Титан

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

ВСТУП

Ймовірно, майже про кожного із107 відомих нині елементів написані наукові монографії. Не раз робилися спроби розповісти про всі елементів відразу, але в цьому рефераті розказано про метал майбутнього - титан.

До 1795 р. елемент № 22 називався "менакін". Так назвав його в 1791 р. англійський хімік і мінеролог Вільям Грегор, відкрив новий елемент у мінералі менаканіте.

Через чотири роки після відкриття Грегора німецький хімік Мартін Клапрот виявив новий хімічний елемент в іншому мінералі - рутил - і на честь цариці ельфів Титанії, (германська міфологія) назвав його титаном.

За іншою версією назва елемента походить від титанів, могутніх синівської богині землі _ Геї (грецька міфологія).

У 1797 р. з'ясувалося, що Грегор і Клапрот відкрили один і той же елемент, і хоча Грегор зробив це раніше, за новим елементом утвердилося ім'я, дане йому Клапротом.

Але ні Грегору, ні Клапрота не вдалося отримати елементарний титан. Виділений ними білий кристалічний порошок був двуокісьютітана ТiO2. Відновити цей оксид, виділити з нього чистий метал довгий час не вдавалося нікому з хіміків.

У 1823 р. англійський вчений У. Волластон повідомив, що кристали, виявлені ним у металургійних шлаках заводу "Мортир - Тідвіль", - не що інше, як чистий титан. А через 33 роки відомий німецький хімік Ф. Велер довів, що і ці кристали були знову - таки з'єднанням титану, на цей раз - металоподібних карбонитридов.

Багато років вважалося, що металевий титан вперше був отриманий Берцелиусом в 1825 р. при відновленні фтортітана калію металевим натрієм. Однак сьогодні, порівнюючи властивості титану та продукту, отриманого Берцелиусом, можна стверджувати, що президент Шведської академії наук помилявся, бо чистий титан швидко розчиняється в плавикової кислоті (на відміну від багатьох інших кислот), а металевий титан Берцеліуса успішно опирався її дії.

У дійсності титан був вперше отриманий лише в 1875 р. російським вченим Д.К. Кириловим. Результати цієї роботи опубліковані в його брошурі "Дослідження над титаном". Але робота маловідомого російського вченого залишилася непоміченою. Ще через 12 років досить чистий продукт - близько 95% титану - отримали співвітчизники Берцеліуса, відомі хіміки Л. Нільсон і О. Петерсон, восстанавливавшие чотирихлористий титан металевим натрієм в сталевій геометричній бомбу.

У 1895 р. французький хімік А. Муассан, відновлюючи двоокис титану вуглецем в дуговій печі і піддаючи отриманий матеріал дворазовому рафінування, отримав титан, який містив лише 2% домішок, в основному вуглецю. Нарешті в 1910 р. американський хімік М. Хантер, вдосконаливши спосіб Нільсона і Петерсона, зумів отримати кілька грамів титану чистої близько 99%. Саме тому в більшості книг пріоритет отримання металевого титану приписується Хантеру, а не Кирилову, Нільсон або Муассану.

Проте ні Хантер, ні його сучасники не передбачали титану великого майбутнього. Всього кілька десятих відсотка домішок містилося в металі, але ці домішки робили титан крихким, неміцним, непридатним до механічної обробки. Тому деякі сполуки титану знайшли застосування раніше, ніж сам метал. Чотирихлористий титан наприклад, широко використовували в першу світову війну для створення димових завіс.

ПРОФЕСІЯ ДВООКИСУ

У 1908 р. в США і Норвегії почалося виготовлення білила не з з'єднань свинцю і цинку, як робилося раніше, а з двоокису титану. Такими білилами можна забарвити в кілька разів більшу поверхню, ніж тим же кількістю свинцевих або цинкових білил. До того ж у титанових білил більше відбивна здатність, вони не отруйні і не темніють під дією сероводорода.В медичній літературі описаний випадок. Коли людина за один раз "прийняв" 460 г двоокису титану! (Цікаво, з чим він його сплутав) «Аматор» двоокису титану не випробував при цьому ніяких хворобливих відчуттів. Двоокис титану входить до складу деяких медичних препаратів зокрема мазей проти шкірних захворювань.

Однак не медицина, а лакофарбова промисловість споживає найбільшу кількість TiO2.Міровое виробництво цього з'єднання набагато перевищила півмільйона тонн на рік. Емалі на основі двоокису титану широко використовують у якості захисних і декоративних покриттів по металу і дереву в суднобудуванні, будівництві та машинобудуванні. Термін служби споруд і деталей при цьому значно підвищується. Титановими білилами забарвлюють тканини, шкіру та інші матеріали.

Двоокис титану входить до складу порцелянових мас, тугоплавкий стекол, керамічних матеріалів з високою діелектричною проникністю. Як наповнювач, що підвищує міцність і термостійкість, її вводять у гумові суміші. Проте всі переваги сполук титану здаються не суттєвими на тлі унікальних властивостей металевого титану.

Елементарного титану

В1925 р. голландські вчені ван Аркель і де Бур іодідним способом (про нього - нижче) отримали титан високого ступеня чистоти - 99,9%. На відміну від титану, отриманого Хантером, він мав пластичністю: його можна було кувати на холоді, випускати в листи, стрічку, дріт і навіть в найтоншу фольгу. Але навіть не це головне. Дослідження фізико-хімічних властивостей металевого титану призводило до майже фантастичним результатами. Виявилося, наприклад, що титан, будучи майже вдвічі легше заліза (щільність титану 4,5 г/см3), за міцністю перевершує багато сталі. Порівняння з алюмінієм виявилося теж на користь титану: титан лише у півтора рази важче алюмінію, але зате в шість разів міцніше і, що особливо важливо, він зберігає свою міцність при температурах до 500 С (а при добавки легуючих елементів елементів - до 650 С) , вто час як міцність алюмінієвих і магнієвих сплавів різко падає вже при 300С.

Титан має і значною твердістю: він у 12 разів твердіше алюмінію, у 4 рази - заліза і міді. Ще одна важлива характеристика металу - межа текучості. Чим він вищий, тим краще деталі з цього металу пручаються експлуатаційним навантаженням, тим довше вони зберігають свої форми та розміри. Межа текучості в титану майже в 18 разів вище, ніж в алюмінію.

На відміну від більшості металів титан володіє значним електроопору: якщо електропровідність срібла прийняти за 100, то електропровідність міді дорівнює 94, алюмінію - 60, заліза і платини - 15, а титану - всього 3,8. Навряд чи потрібно пояснювати, що це властивість, як і немагнитность титану, представляє інтерес для радіоелектроніки й електротехніки.

Чудова стійкість титану проти корозії. На пластинці з цього металу за 10 років перебування в морській воді не з'явилося і слідів корозії. За такий термін від залізної пластинки залишилися б одні спогади. Оетому не випадковий інтерес до титану авіаконструкторів, суднобудівників і гідробудівників.

В кінці 1968 р. піднявся в повітря перший в світі надзвуковий пасажирський лайнер Ту-144. Рулі повороту, елерони і деякі інші деталі цього гігантського літака, що нагріваються під час польоту до високої температури, виконані з титану.

ЯК ОТРИМУЮТЬ ТИТАН

Ціна - ось що сьогодні ще гальмує виробництво і споживання титану. Власне, висока вартість - не уроджений порок титану. У земній корі його багато - 0,63%. Дорога ціна - наслідок надзвичайної складності витяг титану з руд. Якщо прийняти вартість титану в концентраті за одиницю, то вартість готової продукції - титанового аркуша в сотні разів більше. Пояснюється це високим спорідненістю титану багатьом елементам і міцністю хімічних зв'язків в його природних з'єднаннях. Звідси - труднощі технології. Ось як виглядає магниетермический спосіб виробництва титану, розроблений в 1940 р. американським вченим У. Кролем.

Двоокис титану за допомогою хлору (у присутності вуглецю) переводять у чотирихлористий титан:

TiO2 + C +2 Cl2 = TiCl4 + CO2

Процес йде на трудомісткість і енергоємність виробництво титану, воно вже зараз стає однією з найважливіших галузей металургії. Якщо в 1947 р. в США було отримано всього 2 т цього металу, то через 15 років - більше 350 тис. т. А в 1975 р. споживання титану в злитках склало в США понад 12 млн. т.

Здається, ще недавно титан називали рідкісним металом - сечас він найважливіший конструкційний матеріал. Пояснюється це тільки одним: рідкісним в шахтних електропечах при 800 - 1250 С. Інший варіант - хлорування в розплаві солей лужних металів NaCl і KCl.

Наступна операція (в однаковій мірі важлива і трудомістка) - очищення TiCl4 від домішок - проводиться різними способами і речовинами. Чотирихлористий титан у звичайних умовах являє собою рідину з температурою кипіння 136 С.

Розірвати зв'язок титану з хлором легше, ніж з киснем. Це можна зробити за допомогою магнію по реакції:

TiCl4 +2 Mg = Ti +2 MgCl2.

Ця реакція йде в сталевих реакторах при 900 С. У результаті утворюється так звана титанова губка, магнієм і хлоридом магнію. Їх випаровують в герметичному вакуумному апараті при 950 С, а титанову губку потім спікають або переплавляють в компактний метал.

Натріетерміческій метод отримання металевого титану в принципі мало чим відрізняється від магниетермический. Ці два методи найбільш широко застосовуються в промисловості.

Для отримання більш чистого титану і понині використовується іодідним метод, запропонований ван Аркелем і де Буром. Металотермічним губчастий титан перетворюють на йодид TiI4, який потім виганяє у вакуумі. На своєму шляху пари иодида титану зустрічають розпечену до 1400 З титанову дріт. При цьому йодид розкладається, і на дроті наростає шар чистого титану. Цей метод виробництва титану малопроизводителен і доріг, тому в промисловості він застосовується вкрай обмежено.

Незважаючи поєднанням корисних властивостей елементу № 22. І, природно, потребами техніки.

ТИТАН ПРАЦЮЄ

Роль титану як конструкційного матеріалу, основи високоміцних сплавів для авіації, суднобудування і ракетної техніки, швидко зростає. Саме в сплави йде велика частина виплавленого в світі титану. Широко відомий сплав для авіаційної промисловості, що складається з 90% титану, 6% алюмінію і 4% ванадію. У 1976 р. в американській пресі з'явилися повідомлення про новий сплаві того ж призначення: 85% титану, 10% ванадію, 3% алюмінію і 2% заліза. Стверджують, що цей сплав не тільки краще, але і економічніше.

А взагалі у титанові сплави входять дуже багато елементів, аж до платини і паладію. Останні (в кількості 0,1 - 0,2%) підвищують і без того високу хімічну стійкість титанових сплавів.

Міцність титану підвищують і такі «легуючі добавки», як азот і кисень. Але разом з міцністю вони підвищують твердість і, головне, крихкість титану, тому їх зміст найсуворіші регламентуються: в сплав допускаються не більше 0.15% кисню і 0,05% азоту.

Незважаючи що титан доріг, заміна їм більш дешевих матеріалів у багатьох випадках виявляється економічно вигідною. Ось характерний приклад. Корпус хімічного апарату, виготовлений з нержавіючої сталі, коштує 150 рублів, а з титанового сплаву - 600 рублів. Але при цьому сталевий реактор служить лише 6 місяців, а титановий - 10 років. Додайте витрати на заміну сталевих реакторів, вимушені простої устаткування - і стане очевидно, що застосовувати дорогий титан буває вигідніше, ніж сталь.

Значні кількості титану використовує металургія. Існують сотні марок сталей та інших сплавів, до складу яких титан входить як легіруюча добавка. Його вводять для поліпшення структури металів, збільшення міцності і корозійної стійкості.

Деякі ядерні реакції повинні відбуватися в майже абсолютної порожнечі. Ртутними насосами розрідження може бути доведено до кількох мільярдних часток атмосфери. Але цього не достатньо, а ртутні насоси на більше не здатні. Подальша відкачування повітря здійснюється вже особливими титановими насосами. Крім того, для досягнення ще більшого розрідження по внутрішній поверхні камери, де протікають реакції, розпилюють мелкодісперсний титан.

Титан часто називають металом майбутнього. Факти, якими вже зараз мають наука і техніка, переконують, що це не зовсім так - титан вже став металом сьогодення.

Усе пізнається в порівнянні ...

Лише три технічно важливих металу - алюміній, залізо та магній - розповсюджені у природі більше, ніж титан. Кількість титану у земній корі в декілька разів перевищує запаси міді, цинку, свинцю золота, срібла, платини, хрому, вольфраму, ртуті, молібдену, вісмуту, сурми, нікелю та олова, разом узятих.

МІНЕРАЛИ ТИТАНУ.

Відомо близько 70 мінералів титану, в яких він перебуває у вигляді двоокису і солей титанової кислоти. Найбільше практичне значення мають ільменіт, рутил, перовськит і сфен.

Ільменіт - метатітанат заліза FeTiO3 - містить 52,65% TiO2. Назва цього мінералу пов'язана з тим, що він був знайдений на Уралі в Ільменських горах. Найбільші розсипи ільменітових пісків є в Індії. Інший найважливіший матеріал - рутил є двоокис титану. Промислове значення мають також титаномагнетиту - природна суміш ільменіту з мінералами заліза. Багаті родовища титанових руд є в Росії, США, Індії Норвегії, Канаді, Австралії та інших країнах.

Не так давно геологи в Північному Прибайкалля новий титаномісткого мінерал, який був названий ландауітом на честь радянського фізика Л. Д. Ландау.

Усього на земній кулі відомо понад 150 значних рудних і розсипних родовищ титану.

У живих організмах

У людському організмі міститься до 20 мг титану. Найбільше титану в селезінці, надниркових і щитовидної залозі.

У цих органах вміст елемента № 22 з віком не змінюється, але в легенях за 65 років життя вона зростає більш ніж у 100 разів.

З представників флори багата титаном водорість кладофора: вміст у ній цього елемента перевищує 0,03%.

... І НА СОНЦЕ

спектральним аналізом титан виявлений на Сонце і в складі деяких зоряних атмосфер, де він, до речі, переважає над більшістю елементів. Але якщо на землі титан існує головним чином у вигляді двоокису TiO2, то в космосі, очевидно, у вигляді моноокиси TiO.

П'єзоелектрики

Титанат барію, будучи наелектризоване, проявляє високі п'єзоелектричні властивості, тобто може перетворювати механічну енергію стиснення або розширення кристала в електричну. П'єзокристали титанату барію за багатьма характеристиками перевершують такі поширені п'єзоелектрики, як кварц і сегнетова сіль.

Надзвичайні властивості

Розроблено матеріали, які будучи сильно деформованими на холоді, при нагріванні знову приймають первісну форму. Один з таких «пам'ятливим» матеріалів являє собою интерметаллические сполуки титану та нікелю, що відрізняється високою міцністю., Пластичністю і корозійною стійкістю.

Дроті з цього матеріалу можна надати форму радіоантени і стиснути її в невеликий куля. Після нагрівання цей шарснова перетвориться на антену.

ТИТАН, РАКЕТИ І ГАЗИ

Титан використовується для виробництва балонів, в яких гази можуть зберігатися тривалий час під великим тиском. В американських ракетах типу «Атлас» сферичні резервуари для зберігання стиснутого гелію зроблені з титану.

З титанових сплавів виготовляють баки для рідкого кисню, що застосовується в ракетних двигунах.

ТИТАН І МАРС

На Усть-Каменогорському титаномагнієвому комбінаті для управління технологічними процесами вперше в цій галузі були застосовані лічильно-вирішальні машини «Марс». З їх допомогою регулюють температуру, тиск та інші параметри технологічного процесу одержання титанової губки.

ЕКСКУРСІЯ НА КОМБІНАТ

Титано-магнієвий комбінат - величезні промислові підприємства, де кожен цех представляє собою майже цілий самостійний завод. «Народженню» титану передує кілька стадій, так званих меж, кожен з яких - певний технологічний етап.

Відновлювальна плавка ільменітового концентрату - перша стадія переробки сировини на комбінаті. У звичайні електродуговій печі, що представляють собою ванни з вогнетривкої цегли з опущеними майже до самого дна графітовими електродами, завантажують шихту. Вона складається з ільменітового концентрату та спеціального вуглецевого відновника - коксу, антрациту та інших вуглецевих речовин з найменшою кількістю золи і сірки. У результаті плавки одержують багаті титаном шлаки і звичайний чавун. Присутність у чавуні титану діє благотворно на чорний метал, тому при виробництві чавуну і сталі титан до них нерідко додають спеціально. Тут же титан переходить у чавун безпосередньо з ільменітового концентрату.

Входить до складу ільменіту окис заліза відновлюється до металу, який опускається на дно ванни і, насичуючись вуглецем, перетворюється на чавун. Щоб відокремити титанові шлаки від чавуну, рідкої масі дають відстоятися. Титанові шлаки спливають, а важчий чавун осідає на дно. Основу шлаку складає двоокис титану, але вона забруднена домішками сполук заліза, кремнію, кальцію.

Остиглий шлак є порошок, в якому чітко видно дрібні лусочки. У титановий шлак додають нафтовий кокс. Як сполучна речовина застосовують кам'яновугільні пік або смолу. З отриманої маси, званої шихтою, пресують брикети. Їх висушують, потім у спеціальних печах, куди не проникає повітря, при температурі 700 - 900С спікають. У результаті відбувається процес коксування, пори в брикетах збільшуються. Тепер вже можна подавати брикети в шахтну піч.

Піч для хлорування - це сталевий циліндр, викладений зсередини шаром особливо стійкого цегли. У циліндр через завантажувальний пристрій зверху потрапляють брикети шихти, за допомогою електронагрівальних елементів доводять їх температуру до 800 - 850С. хлор подають знизу. Піч герметично закрита і працює безперервно. Процеси хлорування йдуть у нижньому, нагрітому шарі шихти. У міру витрачання брикетів додають нові, причому завантажують їх так, що герметичність печі не порушується.

ТРУДНОЩІ ОБРОБКИ

Приємно вважати, що титан піддається механічній обробці подібно нержавіючим сталям. Це означає, що обробляти титан в 4-5 разів важче, ніж звичайну сталь, але це все ж не становить нерозв'язною проблеми.

Основні проблеми при обробки титану - це велика схильність його до налипання і задиранням, низька теплопровідність, а також та обставина, що практично всі метали і вогнетривкі розчиняються в титані, в результаті чого є сплав титану і твердого матеріалу різального інструменту. Така обробка викликає швидкий знос різця.

Для зменшення налипання й задиранням і для відводу великої кількості тепла, яке виділяється при різанні, застосовують охолоджуючі рідини. Точіння заготівлі виробляють спомощью різців з твердих сплавів причому швидкість обробки, як правило, нижче, ніж при точінні нержавіючої сталі.

Якщо необхідно розрізати аркуші з титану, то цю операцію здійснюють на гільйотинних ножицях. Сортовий прокат великих діаметрів ріжуть механічними пилками, пріменяяножовочние полотна з великим зубом. Менш товсті прутки розрізають на токарних верстатах.

При фрезеруванні титан залишається вірним собі і налипає на зуби фрези. Фрези теж виготовляють з твердих сплавів, а для охолодження застосовують мастила, що відрізняються великою в'язкістю.

При свердлінні титану основну увагу звертають на те, щоб стружка не накопичувалась у відвідних канавках, так як це швидко пошкоджує свердло. Як матеріал для свердління титану застосовують швидкорізальної сталь.

При використанні титану як конструкційного матеріалу титанові деталі з'єднують один з одним і з деталями з інших матеріалів різними методами.

Основний метод - зварювання. Найперші спроби зварити тітанбилі невдалими, що пояснювалося взаємодією розплавленого металу з киснем, азотом і воднем повітря, зростанням зерна при нагріванні, змінами в мікроструктурі та іншими чинниками, що приводяться до крихкості шва. Однак всі ці проблеми, які раніше здавалися нерозв'язними, були вирішені в найкоротші терміни в наші дні зварювання титану - звичайна промислова технологія.

Але, хоча проблеми вирішені, зварювання титану не стала простою і легкою. Основна її складність і складність полягає у необхідності постійного та неухильного запобігання зварного шва від забруднення домішками. Тому при зварюванні титану використовують не тільки інертний газ високої чистоти і спеціальні безкисневі флюси, а й різноманітні захисні козирки, прокладки, які захищають остигаючі.

Щоб максимально знизити зростання зерна і зменшити зміни в мікроструктурі, зварювання ведуть з великою швидкістю. Майже всі види зварювання роблять в звичайних умовах, застосовуючи спеціальні заходи для захисту нагрітого металу від зіткнення з повітрям.

Але світова практика знає і зварювання в контрольованій атмосфері. Такий захист зварного шва зазвичай необхідна при виконанні особливо відповідальних робіт, коли потрібно стовідсоткова гарантія того, що зварний шов не буде забруднений. Якщо зварювані частини не великі, зварювання ведуть у спеціальній камері, заповненій інертним газом. Зварювальник добре бачить все, що йому потрібно через спеціальне вікно.

Коли ж зварюють великі деталі і вузли, контрольовану атмосферу створюють у спеціальних містких герметичних приміщеннях, де зварники працюють, застосовуючи індивідуальні системи життєзабезпечення. Зрозуміло, ці роботи ведуть зварювальники найвищої кваліфікації, але і звичайну зварювання титану повинні проводити тільки спеціально навчені цій справі люди.

У тих випадках, коли зварювання не можлива або просто не доцільна, вдаються до пайки. Пайка титану ускладнюється тим, що він при високих температурах хімічно активний і дуже міцно пов'язаний з покриває його поверхню - окисной плівкою. Переважна більшість металів непридатне для використання в якості припоїв при пайку титану, так як виходять крихкі з'єднання. Тільки чисті срібло і алюміній підходять для цієї мети.

З'єднувати титан з титаном, а також з іншими металами можна і механічно - клепкою або за допомогою болтів. При використанні титанових заклепок час клепки збільшується майже вдвічі в порівнянні із застосуванням високоміцних алюмінієвих деталей, а гайки й болти з нового промислового металу неодмінно покривають шаром срібла або синтетичного матеріалу тефлону, інакше при закручуванні гайки титан буде, як це йому незмінно властиве, налипає і задиратися і різьбове з'єднання не зможе витримати великих напруг.

Схильність до налипання і задиранням, обумовлена ​​високим коефіцієнтом тертя, - дуже серйозний недолік титану. Це призводить до того, що титанові сплави швидко зношуються і їх не можна використовувати для виготовлення деталей, що працюють в умовах тертя ковзання. При ковзанні по будь-якому металу титан налипає на його поверхню, і деталь в'язне, схоплена липким шаром титану.

Втім, говорити, що титанові сплави не можна застосовувати при виготовленні деталей, що труться, невірно. Існує чимало способів, зміцнюючих поверхню титану й усувають схильність до налипання. Один з них - азотування.

Процес полягає в тому, що деталі, нагріті до 850-950 градусів, витримують в чистому газоподібному азоті більше доби. На поверхні металу утворюється золотисто-жовта плівка нітриду титану великий мікротвердості. Зносостійкість титанових деталей підвищується в багато разів і не поступається виробам із спеціальних поверхнево зміцнених сталей.

Інший поширений метод усунення схильності титану до задиранням - оксидування. При цьому в результаті нагрівання на поверхні деталей утворюється окисна плівка. При низькотемпературному оксидуванні вільний доступ повітря до металу утруднений і окисна плівка виходить щільною, добре пов'язаної з основною товщею титану.

Високотемпературне оксидування полягає в тому, що протягом 5-6 годин деталі витримують на повітрі нагрітими до 850 градусів, а потім різко охолоджують у воді, щоб видалити з поверхні пухку окалину. У результаті оксидування опір зносу зростає в 15-100 разів.

СОЮЗНИК МЕТАЛУРГІВ

Коли чуєш або читаєш слова «металургія», «металург», уявляєш собі пашать жаром печі, розпечений потік металу, бачиш ревуче полум'я. Але металург буває зовсім іншою.

Нерідко руди обробляють розчинами кислот, в результаті чого метал у вигляді солей переходять із сировини в розчин. Нерозчинний осад складається з порожньої породи і при фільтрації легко відділяється від розчинних солей, з яких потім беруть в облогу метал. Водні розчини сполук металів можна піддавати електролізу і тоді на катоді нарощується шар необхідного металу. При цих та деяких інших процесах широко користуються також методами відстоювання, випарювання, екстракції, іонного обміну, при яких розбавлені кислоти стають більш концентрованими та інтенсивно діють на матеріали технічного обладнання.

Металургійні процеси, засновані на основі рідин, називають гідрометалургійними - від грецького слова, що означає воду. Набагато більш звичні для нас методи, при яких потрібні високі температури, нагрівання, полум'я, називають пирометаллургическими - від іншого грецького слова, що означає вогонь. Так ось, при проведенні цілого ряду гідрометалургійних процесів вкрай необхідний такий коррозионностойкий, надійний і довговічний метал, як титан.

Тому його і використовують на багатьох переділах виробництво кольорових металів. На одних - більше, на інших - менше, але рівень його застосування постійно зростає, і нині кольорова металургія - найбільший споживач титану серед усіх галузей народного господарства країни.

Першими стали широко застосовувати титанове обладнання підприємства нікель-кобальтової промисловості, що дозволило заощаджувати багато мільйонів рублів, давати високоякісну продукцію. Завдяки розробці і освоєнню цілого комплексу надійних технологічних апаратів з титану на комбінаті «Северонікель» вперше у практиці виробництва кольорових металів вдалося здійснити комплексну автоматизацію технологічних процесів.

Нікель-кобальтові підприємства використовують фільтрувальне обладнання, екстрактори, випарні апарати, вентилятори, автоклави, теплообмінники, хлорні ежектори - всього понад 200 найменувань виробів, виготовлених з титану. Це дає відчутний техніко-економічний ефект.

Титанові матриці для осадження нікелю в 3 рази легше і в 15 разів довговічніші сталевих. Завдяки їх використанню в 10 разів знизився відсоток браку. У результаті заміни насосів з кислотоупорного лиття титановими щорічна економія на комбінаті «Северонікель» становить понад 700 тисяч рублів.

Використовувані при виробництві титану і магнію титанові насоси дають умовно річний ефект по кожному агрегату від 900 до 1800 рублів. Термін їх служби при перекачуванні розчинів хлористих солей, натрію, калію, магнію, слабкою соляної кислоти в 15-20 разів вище, ніж чавунних або виготовлених з кислототривких сталей. Втрати рідини знижуються в 2,5 рази.

Найбільш ефективними виявилося обладнання з нового промислового металу на переділах хлорування титанових шлаків і при уловлюванні пилу і газів. Під впливом іонів хлору як вуглецеві, так і нержавіючі стали інтенсивно руйнуються, піддаються виразкової та точкової корозії. Титанові сплави незрівнянно більш стійкі і обладнанні, виготовлене з них, служить набагато довше. Титанові ємності в цехах хлорування працюють по 3-4 роки, тоді як сталеві виходять з ладу вже через 2 місяці.

При відсмоктуванні газів, що відходять титано-магнієвого виробництва титанові вентилятори експлуатуються 5 років, сталеві - не більше 1-2 місяців, термін служби газоходів з титану в 20, в 30 разів перевищує термін служби сталевих!

У 1969 році на Березниківському титано-магнієвому комбінаті була пущена 120-метрова витяжна труба. Труба кактруба - для викиду виробничих газів, зовні нічого особливо собою не представляє. І хіба мало заводських труб! Але Березниківського балу особливою: вперше у світовій практиці вона була виготовлена ​​з титану. Нині вона вже не єдина у світі: точно така ж труба зведено й на Запорізькому титано-магнієвому комбінаті. Плануються побудувати ще кілька титанових титанових труб на різних заводах країни.

Успішно використовують титан в титановій промисловості і за кордоном. Американська фірма ТМКА повідомляє, що титановий агрегат для вилуговування магнію та хлористого магнію з титанової губки (в США губку очищають не нагріванні у вакуумі, а промиванням «царською горілкою») замінив більше десятка колишніх малопродуктивних апаратів і приносить щорічний дохід у 370 тисяч доларів.

При отриманні магнієвих сплавів використовують стійкі в розплавленому магнії титанові мішалки і тиглі. З титану виготовляють також лопати перемішують на вапняних газоотчістках.

Титан виявився найбільш підходящим матеріалом для виготовлення матриць, застосовуваних при електролітичному осадженні міді. Впровадження титанових матриць на ряді підприємств країни набагато полегшило працю робітників-сдірщіков, на 30 відсотків підвищило продуктивність праці. Термін служби матриць збільшився в 3 рази.

З титанового барабан-катода знімають набагато більш високоякісну мідну фольгу, тоді як при використанні катода з нержавіючої сталі відсоток браку великий, фольга виходить шорсткою.

Досить ефективними виявляються титанові пристосування для очистки та подачі відхідних газів агломашин, плавильних і випалювальних печей у виробництві свинцю та цинку, а також деталі реакторів, згущувачів, змійовиків і багато чого іншого обладнання з нового промислового матеріалу. Титан знаходить застосування при виробництві вольфраму і молібдену, сурми ртуті, цирконію, рідкісноземельних і дорогоцінних металів.

При обробки кольорових меіаллов використовують титанові травильні ванни, деталі очисних споруд, установок переробки розчину, ємності, що набагато підвищує термін служби устаткування. На одному з з уральських заводів з титану виготовляють кліщі, якими захоплюють гарячі прокочується і пресовані металеві заготовки. Маса ручного інструменту зменшилася вдвічі.

Допоміжне обладнання з титану використовують на деяких підприємствах чорної металургії нашої країни. Завдяки високій корозійної стійкості в сірчистих газах новий конструкційний матеріал забезпечує надійну роботу електрофільтрів, застосовуваних в коксохімічному і феросплавному виробництвах, підвищує довговічність газоочисних споруд доменних, мартенівських, конверторних і агломераційних цехів.

Більше 10 років працюють на Запорізькому коксохімічному заводі титанові нутч-фільтри, розчинники, кристалізатора, трубопроводи та інше обладнання ділянки роданистого натрію. Крім того, завдяки їх застосуванню вдалося уникнути в кінцевому продукті домішок заліза, важких металів, які за технічними умовами неприпустимі і від яких перш неможливо було позбутися.

Випробування, проведені на заводі «Запоріжсталь» Інститутом титану, показали, що, якщо використовувати для зливу відпрацьованих травильних розчинів трубопроводи з нового металу, їх термін служби буде вимірюватися десятками років. нині існують ланки, виготовлені з вуглецевої сталі і захищені гумою, служать півтора, максимум три місяці. Ось чому підприємство вирішило придбати півкілометра титанових труб для заміни ними сталевих.

Дуже перспективно облицьовувати титаном ванни, які використовуються на багатьох металургійних, сталедротово-канатних, метизних заводів для травлення заготовок у кислотах з метою видалення окалини з поверхні. Оскільки травильні розчини забруднені частками заліза та його сполук, а також містять спеціальні сольові добавки (що сприяє уповільненню корозії), стійкість титану в них набагато вище, ніж у звичайних розчинів кислот - без добавок і домішок, завдяки чому титанові травильні ванни служать десятки років, тоді як звичайні виходять з ладу набагато раніше.

ЩОБ СТАЛО БІЛЬШЕ ПАПЕРИ

Наша країна - сама читаюча країна у світі. Мільйонними тиражами друкуються газети і журнали, більше, ніж у будь-якій державі, і тим не менш далеко не завжди вдається придбати потрібну літературу, виписати те чи інше видання ... одна з основних причин такого становища - недолік паперу.

Щоб забезпечити нашу країну папером, робиться багато: будуються нові целюлозно-паперові комбінати і лісопромислові комплекси, переобладнуються існуючі. Підприємства оснащуються новим високопродуктивним обладнанням. Однак при виробництві паперу дуже гостро стоїть проблема корозійного захисту, і від її вирішення значною мірою залежить успішний розвиток галузі.

Для одержання целюлози використовують надзвичайно агресивні речовини - в технологічних процесах варіння целюлози, отримання варильної кислоти, при відбілюванні целюлозної маси.

Особливо агресивна двоокис хлору, якої відбілюють целюлозу. Відмовлятися від двоокису хлору недоцільно: завдяки їй вдається набагато поліпшити якість продукції, інтенсифікувати виробничі процеси. Метод відбілювання целюлози двоокисом хлору отримує тому все більшого поширення, але стрімке руйнування обладнання при його застосуванні приносить значні збитки.

Фірма «Крусибль стіл корпорейшен оф Америка» наводить дані про те, що однієї простої отбельную лінії протягом тільки однієї доби заподіює шкоду у 10 тисяч доларів.

Ось чому хіміки та гаманці звернули найсерйознішу увагу на стійкість титану в з'єднаннях хлору. Саме як матеріал, стійкий в двоокису хлору, титан був застосований у перші в невійськових галузях промисловості. Так, в 1954 році американці використовували його як для облицювання міксера, що містить це з'єднання. Досвід виявився вдалим і з тих пір титан офіційно визнаний найкращим матеріалом для роботи в середовищі двоокису хлору. Це і багато іншого зробило новий промисловий метал цінним матеріалом для целюлозно-паперової промисловості.

Титанове обладнання широко впроваджується в целюлозно-паперову промисловість. Воно з успіхом використовується на Братському та Сиктивкарського лісопромислових комплексах, Радянському і Котласском целюлозно-паперових комбінатах, Байкальському целлюлозном заводі і деяких інших підприємствах.

Інститутом ЦНІІбумаш спроектовані отбельную установки для масового застосування на підприємствах галузі. Вони складаються з вибільних веж, баків, змішувачів, мірників, трубопроводів і запірної арматури. Все обладнання робиться з титану. Заводи вже приступили до випуску таких установок.

Титан виявляється незамінним для гаманців, виручаючи їх даючи значний техніко-економічний ефект.

У цеху белільних розчинів Сиктивкарського лісопромислового комплексу сталеві трубопроводи вимагали повної заміни через кожну тиждень. Термін служби титанових трубопроводів настільки перевершує термін служби сталевих, що при цьому не тільки окупається вартість більш дорогого матеріалу, а й щорічно підприємство отримує 120 тисяч рулів прибутку! Кожна титанова повітродувка, що працює в тому ж цеху замість агрегатів з нержавіючої сталі, що виходили з ладу кожні 2 тижні, економить підприємству близько двох з половиною тисяч рублів.

Титан застосовують в контрольно-вимірювальної і регулюючої апаратура трьох ліній виробництва сульфатної целюлози, де технологічні процеси повністю автоматизовані. Метал використовують для виготовлення чохлів, захищають датчики приладів, які працюють в агресивних середовищах. Вініпласт захищав їх впродовж всього лише 15 днів, титан служить близько 7 років і завдяки настільки тривалого терміну роботи дає суттєву економію. Сім титанових чохлів, якими прикривають датчики приладів на Братському ЛПК, дають підприємству 20 тисяч рублів річної економії. Всього ж від застосування титану лісопромисловий комплекс щорічно отримує понад 150 тисяч карбованців прибутку.

Коррозионностойкий метал виявляється досить до речі також в гідролізній і лісохімічної промисловості, де він добре зарекомендував себе в якості матеріалу для виготовлення апаратури у виробництві оцтової кислоти, етилацетату та інших дуже їдких речовин.

Зарубіжні фірми застосовують титанові теплообмінники, вентилятори, насоси, запірну арматуру. У Швеції пластинчасті титанові теплообмінники працюють в розчинах хлоридів, хлоратів, а також у рідинах, що містять активний хлор. У США апаратуру з титану впроваджують у цехах варіння целюлози, де техніка, виготовлена ​​з нержавіючої сталі, повністю виходить з ладу через два роки роботи і її необхідно замінювати. Заміна ж

Тільки одного промивного апарата обходиться в 80 тисяч доларів. Титанове обладнання використовують у целюлозно-паперовій промисловості Японії, Англії, ЧССР, Фінляндії.

Розробники апаратури целюлозно-паперової виробництва стверджують, що досвід експлуатації титанового обладнання показав незаперечна перевага цього металу перед іншими конструкційними і корозійностійкими матеріалами. Залишається тільки додати, що з кожним роком, навіть місяцем, все більше титану застосовується для виробництва паперу й у тому, що її дифіцит буде все ж таки подолана, що країна отримає в надлишку не тільки матеріал для друкування книг і газет, але картон, папір для технічних цілей і для розфасовки харчових продуктів, велика кількість паперово-білових товарів, чимала заслуга буде належати і металу, що носить ім'я титан.

ДЕШЕВШЕ? МОЖНА

Що б не говорилося про реальну і безперечною економічної ефективності використання титану при існуючому рівні цін, немає ніякого сумніву в тому, що будь титан подешевше - масштабу його виробництва та застосування виросли б незмірно. Відповідно зросла б і користь, яку приносить народному господарству цей метал.

Але ж ціна не повинна бути нижче собівартості, а собівартість титану ще висока. Власне кажучи, висока собівартість титанової губки, а саме вартість губки визначає порівняно високі ціни титанових напівфабрикатів і обладнання, виготовленого з цього металу.

З метою зниження собівартості в усьому світі безперервно ведуть численні дослідницькі роботи, спрямовані на вдосконалення існуючої технології виробництва титану, а також на розробку способів прямого вилучення металу з руд. Щорічно видаються десятки патентів на нові методи отримання металевого титану, на модифікацію вже відомих технологічних операцій. Однак ці нові методи не в змозі конкурувати з відомими промисловими способами, а пропоноване вдосконалення останніх не настільки істотно, щоб відчутно знизити вартість титану. Справедливості заради треба сказати, що вартість титанової губки зазнала значних змін з моменту випуску перших промислових партій. Так, наприклад, в нашій країні ціни на титанову губку у зв'язку з безперервним зниженням собівартості зменшувалися в 5 разів, в результаті чого навіть більш високоякісна губка варто зараз вдвічі дешевше, ніж раніше.

Зменшення вартості титанової губки дозволяє знижувати ціни на титанові напівфабрикати: на листи, труби, прудко, гнуті профілі тощо Останнє зниження цін на напівфабрикати було в 1975 році, в результаті чого ці вироби стали коштувати в середньому на 25 відсотків дешевше.

І все ж вартість титану знижується не так швидко, як хотілося б, і у цього є об'єктивні, поки ще непереборні причини. Але, може бути, і при існуючому рівні цін є яка-небудь можливість здешевити обладнання. Виготовлене із застосуванням цього металу? Так, така можливість дійсно є.

Не у всіх випадках так вже необхідно, щоб апаратура була виготовлена ​​повністю з титану. Нерідко досить і того, що стійкий проти корозії метал буде захищати тільки внутрішню її поверхню, тільки ті місця, які стикаються з агресивним середовищем. Основна ж маса конструкції може бути виготовлена ​​зі звичайної сталі, міцність якої достатня, щоб витримувати великі тиску. Таким чином досягається оптимальний варіант використання титану, який незначно здорожує вартість обладнання.

Але зварювання титану з іншими металами, повторюємо, практично неможлива. Як же з'єднують титан зі сталлю? Існує кілька методів. Коли обладнання не призначено для роботи при високих температурах і не піддається впливу вакууму, поверхня його футерують (тобто викладають) тонким шаром титану.

Але футерованной устаткування не можна застосовувати при температурах вище 100 градусів, тому що при нагріванні сталь розширюється значно більшою мірою, ніж титан, що і призводить до пошкодження футерованной конструкції. Крім того, наявність зазору між футеровкой і кожухом не дозволяє застосовувати таке обладнання в процесах. Пов'язаних із впливом вакууму.

У цьому випадку для виготовлення обладнання використовують двошаровий метал титан - сталь, де шар титану становить від однієї двадцятої до однієї п'ятої частини від всієї товщини металу. І тут шар титану забезпечує корозійну стійкість, а більш дешевий матеріал - задані механічні характеристики. Титан і сталь з'єднують один з одним за допомогою вибухової хвилі або методом прокатки у вакуумі. У результаті матеріали пов'язані між собою не просто механічно, а фізично, що призводить до поліпшення теплопередачі і дозволяє устаткуванню з двошарового металу витримувати повторюють нагріви до 500 і більше градусів і загартування у воді.

З біметалу титан - сталь виготовляють таке обладнання, як варильні котли та отбельную вежі целюлозно-паперового виробництва, ємності й колони, застосовувані в нафтохімії і металургії. Використання біметалічного листа замість цельнотітанового дає суттєву економію.

Інший шлях зниження вартості титанових виробів - виготовлення їх методом фасонного лиття. Заміна поковок фасонними виливками знижує витрату металу в три з гаком рази, зменшує трудомісткість механічної обробки. Кожна тонна фасонних виливків, використовуваних в замін поковок, заощаджує більше 20 тисяч рублів. Методом лиття виготовляють запірну арматуру, частини насосів, приладів, деталі, які використовують у машинобудуванні.

У промисловості при виробництві та обробки титану утворюється велика кількість відходів, що складаються з титанової губки, стружки, обрізків, шматків, брухту. Основна маса цих відходів не використовується, а накопичується на підприємствах, де відходи різних сплавів перемішуються один з одним і забруднюються. Фахівці вже давно замислюються над тим, як використовувати цей метал.

Найбільш доцільно переробляти відходи титану у вторинні сплави. Ці сплави дещо поступаються основним по однорідності, міцності та іншими механічними характеристиками. Забрудненість домішками призводить до того, що їх стійкість проти корозії нижче, ніж у серійних сплавів, і тим не менш вторинні титанові сплави в достатній мірі міцні і корозійностійкі. Їх можна з успіхом і великою користю застосовувати в хімічній, нафтопереробній, легкої, харчової промисловості.

Зараз ведуться дослідно-промислові розробки вторинних сплавів і виробів з них, одержуваних методом лиття. Вторинні титанові сплави у багатьох агресивних середовищах по своїй корозійної стійкості незначно поступаються первинним сплавів, а в деяких середовищах навіть перевершують їх. Що ж до їх вартості, то при широкому виробництві вони будуть дешевші первинних на 25-30 відсотків.

ВИСНОВОК

Значення металів в людському суспільстві все більше зростає. Переворот у техніці відбувається з інтенсивним розвитком алюмінієвої і магнієвої промисловості. В останні десятиліття людство отримало в своє розпорядження групи рідкісних металів. І ось вже в наші дні, в останні роки на авансцену історії «піднімається» новий промисловий метал - титан.

Титан з більшим правом, ніж алюміній, можна назвати металом нашого століття, точніше - другої його половини, тому що цей новий конструкційний матеріал вперше стали виробляти і використовувати тільки в п'ятдесяті роки. Втім, титан так і називають: «метал 20 століття». І як багато значень у слова «титан», так багато епітетів і найменувань у самого металу. «Вічний», «парадоксальний», «метал надзвукових швидкостей,« метал майбутнього »,« дитина війни »- ось тільки деякі з них.

Титан називають металом майбутнього. Це, звичайно, правильно. У майбутньому з'являться нові галузі застосування чудового матеріалу, люди створять сплави з ще більш дивними властивостями. Але ж майбутнє починається сьогодні, майбутнє і сьогодення не окремими непрохідною кордоном.

Титан вже давно став матеріалом сучасності - цінним, важливим і необхідним. Більше того, широке, повсюдне його застосування як раз дозволить швидше наблизити щось світле і прекрасне майбутнє, про яке ми всі мріємо.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
85.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Бізнес план ДП ДАК Титан
На Сході піднімається новий титан
Бізнес-план ДП ДАК Титан
Леонардо Да Вінчі титан Відродження
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru