Большаков - Химия и технология редких и рассеянных элементов (т.2) (1108617), страница 61
Текст из файла (страница 61)
На основе твердых растворов карбидов вольфрама и титана, содержащих 10 — 40% Т!С, созданы металлокерамические твердые сплавы, обладающие повышенной стойкостью при резании сталей. Карбид титана используется в жаропрочных сплавах, из которых лучшими свойствами обладают сплавы Т!С-ТаС-НЬС, сохраняющие механическую прочность до 1100 — 2100' П1, 20[.
Т и т а и а т б а р и я. Современная электро- и радиопромышленность широко используют разнообразные материалы — пассивные диэлектрики, сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики и т. д., основой которых являются сложные окисные системы. В последнее время начинают успешно использоваться окисные(«керамические») полупроводники для создания керамических твердых схем (КТС), которые обладают новыми возможностями в решении некоторых проблем микроэлектроники, например, в создании радиоэлектронных устройств с конденсаторами большой емкости и др. Среди соединений, пригодных для решения этих задач, не последнее место занимают соединения титана.
Титанат бария — типичный сегнетоэлектрический диэлектрик (р = 10" Ом см., диэлектрическая проницаемость е = 800 — 3000). Введение в ВаТЮ» добавок (окислов лантана, церия, иттрия, неоднма, стронция), получение твердых растворов позволяют в широких пределах изменять диэлектрическую проницаемость, сопротивление и превращать титанат бария в полупроводник с сопротивлением 10— 10' Ом см. К группе термостабильных сегнетоэлектриков, диэлектрическая проницаемость которых мало изменяется с температурой, относятся РЬТЮ„титанаты висмута. Созданы разнообразные сегнето- и пьезокерамические материалы на основе твердых растворов ВаТ10»-ЗгТ!О„ЗгТ!О;СаТ!О»-РЬТ!О„РЬТ!О»-РЬУгО» и др, [26[.
Х л о р и д ы. Применяются в качестве компонентов катализаторов. Например, катализатор для полимеризацни'этилена состоит из Таблица 60 Структура потреблеяия металлического титана в США, % Шгв г. (сценка) Область прнненення 1999 г. 1992 г. 19ба г. 19бб г. Реактивные двигатели Ракетная и космичесхая техника Военные самолеты (без двигателей) ГраиО1анские самолеты (без двигателей) Химическая промышленность и др. 42 25 18 24 21 39 бб 18 10 47 !7 23 43 7 20 1О б 13 14 3 !9 11 Т!С14 и триэтилалюминия, катализатор для полимеризации а-олефинов — из Т1С1, и А!К,С! (К вЂ” органический радикал).
Применение хлоридов титана для этих целей основано на способности их образовывать координационные соединения и растворяться в углеводородах [32!. Л и г а т у р ы. В металлургии черных и цветных металлов титан применяется в качестве раскислителя и деазотизатора, так как он энергично соединяется с кислородом и азотом, образуя соединения, уходящие в шлак. Для этой цели используют ферротитан (18- — 25% Т!), купротитан (5 — 12% Т!), алютит (40% А1, 22 — 50%9 Т! и до 40% Сц). Очистка от кислорода способствует образованию тонкой плотной структуры стали, обладающей повышенными механическими свойствами. Титан связывает и серу, вызывающую красноломкость стали.
При введении титана в качестве легирующей добавки в хромо-никелевые нержавеющие стали (до 0,8%) образуются включения карбидов титана, повышающие жаростойкость и уменьшающие склонность к межкристаллитной коррозии при сварке и термической обработке. Присадка 0,05 — 0,15% титана кобычной углеродистой стали облагораживает ее и улучшает механические свойства. Введение титана в алюминиево-магниевые сплавы (до 0,6%) улучшает их механические свойства, повышает коррозийную стойкость и устойчивость к окислению при нагревании 111, 35!.
Металлический титан и сплавы на его оси о в е. Области применения титана и его сплавов как конструкционных материалов определяются комплексом свойств, выгодно отличающих их от сплавов железа, алюминия и магния. Для них характерны высокая коррозионная стойкость, жаропрочность (сохраняют механические характеристики до 430 — 450'), малая плотность и высокая прочность. По прочности они превосходят некоторые нержавеющие стали, алюминиевые сплавы (в 2 — 3 раза), магниевые сплавы (в 5 раз).
Удельная прочность (прочность, отнесенная к массе) у них наивысшая среди технических материалов. Эти свойства отвечают современным требованиям машиностроения и выдвигают титан в ряд перспективных материалов для использования во всех отраслях промышленности (табл. 60). В настоящее время титан применяется преимущественно для изготовления военного снаряжения и в космической технике, где главную роль играют не стоимость, а технические характеристики. В самолетостроении из сплавов титана изготавливают детали реактивных двигателей, оболочки мотогондол, каркас фюзеляжа, обшивку и элементы других конструкций, подверженных нагреву от тепла двигателей или аэродинамическому нагреву. В ракетостроении основное количество титана используется для изготовления топливных баков, двигателей, арматуры и т.
д. Титан — основной материал для космических кораблей. Замена стальных узлов и деталей скоростных самолетов и ракет позволяет снизить их массу до 40%, а следовательно, и общую массу летательных аппаратов, снизить эксплуатационные расходы. В судостроении титан и его сплавы применяют для изготовления многих узлов, подверженных действию дымовых газов, масла и морской воды (теплообменники, радиолокаторы и др.).
Основной фактор, определяющий применение титана в гражданском машиностроении, — экономическая эффективность. Область, где экономические условия относительно благоприятны,— это химическое машиностроение. Здесь первостепенное значение имеет коррозионная стойкость титана. Его применяют для изготовления насосов, реакторов, теплообменников, трубопроводов, арматуры и т.
д. Несмотря на высокую стоимость оборудования из титана, оно окупается в течение 2 — 3 лет за счет резкого увеличения сроков службы (иногда в десятки раз). Применение оборудования из титана повышает культуру производства, увеличивает производительность. Титан используют в установках для опреснения морской воды. Катоды и аноды из титана, покрытые тонким слоем платины (10 амм), с успехом используются в ваннах для гальванических покрытий,электрохимического получения хлора, никеля, хрома, серебра и т. д. К новым областям, в которых применение титана при снижении цен на него может оказаться весьма эффективным, следует отнести железнодорожный и автомобильный транспорт, энергетическое машиностроение [11, 34 — 36).
Минералы. Руды. Месторождения. Обогащение руд. Титан — один из наиболее распространенных элементов. По данным А. П. Виноградова, в земной коре (без океана и атмосферы) содержится 0,6% титана; по распространенности он занимает десятое место. Среди металлов, имеющих значение в качестве конструкционных материалов, он уступает по распространенности только алюминию, железу, магнию. Титан, как и его аналоги цирконий и гафний, — литофильный элемент, т. е.
обладает большим сродством к кислороду. Содержится в осадочных породах: известняке, песчанике, глинистых породах и сланцах. Еще больше его в магматических породах: гранитах и особенно в базальтах. Встречается в природе в виде двуокиси, титанатов, титано-ниобатов и сложных силикатов. Известно более 60 минералов, в состав которых входит титан.
В его минералах часто содержатся редкоземельные элементы, цирконий и торий. М н н е р а л ы. Из титановых минералов наибольшее промышленное значение имеют ильменит, титаномагнетиты и рутил. Меньшее зна— 243— чение имеют сфен и перовскнт. Для попутного извлечения титана можно использовать большое число минералов, содержащих тантал, ниобий, лантанонды и другие редкие элементы, например лопарит.
Ильиенилт РеТЮ,. Название минерала происходит от Ильменских гор (Урал), где он был впервые найден. Теоретический состав минерала: 52,744 Т!0„47334 РеО. Может содержать изоморфные примеси магния, иногда марганца, а также повышенное количество железа вследствие образования твердого раствора с Ре,О,. Минерал магматического происхождения, генетически часто связан с титаномагнетитами. В магнетите (РенРе,"'0„) при высокой температуре Ре (П) может замешаться Мп, Мп, Х1, Т1, Хп, а Ре (1П) — на А[, Т1, Ч, Сг. При понижении температуры тнтаносодержащие магнетиты в глубинных породах распадаются, образуя ильменит и ульвешпинель (Ре,Т!0,). В эффузивных породах или глубинных породах, внезапно попавших из областей с высокой температурой к поверхности, часто встречаются не- распавшиеся титаномагнетиты.
При гидротермальных процессах из ильменита может образоваться минерал аризонит Ре,О, ЗТЮ„нли Ре,(ТЮ,)м В коренных месторождениях главные спутники нльменита — магнетит, рутил, сфен и др. В зоне выветривания ильменитлегко переходит в россыпи. В этой зоне он частично или полностью превращается в лейкоксен (это название относится к самым различным образованиям). Процесс лейкоксенизации ильменита сводится в основном к переходу Ре (П) в Ре (П1) и его удалению, образованию мельчайших зерен рутила, анатаза или брукита и обогащению минерала двуокисью титана.
Например, лейкоксены прибрежных россыпей Восточной Австралии содержат до 68% Т!О,. Рутил Т10, Теоретический состав минерала: 60% Т1, 40% О. В нем часто присутствуют примеси 14Ь, Та, Сг, 17. Вследствие образования твердого раствора с РеО может содержать до 1044 железа. Такой минерал называется нигрином.
В природе рутил образуется в различных условиях: встречается в изверженных породах (сиенитах, гранитах), пегматитах и гидротермальных образованиях, часто образуется при метаморфических процессах в результате преобразования других титановых минералов. В зоне выветривания химически устойчив и находится в россыпях в виде окатанных зерен и галек. В коренных месторождениях главные спутники рутила — гематит Ре„Ом магнетит, ильменит, аппатит Са4[РО,[,(С!, Р).
Сфен 0титанит) СаТ
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
