Prix, occurrence, extraction et utilisation de Titan

Le titane est un élément chimique avec le symbole d'élément Ti et le numéro atomique 22. Il appartient aux métaux de transition et est dans le 4ème sous-groupe (groupe 4) ou groupe titane dans le tableau périodique. Le métal est blanc-métallique, brillant, léger, solide, flexible, résistant à la corrosion et à la température. Il est donc particulièrement adapté aux applications qui nécessitent une résistance élevée à la corrosion, une résistance et un faible poids. En raison du processus de fabrication compliqué, le titane est dix fois plus cher que l'acier conventionnel.

Le titane a été découvert en 1791 en Angleterre par le pasteur et chimiste amateur William Gregor dans le fer de titane. En 1795, le chimiste allemand Heinrich Klaproth l'a également découvert dans le minerai de rutile et a donné à l'élément son nom actuel - basé sur les dieux grecs des titans.

Cependant, ce n'est qu'en 1831 que Justus von Liebig réussit à extraire le titane métallique du minerai. Le titane pur (99,9%) a été produit pour la première fois par Matthew A. Hunter en 1910 en chauffant du tétrachlorure de titane avec du sodium à 700 à 800 ° C dans une bombe en acier.

Ce n'est que dans les années 1940 que William Justin Kroll a réussi à ouvrir le titane à des applications commerciales avec le procédé Kroll en introduisant la réduction à grande échelle du tétrachlorure de titane avec du magnésium.

Occurrence

Le titane se produit dans la croûte terrestre uniquement en relation avec l'oxygène sous forme d'oxyde. Il n'est en aucun cas rare, avec une teneur de 0,565%, il est en 9ème position dans l'abondance des éléments dans la croûte continentale. Habituellement, il n'est disponible qu'en faibles concentrations.

Les minéraux importants sont:

• Ilménite (minerai de fer titanique), FeTiO3
• Leukoxen, une ilménite pauvre en fer
• Pérovskite, CaTiO3
• Rutile, TiO2
• Titanite (Sphène), CaTi [SiO4] O
• Titanates tels que le titanate de baryum (BaTiO3)
• Compagnon dans les minerais de fer.

Les principaux gisements se trouvent en Australie, en Scandinavie, en Amérique du Nord, dans l'Oural et en Malaisie. Des gisements ont été découverts au Paraguay en 2010, mais leur exploitation n'est prévue qu'à ce jour.

Les météorites peuvent contenir du titane. Le titane a également été détecté au soleil et dans des étoiles de la classe spectrale M. Il y a aussi des dépôts sur la lune terrestre. Les échantillons de roches de la mission Apollo 17 sur la lune contenaient jusqu'à 12,1% de TiO₂. Il y a des considérations pour l'extraction d'astéroïdes.

Il est également contenu dans les cendres de charbon, les plantes et le corps humain.

Production de titane en milliers de tonnes

Classement	Transport routier	2003	2004	2005
1	Australie	+1 (300)XNUMX XNUMX	+2 (110)XNUMX XNUMX	+2 (230)XNUMX XNUMX
2	Afrique du Sud	+1 (070)XNUMX XNUMX	+1 (130)XNUMX XNUMX	+1 (130)XNUMX XNUMX
3	Canada	810	870	870
4	Chine	400	840	820
5	Norvège	380	370	420

Récupération 

Le titane pur est à peine présent dans la terre. Le titane est extrait de l'ilménite ou du rutile. Le processus de fabrication utilisé est très complexe, ce qui se reflète dans le prix élevé du titane. En 2008, une tonne d'éponge en titane coûtait en moyenne 12.000 XNUMX euros.

Le processus de fabrication est resté pratiquement inchangé depuis la découverte du procédé Kroll. Généralement à partir d'ilménite ou de rutile, le dioxyde de titane enrichi est converti à la chaleur avec du chlore et du carbone en chlorure de titane (IV) et monoxyde de carbone. Ensuite, la réduction en titane a lieu à l'aide de magnésium liquide. Pour produire des alliages usinables, l'éponge de titane résultante doit être refondue dans un four à arc sous vide.

Le plus grand producteur d'alliages de titane et de titane est VSMPO-AVISMA dont le siège est à Verkhnyaya Salda ou à Ekaterinbourg dans l'Oural, propriété indirecte de l'État russe depuis le 12 septembre 2006 via la holding Rosoboronexport.

Le titane le plus pur est obtenu selon le procédé Van Arkel de Boer.

