Las propiedades químicas del titanio están determinadas principalmente por su estado de oxidación +4, porque +4 es el estado más estable del titanio. Los complejos de titanio tienen geometrías de coordinación octaédricas, con la notable excepción del tetracloruro de titanio (TiCl 4 ), que tiene geometría tetraédrica. El mayor estado de oxidación del tetracloruro de titanio da como resultado un mayor grado de enlace covalente. Como metal de transición, se sabe que el titanio forma complejos acuosos de Ti (IV), conocidos como complejos acuosos de iones de titanio con ligando.
Óxidos, sulfuros y alcóxidos
Los titanatos son compuestos de tetratitanio, como el tetracloruro de titanio (TiCl+) y el titanato de bario (BaTiO3). Tienen propiedades piezoeléctricas y pueden usarse como transductores para la conversión mutua de sonido y electricidad. La ilmenita (FeTiO3) es un compuesto de titanato.
El más importante de todos los óxidos de titanio es el dióxido de titanio (TiO²), que existe en tres estados policristalinos: rutilo, anatasa y brookita, que son sólidos diamagnéticos blancos. Las estrellas, los rubíes y los zafiros poseen las propiedades del dióxido de titanio (TiO²) de la luz estelar, por lo que tienen un brillo propio de la formación de estrellas.
El óxido de titanio (III, V) (Ti3O&sup5;) es un semiconductor violeta producido por la reducción de dióxido de titanio (TiO2) a altas temperaturas en presencia de hidrógeno.
El óxido de titanio (III, IV) (Ti3O&sup4;) se utiliza para recubrir en fase de vapor óxido de titanio en superficies con fines estéticos y resistentes a la corrosión.
Los alcóxidos de titanio se producen mediante la reacción del tetracloruro de titanio con alcoholes y se utilizan para depositar dióxido de titanio sólido mediante un proceso sol-gel.
El isopropóxido de titanio se puede utilizar para preparar compuestos orgánicos quirales mediante el proceso de epoxidación Sharpless.
Existen muchos tipos de compuestos de sulfito de titanio, de los cuales el disulfuro de titanio es el único que se usa comúnmente. Tiene una estructura en capas y se utiliza como cátodo en la fabricación de baterías de iones de litio.
Nitruro y carburo
El nitruro de titanio y el carburo de titanio son miembros del grupo de transición refractaria.
Los nitruros de titanio tienen las propiedades de dos compuestos covalentes:
Dureza extremadamente alta
alto punto de fusión
alto punto de ebullición
estabilidad termodinámica
Conductividad térmica
Conductividad
El nitruro de titanio (TiN) tiene una dureza Mohs de 9.0, igual que el zafiro y el carburo de silicio, y se utiliza como material de recubrimiento para herramientas de corte como brocas y con fines estéticos debido a su superficie dorada brillante. . En la fabricación de semiconductores, actúa como material barrera.
haluro
Los haluros de titanio se producen mediante una reacción directa entre el titanio y el gas halógeno (X²). El haluro de titanio más común es el tetracloruro de titanio (TiCl+), un líquido volátil e incoloro. El tetracloruro de titanio industrial es de color amarillo claro y se hidroliza en el aire, liberando nubes blancas.
El tetracloruro de titanio se utiliza para extraer titanio metálico del mineral como parte del proceso Kroll.
Los haluros de titanio se utilizan como ácidos de Lewis.
El haluro de titanio tetrayoduro de titanio (TiI+4) proviene del proceso de Van Arkel.
El titanio (III) y el titanio (II) se utilizan para formar tricloruro y dicloruro de titanio, como catalizadores en la producción de poliolefinas y como agentes reductores en química orgánica.
Proceso de fabricación de metal de titanio.
El proceso Kroll se utiliza para convertir titanio bruto en titanio metálico. Los pasos del proceso incluyen extracción, purificación, producción de esponjas, fabricación de aleaciones y modelado y formación. Debido a que cada paso del proceso es costoso y requiere mucho tiempo, ninguna industria es capaz de realizar los cinco pasos y las industrias individuales completan varias etapas.
extracción
Mediante la extracción, el mineral se transporta a la empresa para su procesamiento en forma de minerales que contienen titanio. Entre los distintos tipos de minerales, el rutilo y la ilmenita son los más utilizados para su procesamiento. La ilmenita requiere un tratamiento previo para eliminar su contenido de hierro. El mineral se coloca en un reactor de lecho fluidizado que contiene cloro y carbono y se calienta a 900 grados. La reacción química da como resultado la producción de una forma impura de tetracloruro de titanio, con monóxido de carbono como subproducto. Las impurezas, incluido el hierro, están presentes en el tetracloruro de titanio y deben eliminarse para producir dióxido de titanio.
