Les propietats químiques del titani estan determinades principalment pel seu estat d'oxidació +4, perquè +4 és l'estat més estable del titani. Els complexos de titani tenen geometries de coordinació octaèdrica, amb la notable excepció del tetraclorur de titani (TiCl 4 ), que té geometria tetraèdrica. L'estat d'oxidació més alt del tetraclorur de titani dóna lloc a un grau més alt d'enllaç covalent. Com a metall de transició, se sap que el titani forma complexos aquosos de Ti (IV), coneguts com a complexos d'ions de titani de lligands aquosos.
Òxids, sulfurs i alcòxids
Els titanats són compostos de tetratitani, com ara el tetraclorur de titani (TiCl&sup4;) i el titanat de bari (BaTiO3). Tenen propietats piezoelèctriques i es poden utilitzar com a transductors per a la conversió mútua de so i electricitat. Ilmenita (FeTiO3) és un compost de titanat.
El més important de tots els òxids de titani és el diòxid de titani (TiO²), que existeix en tres estats policristalins: rutil, anatasa i brookita, que són sòlids blancs i diamagnètics. Les estrelles, els robins i els safirs posseeixen les propietats del diòxid de titani (TiO²) de la llum de les estrelles, per això tenen una brillantor formadora d'estrelles.
L'òxid de titani (III,V) (Ti3O&sup5;) és un semiconductor violeta produït per la reducció del diòxid de titani (TiO2) a altes temperatures en presència d'hidrogen.
L'òxid de titani (III, IV) (Ti3O&sup4;) s'utilitza per revestir en fase de vapor l'òxid de titani a les superfícies per a la resistència a la corrosió i amb finalitats estètiques.
Els alcòxids de titani es produeixen per la reacció del tetraclorur de titani amb alcohols i s'utilitzen per dipositar diòxid de titani sòlid mitjançant un procés sol-gel.
L'isopropòxid de titani es pot utilitzar per preparar compostos orgànics quirals mitjançant el procés d'epoxidació Sharpless.
Hi ha molts tipus de compostos de sulfit de titani, dels quals el disulfur de titani és l'únic que s'utilitza habitualment. Té una estructura en capes i s'utilitza com a càtode en la fabricació de bateries d'ions de liti.
Nitrur i carbur
El nitrur de titani i el carbur de titani són membres del grup de transició refractari.
Els nitrurs de titani tenen les propietats de dos compostos covalents:
Duresa extremadament alta
punt de fusió elevat
punt d'ebullició alt
estabilitat termodinàmica
Conductivitat tèrmica
Conductivitat
El nitrur de titani (TiN) té una duresa Mohs de 9.0, la mateixa que el safir i el carbur de silici, i s'utilitza com a material de recobriment per a eines de tall com ara broques i amb finalitats estètiques a causa de la seva superfície daurada brillant. . En la fabricació de semiconductors, actua com a material de barrera.
halogenur
Els halogenurs de titani es produeixen per una reacció directa entre el titani i el gas halogen (X²). L'halogenur de titani més comú és el tetraclorur de titani (TiCl&sup4;), un líquid incolor i volàtil. El tetraclorur de titani industrial és de color groc clar i s'hidrolitza a l'aire, alliberant núvols blancs.
El tetraclorur de titani s'utilitza per extreure metall de titani del mineral com a part del procés Kroll.
Els halogenurs de titani s'utilitzen com a àcids de Lewis.
El tetraiodur de titani d'halogenur de titani (TiI&sup4;) prové del procés de Van Arkel.
El titani (III) i el titani (II) s'utilitzen per formar triclorur de titani i diclorur de titani, com a catalitzadors en la producció de poliolefines i com a agents reductors en química orgànica.
Procés de fabricació de metalls de titani
El procés Kroll s'utilitza per convertir el titani brut en metall de titani. Els passos del procés inclouen l'extracció, la purificació, la producció d'esponges, la fabricació d'aliatges i la conformació i conformació. Com que cada pas del procés és costós i requereix temps, cap indústria no és capaç de realitzar els cinc passos, i les indústries individuals completen diverses etapes.
extracció
Mitjançant l'extracció, el mineral es transporta a l'empresa per al seu processament en forma de minerals que contenen titani. Entre els diferents tipus de minerals, el rutil i la ilmenita són els més utilitzats per al processament. La ilmenita requereix un pretractament per eliminar el seu contingut de ferro. El mineral es col·loca en un reactor de llit fluiditzat que conté clor i carboni i s'escalfa a 900 graus. La reacció química dóna lloc a la producció d'una forma impura de tetraclorur de titani, amb monòxid de carboni com a subproducte. Les impureses, inclòs el ferro, estan presents en el tetraclorur de titani i s'han d'eliminar per produir diòxid de titani.
purificació
El tetraclorur de titani es purifica mitjançant destil·lació al buit a alta temperatura. El metall produït durant el procés d'extracció es col·loca en grans dipòsits de destil·lació i s'escalfa. El procés de purificació utilitza el fraccionament i la precipitació per separar les impureses. Com que els diferents elements tenen diferents punts d'ebullició, durant la destil·lació els diferents elements s'eliminen a mesura que arriben al seu punt d'ebullició. Les impureses eliminades inclouen vanadi, silici, magnesi, zirconi i ferro.
formació d'esponges
A mesura que es forma l'esponja, el tetraclorur de titani purificat s'aboca al recipient de reacció d'acer inoxidable en forma líquida. S'afegeix magnesi i la mescla s'escalfa a una temperatura de 1100 graus perquè el magnesi pugui reaccionar amb el clor per formar clorur de magnesi. El gas argó es bombeja al recipient per eliminar l'aire per evitar la reacció amb l'oxigen i el nitrogen. El titani produït en aquest procés no és titani pur, sinó en forma sòlida. Es treu del recipient mitjançant un procés de perforació i es tracta amb una barreja d'aigua i àcid clorhídric per eliminar l'excés de magnesi i clorur de magnesi. El titani produït per aquest procés és semblant a una esponja.
creació d'aliatges
L'esponja de titani pur es barreja amb diferents aliatges i ferralla mitjançant un forn d'arc elèctric d'elèctrode consumible per crear aliatges. Després que els metalls es fonen i es barregen en proporcions adequades, les briquetes es compacten i es solden per formar elèctrodes d'esponja, que es fonen en un forn d'arc de buit per formar lingots per a un posterior processament per fabricar diversos productes industrials i comercials.
Modelant i modelant
Els lingots s'eliminen del forn, s'inspeccionen per detectar defectes, s'envasen i s'envien per utilitzar-los en la fabricació de productes d'aliatge de titani. Comproveu les propietats de cada lingot per assegurar-vos que compleixen els requisits del client. Els lingots se sotmeten a diferents processos com ara soldadura, conformació, fosa, forja i pulvimetal·lúrgia durant el procés de fabricació del producte.
Subproductes del procés Kroll
Quan el titani es separa de les seves impureses, deixa enrere magnesi i clorur de magnesi, que són subproductes del procés Kroll i es recuperen en dipòsits de recuperació que separen el magnesi i el clor en les seves formes estables, magnesi sòlid i clor gasós. Durant el procés de recollida, el clor es recull a la part superior de la unitat de recuperació. El magnesi sòlid i el clor es guarden per a la seva reutilització en el procés Kroll.
creació d'aliatges
A la quarta etapa, l'esponja de titani pur es barreja amb diferents aliatges i ferralla per crear aliatges utilitzables amb l'ajuda d'un forn d'arc elèctric d'elèctrode consumible. Després de fondre i barrejar tots els metalls necessaris en les proporcions desitjades, la massa es compacta i es solda per formar l'elèctrode d'esponja. Aquest elèctrode d'esponja es fon en un forn d'arc de buit per formar lingots. Aquests lingots normalment es fonen una i altra vegada per crear lingots comercialment acceptables.
Modelant i modelant
En l'etapa final del procés Kroll, els lingots s'eliminen del forn, s'inspeccionen per detectar defectes i s'envien per utilitzar-los en la fabricació de productes d'aliatge de titani. Comproveu el rendiment de cada lingot per assegurar-vos que es compleixen els requisits del client. Els lingots d'acer se sotmeten a diferents processos com ara soldadura, conformació, fosa, forja, pulvimetal·lúrgia, etc., i finalment es donen forma en productes acabats. Tot depèn de les especificacions del producte requerit.
Subproductes del procés Kroll
Durant el procés Kroll, quan el titani es separa de les impureses, es queden grans quantitats de magnesi i clorur de magnesi. Els subproductes del procés Kroll es recuperen immediatament a la unitat de reciclatge. Els dipòsits de reciclatge separen el magnesi i el clor en formes estables. És a dir, magnesi en forma sòlida i clor en forma gasosa. El clor es recull de la part superior del dipòsit de recuperació i ambdós components es reutilitzen en el procés Kroll.