Propriétés 

Dans l'air, le titane forme une couche de protection oxydante extrêmement résistante qui le rend résistant à la corrosion dans de nombreux milieux. La résistance élevée avec une densité relativement faible est remarquable. Au-dessus d'une température de 400 ° C, les propriétés de résistance diminuent rapidement. Le titane ultrapur est ductile. À des températures plus élevées, il devient très rapidement cassant en raison de l'absorption d'oxygène, d'azote et d'hydrogène. La réactivité élevée du titane avec de nombreux milieux à des températures élevées ou à une pression élevée doit également être prise en compte, si la couche passive ne peut pas faire face à une attaque chimique. Ici, la vitesse de réaction peut augmenter jusqu'au point d'explosion. Dans l'oxygène pur à 25 ° C et 25 bar, le titane brûle complètement à partir d'un bord fraîchement coupé pour former du dioxyde de titane. Malgré la couche de passivation, il réagit avec l'oxygène à des températures supérieures à 880 ° C et avec le chlore à des températures supérieures à 550 ° C. Le titane réagit également ("brûle") avec l'azote pur, ce qui doit être pris en compte lors de l'usinage, par exemple, à cause de la chaleur générée.

Le titane résiste à l'acide sulfurique dilué, à l'acide chlorhydrique, aux solutions contenant du chlorure, à l'acide nitrique froid et à la plupart des acides et bases organiques tels que l'hydroxyde de sodium. En revanche, il se dissout lentement dans l'acide sulfurique concentré, avec formation de sulfate de titane violet. En raison du risque d'explosion, les conditions de fonctionnement doivent être strictement respectées lors de l'utilisation de chlore gazeux.

Les propriétés mécaniques et le comportement corrosif peuvent être considérablement améliorés en ajoutant principalement des alliages mineurs d'aluminium, de vanadium, de manganèse, de molybdène, de palladium, de cuivre, de zirconium et d'étain.

Le titane devient supraconducteur en dessous d'une température de 0,4 K.

En dessous de 880 ° C, le titane est présent dans un empilement hexagonal de sphères le plus proche. Une structure de réseau cubique centrée sur le corps se forme au-dessus de 880 ° C.

des alliages de titane 

Les alliages de titane sont souvent utilisés selon la norme américaine ASTM Alliage 1 à 35 caractérise. Alliage 1 à 4 désignent du titane pur de divers degrés de pureté.

Le titane pur porte le numéro de matériau 3.7034; le matériau économiquement le plus important utilisé (également pour les aubes de turbocompresseur) Ti-6Al-4V (6% aluminium, 4% vanadium, ASTM:Alliage 5) porte les numéros 3.7165 (application industrielle) et 3.7164 (applications aérospatiales).

Autres alliages de titane importants principalement utilisés dans l'industrie aérospatiale:

Le nitinol (nickel-titane) est un alliage dit à mémoire de forme.

Utiliser 

Le titane est principalement utilisé comme composant de micro-alliage pour l'acier. Il confère à l'acier une ténacité, une résistance et une ductilité élevées, même à des concentrations de 0,01 à 0,1% en poids. Dans les aciers inoxydables, le titane empêche la corrosion intergranulaire.

Les alliages à base de titane sont nettement plus chers que les superalliages à environ 45 € / kg. Ils ne sont donc utilisés que pour les exigences les plus élevées:

Applications dans l'eau de mer et les milieux contenant du chlorure

• Pièces d'hélices de navires telles que arbres et contreventements pour applications maritimes
• Pièces intégrées dans les usines de dessalement d'eau de mer
• Composants pour l'évaporation des solutions de chlorure de potassium
• Anodes de transmissions par câble sous-marin HVDC
• Appareil dans les usines de chimie du chlore

Articles de plein air et de sport

• pour vélos de haute qualité en relation avec l'aluminium et le vanadium comme matériau de cadre
• (Plongée) couteaux avec des lames en titane ou en alliage de titane, ainsi que des couverts
• comme piquets de tente (haute résistance malgré le faible poids)
• pour clubs de golf comme tête de club
• avec des raquettes de tennis dans le cadre
• en tir au bâton comme un bâton extrêmement stable avec le bâton de glace
• comme vis à glace particulièrement légère pour l'alpinisme
• comme manche de crosse pour une plus grande force et un poids réduit
• en tant que chef d'entreprise dans la pêche des poissons prédateurs aux dents acérées

Utilisation sous forme de composés

• Fabrication de pierres précieuses artificielles relativement molles
• Les monocristaux saphir dopés au titane servent de milieu actif dans le laser titane-saphir pour des impulsions ultra-courtes de l'ordre de la femtoseconde
• comme tétrachlorure de titane pour la fabrication de miroirs en verre et de brouillard artificiel
• Formation de phases intermétalliques (Ni₃Ti) dans les alliages de nickel à haute température
• alliages supraconducteurs de niobium-titane (par exemple comme câbles supraconducteurs dans les électroaimants de HERA à DESY)
• en pyrotechnie
• Plus de 90% de la production de minerai de titane est principalement transformée en dioxyde de titane en utilisant le chlorure et, dans une moindre mesure, le procédé au sulfate.
• en titane pour le revêtement de plaquettes amovibles et de fraises en technologie de production

Titanium's connections

avec du bore, du carbone ou de l'azote sont utilisés comme matériaux durs. Les composés de titane sont également utilisés pour fabriquer des cermets, des matériaux composites à base de céramique et de métal.

Eléments de construction

• Pièces d'usure dans les systèmes de soudage, contact direct avec la soudure électrique jusqu'à 500 ° C
• Ressorts dans le châssis des véhicules automobiles
• dans les aéronefs et les vaisseaux spatiaux pour les pièces particulièrement sollicitées qui doivent encore être légères (peau extérieure à des vitesses supersoniques, aubes de compresseur et autres pièces de moteur)
• dans les turbines à vapeur pour les aubes les plus chargées de la partie basse pression
• en armure: certains types de sous-marins de l'ex-Union soviétique avaient des coques à pression en alliage de titane (par exemple, classe Mike, classe Alfa, classe Papa ou classe Sierra). De plus, le titane est plus souvent utilisé dans l'aviation militaire que dans l'aviation civile. En conséquence, au plus fort de la production d'armements soviétiques, une grande partie du titane extrait dans le monde a été à la fois produite en Russie et reconstruite.
• en raison de sa faible densité dans la production d'indicateurs de niveau et de flotteurs

Médecine

• En tant que biomatériau pour les implants en technologie médicale et en dentisterie (implants dentaires, environ 200.000 XNUMX pièces par an rien qu'en Allemagne) en raison de sa très bonne résistance à la corrosion contrairement à d'autres métaux. Il n'y a pas de réaction de rejet immunologique (allergie aux implants). Il est également utilisé pour les couronnes dentaires et les ponts dentaires en raison de son coût nettement inférieur à celui des alliages d'or. En orthopédie chirurgicale pour les prothèses métalliques de jambe (prothèses d'articulation de la hanche) et les remplacements de tête fémorale, les remplacements d'articulation du genou après arthrose, il est utilisé en masse. La couche d'oxyde de titane permet aux os de se développer fermement sur l'implant (ostéointégration) et permet ainsi à l'implant artificiel d'être installé en permanence dans le corps humain.
• En chirurgie de l'oreille moyenne, le titane est le matériau de choix pour les prothèses osseuses auditives et les tubes de tympanostomie.
• En neurochirurgie, les clips en titane (pour les opérations d'anévrisme) ont largement remplacé les clips en acier inoxydable en raison de leurs propriétés RMN plus favorables.

électronique

• En 2002, Nokia a lancé le téléphone mobile 8910 et un an plus tard le téléphone mobile 8910i, qui ont un boîtier en titane.
• En avril 2002, Apple Inc. a commercialisé le portable «PowerBook G4 Titanium». De grandes parties du boîtier étaient en titane et la version à écran 15,2 ″ d'une épaisseur de 1 ″ ne pesait que 2,4 kg.
• Certains ordinateurs portables de la série ThinkPad de Lenovo (anciennement IBM) ont un boîtier en plastique renforcé de titane ou un cadre de boîtier en composite titane-magnésium.

Autres applications

• Montures de bijoux, montres et lunettes en titane
• Pièces avec un noyau en titane (par exemple, 200 schillings autrichiens)
• Pompe à sublimation en titane pour générer un vide ultra-poussé
• Galvanoplastie comme cadre de support pour l'oxydation anodique de l'aluminium (ELOXAL)
• Dans le cadre des gilets pare-balles normalisés selon CRISAT

preuve 

TiO²⁺ forme un complexe jaune-orange caractéristique avec le peroxyde d'hydrogène (complexe triaquohydroxooxotitan (IV)), qui convient également à la détection photospectrométrique.

Standardiser

Le titane et les alliages de titane sont normalisés dans:

• DIN 17850, édition: 1990-11 Titanium; composition chimique
• ASTM B 348: Spécification standard pour titane et alliage de titane, barres et billettes
• ASTM B 265: Spécification standard pour titane et alliages de titane, feuilles et plaques
• ASTM F 67: Spécification standard pour le titane non allié, pour les applications d'implants chirurgicaux
• ASTM F 136: Spécification standard pour l'alliage ELI (Extra-interstitiel extra-faible) titane-6Aluminum-4Vanadium forgé pour applications d'implants chirurgicaux
• ASTM B 338: Spécification standard pour tubes en alliage de titane et titane sans soudure et soudés pour condenseurs et échangeurs de chaleur
• ASTM B 337: Spécification pour les tuyaux en alliage de titane et de titane sans soudure et soudés

Sicherheitshinweise

Le titane est inflammable sous forme de poudre et de manière compacte sans danger. La plupart des sels de titane sont considérés comme inoffensifs. Les composés incohérents tels que le trichlorure de titane sont très corrosifs car ils forment de l'acide chlorhydrique avec des traces d'eau.

Le tétrachlorure de titane est utilisé dans les bougies fumigènes et les grenades fumigènes; il réagit avec l'humidité et forme une fumée blanche à partir du dioxyde de titane, ainsi que du brouillard d'acide chlorhydrique.

Les inconvénients biologiques du titane dans le corps humain sont actuellement inconnus. Ainsi, les articulations de la hanche ou les implants de la mâchoire en titane, contrairement au nickel, ne provoquaient aucune allergie.

Liens

Alors que le titane métallique n'est réservé qu'aux applications techniques exigeantes en raison de ses coûts de fabrication élevés, le dioxyde de titane, un pigment de couleur relativement peu coûteux et non toxique, est devenu un compagnon de la vie quotidienne. Aujourd'hui, pratiquement tous les plastiques et peintures blancs, y compris les colorants alimentaires, contiennent du dioxyde de titane (on le trouve dans les aliments sous le nom de E 171). Mais les composés de titane sont également utilisés dans l'électrotechnique et la technologie des matériaux et, plus récemment, dans la fabrication de batteries hautes performances pour la propulsion des véhicules (batteries au titanate de lithium).

• Titanate de baryum, BaTiO₃
• titanate de lithium
• Titane (III) chlorure, TiCl₃
• Borure de titane, TiB
• Carbure de titane, TiC
• Nitrure de titane, TiN
• Titane (IV) chlorure, TiCl₄
• Oxyde de titane (II) TiO
• Oxyde de titane (III) Ti₂O₃
• Oxyde de titane (IV) (blanc de titane), TiO₂
• Suboxydes de titane avec une composition de TiO à Ti₂O
• Titane (IV) oxyde sulfate (titanyl sulfate), TiOSO₄
• ferrotitanium
• Nitinol, un métal à mémoire
• Titure d'hydrure, TiH₂

Général
Nom, symbole, numéro atomique	Titane, Ti, 22
La Gamme	Les métaux de transition
Groupe, période, bloc	4, 4, j
Apparence	argent métallique
numéro CAS	7440-32-6
Fraction de masse de la coquille de terre	0,41%
nucléaire
masse atomique	47,867 unités
Rayon atomique (calculé)	140 (176) après-midi
Rayon covalent	160 pm
configuration électronique	[Ar] 3d2 4s2
fonction de travail	4,33 eV
1. ionisation	658,8 kJ / mol
2. ionisation	1309,8 kJ / mol
3. ionisation	2652,5 kJ / mol
4. ionisation	4174,6 kJ / mol
physiquement
L'état physique	fest
la structure cristalline	hexagonale (jusqu'à 882 ° C, ci-dessus court)
densité	4,50 g / cm3 (25 ° C)
dureté Mohs	6
magnétisme	paramagnétique ( = 1,8 10-4)
point de fusion	1941 K (1668 ° C)
point d'ébullition	3560 K (3287 ° C)
Volume molaire	10,64 · 10-6 m3/ mol
Chaleur de vaporisation	425 kJ / mol
la chaleur de fusion	18,7 kJ / mol
vitesse du son	4140 m / s à 293,15 K
Capacité thermique spécifique	523 J / (kg K)
Conductivité électrique	2,5 · 106 A / (V · m)
conductivité thermique	22 W / (m K)
Mécanique
Modulus	105 GPa (= 105 kN / mm2)
Poisson	0,34
Chimique
états d'oxydation	+ 2, + 3, +4
Oxydes (basicité)	TiO2 (Amphotère)
potentiel normal	−0,86 V (TiO2+ + 2 H.+ + 4 e- → Ti + H2O)
électronégativité	1,54 (échelle de Pauling)
isotope
isotope NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 44Ti {Syn.} 49 un ε 0,268 44Sc 45Ti {Syn.} 184,8 minutes ε 2,062 45Sc 46Ti 8,0% stable 47Ti 7,3% stable 48Ti 73,8 % stable 49Ti 5,5% stable 50Ti 5,4% stable 51Ti {Syn.} 5,76 minutes β- 2,471 51V 52Ti {Syn.} 1,7 minutes β- 1,973 52V
propriétés RMN
Spin γ dans rad * T-1· s-1 Er(1H) fL à 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
Sicherheitshinweise
poudre d'étiquetage SGH substances dangereuses

Phrases H et P de danger H: 250EUH: pas de taux EUHP: 222-231- 422 Etiquetage des substances dangereuses (poudre)Poudre

léger inflammable	agréable
(F)	(Xi)

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

Prix ​​titan

Prix ​​Titan -> Prix des métaux stratégiques