purificación
El tetracloruro de titanio se purifica mediante destilación al vacío a alta temperatura. El metal producido durante el proceso de extracción se coloca en grandes tanques de destilación y se calienta. El proceso de purificación utiliza fraccionamiento y precipitación para separar las impurezas. Dado que diferentes elementos tienen diferentes puntos de ebullición, durante la destilación los distintos elementos se eliminan a medida que alcanzan su punto de ebullición. Las impurezas eliminadas incluyen vanadio, silicio, magnesio, circonio y hierro.
formación de esponja
A medida que se forma la esponja, se vierte tetracloruro de titanio purificado en forma líquida en el recipiente de reacción de acero inoxidable. Se agrega magnesio y la mezcla se calienta a una temperatura de 1100 grados para que el magnesio pueda reaccionar con el cloro para formar cloruro de magnesio. Se bombea gas argón al recipiente para eliminar el aire y evitar la reacción con oxígeno y nitrógeno. El titanio producido en este proceso no es titanio puro, sino en forma sólida. Se retira del recipiente mediante un proceso de perforación y se trata con una mezcla de agua y ácido clorhídrico para eliminar el exceso de magnesio y cloruro de magnesio. El titanio producido mediante este proceso tiene forma de esponja.
creación de aleación
La esponja de titanio puro se mezcla con diferentes aleaciones y chatarra utilizando un horno de arco eléctrico con electrodo consumible para crear aleaciones. Después de fundir los metales y mezclarlos en proporciones apropiadas, las briquetas se compactan y sueldan para formar electrodos de esponja, que se funden en un horno de arco al vacío para formar lingotes que se procesan posteriormente para fabricar diversos productos industriales y comerciales.
Dar forma y dar forma
Los lingotes se retiran del horno, se inspeccionan para detectar defectos, se empaquetan y se envían para su uso en la fabricación de productos de aleación de titanio. Verifique las propiedades de cada lingote para asegurarse de que cumplan con los requisitos del cliente. Los lingotes se someten a diferentes procesos como soldadura, conformado, fundición, forjado y pulvimetalurgia durante el proceso de fabricación del producto.
Subproductos del proceso Kroll
Cuando el titanio se separa de sus impurezas, deja magnesio y cloruro de magnesio, que son subproductos del proceso Kroll y se recuperan en tanques de recuperación que separan el magnesio y el cloro en sus formas estables, magnesio sólido y cloro gaseoso. Durante el proceso de recolección, el cloro se recolecta en la parte superior de la unidad de recuperación. El magnesio sólido y el cloro se guardan para su reutilización en el proceso Kroll.
creación de aleación
En la cuarta etapa, se mezcla una esponja de titanio puro con diferentes aleaciones y chatarra para crear aleaciones utilizables con la ayuda de un horno de arco eléctrico con electrodo consumible. Después de que todos los metales necesarios se hayan fundido y mezclado en las proporciones deseadas, la masa se compacta y se suelda para formar el electrodo de esponja. Este electrodo de esponja se funde en un horno de arco al vacío para formar lingotes. Estos lingotes normalmente se funden una y otra vez para crear lingotes comercialmente aceptables.
Dar forma y dar forma
En la etapa final del proceso Kroll, los lingotes se retiran del horno, se inspeccionan en busca de defectos y se envían para su uso en la fabricación de productos de aleación de titanio. Verifique el rendimiento de cada lingote para garantizar que se cumplan los requisitos del cliente. Los lingotes de acero se someten a diversos procesos, como soldadura, conformación, fundición, forja, pulvimetalurgia, etc., y finalmente se les da forma para obtener productos terminados. Todo depende de las especificaciones del producto requerido.
Subproductos del proceso Kroll
Durante el proceso Kroll, cuando el titanio se separa de las impurezas, quedan grandes cantidades de magnesio y cloruro de magnesio. Los subproductos del proceso Kroll se recuperan inmediatamente en la unidad de reciclaje. Los tanques de reciclaje separan el magnesio y el cloro en formas estables. Es decir, magnesio en forma sólida y cloro en forma gaseosa. El cloro se recoge de la parte superior del tanque de recuperación y ambos componentes se reutilizan en el proceso Kroll.
