида; этот метод процесс Кролла до настоящего времени остаётся одним из основных в промышленном получении титана.

    Происхождение названия

    Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру в противовес французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

    Нахождение в природе

    Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре — 0,57 % по массе, в морской воде — 0,001 мг/л . В ультраосновных породах 300 г/т , в основных — 9 кг/т , в кислых 2,3 кг/т , в глинах и сланцах 4,5 кг/т . В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит (сфен) CaTiSiO5. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

    Месторождения

    Крупные коренные месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Канады, США, Китая, Норвегии, Швеции, Египта, Австралии, Индии, Южной Кореи, Казахстана; россыпные месторождения имеются в Бразилии, Индии, США, Сьерра-Леоне, Австралии. В странах СНГ ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимает РФ (58,5 %) и Украина (40,2 %). Крупнейшее месторождение в России — Ярегское.

    Запасы и добыча

    Основные руды: ильменит (FeTiO3), рутил (TiO2), титанит (CaTiSiO5).

    По данным на 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO2. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтверждённые запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49,7—52,7 млн т. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

    Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений (Ярегское) находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 %.

    Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА».

    Титан

    Брусок кристаллического титана (чистота 99,995 %, вес ≈283 г, длина ≈14 см, диаметр ≈25 мм), изготовленный на заводе «Уралредмет» иодидным методом ван Аркеля и де Бура

    Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а невосстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.

    Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl4:

    Образующиеся пары TiCl4 при 850 °C восстанавливают магнием:

    Кроме этого, в настоящее время начинает получать популярность так называемый процесс FFC Cambridge, названный по именам его разработчиков Дерека Фрэя, Тома Фартинга и Джорджа Чена из Кембриджского университета, где он был создан. Этот электрохимический процесс позволяет осуществлять прямое непрерывное восстановление титана из оксида в расплаве смеси хлорида кальция и негашёной извести (оксида кальция). В этом процессе используется электролитическая ванна, наполненная смесью хлорида кальция и извести, с графитовым расходуемым (либо нейтральным) анодом и катодом, изготовленным из подлежащего восстановлению оксида. При пропускании через ванну тока температура быстро достигает ~1000—1100 °C, и расплав оксида кальция разлагается на аноде на кислород и металлический кальций:

    Полученный кислород окисляет анод (в случае использования графита), а кальций мигрирует в расплаве к катоду, где и восстанавливает титан из его оксида:

    Образующийся оксид кальция вновь диссоциирует на кислород и металлический кальций, и процесс повторяется вплоть до полного преобразования катода в титановую губку либо исчерпания оксида кальция. Хлорид кальция в данном процессе используется как электролит для придания электропроводности расплаву и подвижности активным ионам кальция и кислорода. При использовании инертного анода (например, диоксида олова), вместо углекислого газа на аноде выделяется молекулярный кислород, что меньше загрязняет окружающую среду, однако процесс в таком случае становится менее стабильным, и, кроме того, в некоторых условиях более энергетически выгодным становится разложение хлорида, а не оксида кальция, что приводит к высвобождению молекулярного хлора.

    Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан йодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электронно-лучевую или плазменную переработку.

    Титан — лёгкий серебристо-белый металл. При нормальном давлении существует в двух кристаллических модификациях: низкотемпературный α -Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (гексагональная сингония, пространственная группа C6mmc, параметры ячейки a = 0,2953 нм , c = 0,4729 нм , Z = 2 ) и высокотемпературный β -Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой (кубическая сингония, пространственная группа Im3m, параметры ячейки a = 0,3269 нм , Z = 2 ), температура перехода α↔β 883 °C, теплота перехода ΔH =3,8 кДж/моль (87,4 кДж/кг). Большинство металлов при растворении в титане стабилизируют β -фазу и снижают температуру перехода α↔β . При давлении выше 9 ГПа и температуре выше 900 °C титан переходит в гексагональную фазу ( ω -Ti). Плотность α -Ti и β -Ti соответственно равна 4,505 г/см³ (при 20 °C) и 4,32 г/см³ (при 900 °C). Атомная плотность α-титана 5,67⋅10 22 ат/см³ .

    Температура плавления титана при нормальном давлении равна 1670 ± 2 °C, или 1943 ± 2 К (принята в качестве одной из вторичных калибровочных точек температурной шкалы ITS-90. Температура кипения 3287 °C. При достаточно низкой температуре (-80 °C), титан становится довольно хрупким. Молярная теплоёмкость при нормальных условиях Cp = 25,060 кДж/(моль·K) , что соответствует удельной теплоёмкости 0,523 кДж/(кг·K) . Теплота плавления 15 кДж/моль , теплота испарения 410 кДж/моль . Характеристическая дебаевская температура 430 К . Теплопроводность 21,9 Вт/(м·К) при 20 °C. Температурный коэффициент линейного расширения 9,2·10 −6 К −1 в интервале от −120 до +860 °C. Молярная энтропия α -титана S 0 = 30,7 кДж/(моль·К). Для титана в газовой фазе энтальпия формирования ΔH 0
    f = 473,0 кДж/моль , энергия Гиббса ΔG 0
    f = 428,4 кДж/моль , молярная энтропия S 0 = 180,3 кДж/(моль·К) , теплоёмкость при постоянном давлении Cp = 24,4 кДж/(моль·K)

    Удельное электрическое сопротивление при 20 °C составляет 0,58 мкОм·м (по другим данным 0,42 мкОм·м), при 800 °C 1,80 мкОм·м. Температурный коэффициент сопротивления 0,003 К −1 в диапазоне 0…20 °C.

    Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Прочностные характеристики мало зависят от температуры, однако сильно зависят от чистоты и предварительной обработки. Для технического титана твёрдость по Виккерсу составляет 790—800 МПа , модуль нормальной упругости 103 ГПа , модуль сдвига 39,2 ГПа . У высокочистого предварительно отожжённого в вакууме титана предел текучести 140—170 МПа, относительное удлинение 55—70 %, твёрдость по Бринеллю 716 МПа .

    Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

    При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

    Температура перехода в сверхпроводящее состояние 0,387 К. При температурах выше 73 кельвин титан парамагнитен. Магнитная восприимчивость при 20 °C составляет 3,2·10 −6 . Постоянная Холла α -титана равна +1,82·10 −13 .

    Изотопы

    Известны изотопы титана с массовыми числами от 38 до 63 (количество протонов 22, нейтронов от 16 до 41), и 2 ядерных изомера.

    Природный титан состоит из смеси пяти стабильных изотопов: 46 Ti (изотопная распространенность 7,95 %), 47 Ti (7,75 %), 48 Ti (73,45 %), 49 Ti (5,51 %), 50 Ti (5,34 %).

    Среди искусственных изотопов самые долгоживущие 44 Ti (период полураспада 60 лет) и 45 Ti (период полураспада 184 минуты).

    Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен. Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки — 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.

    Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H3PO4 и концентрированной H2SO4). Титан устойчив к влажному хлору и водным растворам хлора.

    Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF6] 2− . Титан наиболее подвержен коррозии в органических средах, так как в присутствии воды на поверхности титанового изделия образуется плотная пассивная плёнка из оксидов и гидрида титана. Наиболее заметное повышение коррозионной стойкости титана заметно при повышении содержания воды в агрессивной среде с 0,5 до 8,0 %, что подтверждается электрохимическими исследованиями электродных потенциалов титана в растворах кислот и щелочей в смешанных водно-органических средах.

    При нагревании на воздухе до 1200 °C Ti загорается ярким белым пламенем с образованием оксидных фаз переменного состава TiOx. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)2·xH2O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO2. Гидроксид TiO(OH)2·xH2O и диоксид TiO2 амфотерны.

    TiO2 взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na2CO3 или поташом K2CO3 оксид TiO2 образует титанаты:

    При нагревании Ti взаимодействует с галогенами (например, с хлором — при 550 °C). Тетрахлорид титана TiCl4 при обычных условиях — бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется гидролизом TiCl4, содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

    Восстановлением TiCl4 водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl3 и TiCl2 — твёрдые вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br2 и I2.

    С азотом N2 выше 400 °C титан образует нитрид TiNx (x = 0.58—1.00). Титан — единственный элемент, который горит в атмосфере азота.

    При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiCx (x = 0.49—1.00).

    При нагревании Ti поглощает H2 с образованием соединения переменного состава TiHx (x = 2.00—2.98). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H2.

    Титан образует сплавы и интерметаллические соединения со многими металлами.

    Хлорид титана III

    Хлорид титана III

    Хлорид титана III — неорганическое соединение, соль металла титана и соляной кислоты с формулой TiCl3, тёмно-фиолетовые кристаллы, растворяется в воде, медленно окисляется на воздухе, образует кристаллогидрат.

    • Растворение металлического титана в концентрированной горячей соляной кислоте:
    • Растворение хлорида титана II в разбавленной соляной кислоте:
    • Восстановление водородом хлорида титана IV:
    • Восстановление титаном хлорида титана IV:
    • Восстановление электролизом хлорида титана IV:

    Хлорид титана(III) образует тёмно-фиолетовые кристаллы тригональной сингонии, пространственная группа R 3 , параметры ячейки a = 0,6133 нм, c = 1,753 нм, Z = 6.

    Известна β-модификация TiCl3 — кристаллы коричневого цвета.

    Хорошо растворяется в воде с гидролизом по катиону. Растворяется в этаноле, не растворяется в диэтиловом эфире, бензоле.

    С жидким аммиаком образует комплексы состава [Ti(NH3)6]Cl3 и TiCl3•2NH3.

    • Разлагается (диспропорционирует) при нагревании:
    • Реагирует с щелочами в инертной атмосфере:
    • На воздухе реакция идёт иначе:
    • В кислой среде легко окисляется:
    • Восстанавливается атомарным водородом:
    • Восстанавливается металлическим титаном:
    • С хлоридами щелочных металлов образует комплексные соли:
    • Компонент катализатора Циглера — Натта
    • Как реагент в органическом синтезе.
    • Титан (Ti)
    • Борид титана II (TiB2)
    • Бромид титана II (TiBr2)
    • Бромид титана III (TiBr3)
    • Бромид титана IV (TiBr4)
    • Гидрид титана II (TiH2)
    • Гидрид титана IV (TiH4)
    • Гидроксид титана II (Ti(OH)2)
    • Гидроксид титана III (Ti(OH)3)
    • Декасульфид октатитана (Ti8S10)
    • Дигидроксид-оксид титана (TiO (OH)2)
    • Диселенид титана (TiSe2)
    • Дисилицид титана (TiSi2)
    • Дисульфид титана (TiS2)
    • Йодид титана II (TiI2)
    • Йодид титана III (TiI3)
    • Йодид титана IV (TiI4)
    • Карбид титана (TiC)
    • Нитрид титана (TiN)
    • Оксид-сульфат титана (TiOSO4)
    • Оксид титана II (TiO)
    • Оксид титана III (Ti2O3)
    • Оксид титана IV (TiO2)
    • Сульфат титана III (Ti2(SO4)3)
    • Сульфат титана IV (Ti(SO4)2)
    • Сульфид гексатитана (Ti6S)
    • Сульфид дититана (Ti2S)
    • Сульфид титана II (TiS)
    • Сульфид титана III (Ti2S3)
    • Сульфид титана IV (TiS2)
    • Титановая кислота (H4TiO4)
    • Титанорганические соединения
    • Трисульфид дититана (TiS3)
    • Фосфид титана III (TiP)
    • Фторид титана II (TiF2)
    • Фторид титана III (TiF3)
    • Фторид титана IV (TiF4)
    • Хлорид титана II (TiCl2)
    • Хлорид титана III (TiCl3)
    • Хлорид титана IV (TiCl4)

    © 2000-2020 Все права защищены.

    Любое копирование, в т.ч. отдельных частей текстов или изображений, публикация и републикация, перепечатка или любое другое распространение информации, в какой бы форме и каким бы техническим способом оно не осуществлялось, строго запрещается без предварительного письменного согласия со стороны редакции. Во время цитирования информации подписчиками ссылки обязательны. Допускается цитирование материалов сайта без получения предварительного согласия, но в объеме не более одного абзаца и с обязательной прямой, открытой для поисковых систем гиперссылкой на сайт.

    Читайте также: