Где добывают титан

Рассказываем всё самое важное о титане: свойства, применение, основные продукты, добыча, запасы.

А также почему в России массово появилась кремовая офисная бумага, что нашли на Луне, как Россия оказалась в роли «сапожника без сапог» и что делается для решения проблемы.

Свойства

Ключевыми свойствами титана являются: лёгкость (на 45% легче стали), прочность (в два раза прочнее алюминия), стойкость к коррозии (в том числе в морской воде и кислотах), ковкость, сопротивление усталости и высокая температура плавления (1670 °C).

Металл немагнитен и нетоксичен. Электро- и теплопроводность достаточно низкая. Это единственный элемент, который горит в чистом газообразном азоте. Водой и углекислым газом потушить титан нельзя (только специальные сухие порошкообразные смеси).

Главный недостаток – сравнительно высокая стоимость, обусловленная трудностью извлечения из земной коры и последующей переработки.

Самыми распространёнными коммерческими формами являются диоксид титана (белый порошок) и металлический титан . Соотношение мировых производственных мощностей составляет примерно 96:4 в пользу диоксида титана (данные 2022 г.).

Добыча титана в России. Прогнозы, экология, Ависма.

В то же время есть и другие, достаточно экзотические формы. Например, хлорид титана (IV), летучая жидкость, которая во влажном воздухе преобразуется в густые белые облака. Используется военными (для создания дымовой завесы) и лётчиками (чтобы рисовать фигуры на небе).

Диоксид титана

Большая его часть уходит на производство белых красок и лаков . Отличаются стойкостью, непрозрачностью и хорошей отражательной способностью. Диоксид титана имеет высокий показатель преломления и оптической дисперсии (выше чем у алмаза).

Также значительные объёмы направляются на производство пластмасс и отбеленной бумаги .

Производство продуктов питания использует его в качестве белого пищевого красителя (если увидите на упаковке надпись Е171, то это как раз оно).

Косметическая промышленность добавляет данное соединение в солнцезащитный крем и зубную пасту.

Также диоксид титана реализуется производителям керамики, текстиля, напольных покрытий, кровельных материалов, сварочных электродов и других изделий.

Исследуется возможность нанесения покрытия на основе диоксида титана на стёкла и тротуарную плитку для превентивной борьбы с загрязнениями.

Металлический титан

Несмотря на свои замечательные свойства, в чистом виде он почти никогда не применяется. Титан сплавляют с железом, алюминием, никелем, цирконием, ванадием, медью, марганцем, молибденом и другими металлами.

Основное направление использования сплавов – машиностроение , в том числе авиационно-космическое, автомобильное, железнодорожное, судостроение и производство двигателей (в том числе реактивных). На один самолёт типа «Боинг» или «Аэробус» тратится от 17 до 77 тонн титана, в том числе до 11 тонн в двигателях.

Титан особенно востребован в оборудовании, работающем в агрессивной среде: реакторы, опреснительные установки, насосы, трубы, буровое оборудование и даже контейнеры для хранения ядерных отходов (срок хранения в таких ёмкостях – 100 тысяч лет).

Как добывают и производят титан.

Может применяться при изготовлении свёрл, молотков и ударопрочной рабочей обуви.

Медицина использует титановые сплавы в суставном и зубном протезировании, хирургических инструментах, инвалидных колясках, костылях, а также кардиостимуляторах. Люди с титановыми имплантатами могут без проблем проходить МРТ. Титановая оправа для очков легка, прочна и не вызывает аллергии.

Титан добавляют при изготовлении корпусов некоторых престижных моделей часов, компьютеров и смартфонов , а также корпусов бортовых систем управления космическими аппаратами.

Ювелирам он нужен, чтобы придать прочность золоту и для создания авторских украшений на основе титана. Кроме того, этот материал активно применяется любителями пирсинга.

Создатели современного спортивного инвентаря закупают титан для производства велосипедов, теннисных ракеток, хоккейных масок, удочек, туристической посуды, фонарей, каркасов палаток и даже подков для скаковых лошадей.

В некоторых моделях 3D-принтеров допускается возможность работы с титановым порошком.

Даже скульпторы и архитекторы не проходят мимо этого материала (например, памятники Гагарину и Покорителям космоса в Москве).

Военные предъявляют существенный спрос на титан. Пластины для бронежилетов, а также некоторые детали огнестрельного оружия изготавливают из этого металла.

СССР стал первой страной, которая в 50-х годах стала использовать его в подводных лодках и другой военной технике. Затем США, осознав его стратегическую важность, начали применять титан в военном (а позже и в гражданском) самолётостроении. Первопроходцем использования элемента в автопроме стала компания Volkswagen в начале 2000-х годов.

Интересно, что в США более 70% металлического титана идёт в аэрокосмическую отрасль , в то время как большая его часть в Китае потребляется химическим машиностроением .

Производство диоксида титана

По данным U. S. Geological Survey, совокупные мировые мощности по производству диоксида титана составляют 9,4 млн. тонн . Планетарными лидерами являются: Китай (5 млн. тонн, 53%), США (1,37 млн. тонн, 15%) и Германия (472 тыс. тонн, 5%).

В России производство данного продукта находится на достаточно скромном уровне — 55 тыс. тонн .

Интересно, что поскольку самое крупное предприятие-производитель Восточной Европы находится в Крыму, а данные для подобной статистики собираются путём опроса, то эти объёмы записываются обеим сопредельным странам.

Проблемы с обеспечением водой и сырьём сказывались на работе данного комбината, и он приостанавливал свою работу. Именно тогда в наших магазинах в большом количестве появилась кремовая бумага.

Россия зависит от импортных поставок диоксида титана (общая сумма — $214 млн.). Крупнейшими поставщиками являются: Китай (40%), Мексика (16%) и Германия (13%).

Производство металлического титана

Процесс получения металлического титана из руды достаточно трудоёмкий и дорогостоящий. Всего в мире производится 260 тыс. тонн титановой губки (первичная форма металлического титана). По сравнению с 2021 годом производство выросло на 20 тыс. тонн (8%).

Источник: dzen.ru

Титановые руды: свойства, способы добычи и промышленное применение

Титан – девятый в списке самых распространённых элементов земной коры, его присутствие обнаружено в 70 минералах, но наиболее интересными в плане переработки являются перечисленные выше.

Способы добычи

Более половины титана добывают из россыпей. Добыча в песчаных месторождениях не представляет никакой сложности. Процесс достаточно прост и не требует дробления и измельчения, осуществляется он драгами, земснарядами, экскаваторами, скреперами и другими гидравлическими устройствами.

Карьерный

Иное дело, когда руды залегают жилами на небольшой глубине. В зависимости от твёрдости вскрышных пород, приходится прибегать к их удалению с помощью землеройных механизмов или посредством проведения предварительных буровзрывных работ. После чего, вынутую руду забирают и подвергают дроблению и измельчению для дальнейшей переработки.

Шахтный

Шахтный способ применим при разработке коренных месторождений. Это наиболее затратный и трудоёмкий способ, требующий строительства целого комплекса сложных подземных сооружений, затраты на который окупаются получением целого набора полезных ископаемых, находящихся в составе титаносодержащих руд.

Методы обогащения

Мокрое и сухое разделение по удельному весу

Благодаря различной плотности титаносодержащей породы и массы, не обладающей этим природным минералом, становится возможным их разделение в водной или воздушной среде под воздействием физических сил, созданных внутри специальных технических агрегатов. Это – так называемые гравитационные методы обогащения добытого материала.

Флотация

Способность разнообразных материалов удерживаться или не удерживаться на границе сред, пребывающих обычно в жидком и газообразном состоянии, нашла широкое применение в обогащении титановых руд.

В зависимости от первоначального минерала, используют свои специфические свойства химические вещества – образователи флотационной среды. Так, для ильменита в качестве таких сред выступают собиратели в виде жирных кислот. Рутил хорошо флотируется олеиновой кислотой или сульфированными производными углеводородов. Перовскит перед флотацией жирными кислотами необходимо обработать серной кислотой. Существует множество методов и технологий флотации, кроме того, они варьируются в зависимости от месторождений.

В последнее время широкое распространение в качестве флотационного материала получило талловое масло. Впрочем, переработчики руководствуются соображениями стоимости, доступности, минимума токсичности, при выборе материала для флотации.

Магнитная и электрическая сепарация

Отличие магнитных и электрических свойств титана от других минералов положено в основу соответствующих сепараций – технологий отделения нужного материала от пустой породы под воздействием электрических и магнитных полей в специальных аппаратах. В их список входят: сепараторы, железоотделители, намагничиватели и размагничиватели. А принцип действия этих устройств основан на изменении траектории движения в силовом магнитном или электрическом поле.

Металлургический метод

Завершающей стадией получения титанового шлака является плавка концентрата в виде прессованных брикетов в электродуговых печах при температуре 1500-1700 0 C. Образующиеся в результате металлургического метода отливки содержат до 80% титана.

Промышленное применение

С момента своего открытия в конце XVIII века, титан был оценён специалистами как металл, обладающий лёгкостью, прочностью, жаростойкостью, устойчивостью к коррозии и при этом хорошо поддающийся механической обработке.

Технический титан и его сплавы широко используется в целом ряде отраслей народного хозяйства:

• Химическая индустрия не может обходиться без титановых изделий, обладающих высокой стойкостью к агрессивному воздействию. Это – специальная арматура, ёмкости, трубы, части машин и механизмов, активно используемых в этой отрасли.
• Транспорт активно применяет этот материал, в качестве альтернативы другим металлам, благодаря его низкому удельному весу. Что существенно снижает затраты при перемещении грузов в более лёгких и компактных вагонах и поездах. Используется титан и в автомобилестроении для изготовления витых пружин и систем отвода уходящих газов.
• Незаменим этот материал и в области военной техники. Броня и трубы, глушители и теплообменники, пропеллеры и турбины, являющиеся важными элементами самоходных орудий, танков, самолётов, военно-морских судов и подводных лодок, не обходятся без использования этого минерала.

Химически чистый титан отличается очень высокой жаропрочностью и устойчивостью к механическим воздействиям. Учитывая его лёгкий вес, металл нашёл своё применение в авиации, ракетостроении, космонавтике; при изготовлении электровакуумных приборов и криогенной техники.

Отдельно можно упомянуть медицинские, спортивные и декоративные направления использования этого уникального по своим свойствам материала. Медицинские инструменты и протезы, спортивные снаряды и амуниция, разнообразные декоративно-художественные изделия, известные скульптуры – всё это вместе объединяет между собой такой удивительный материал, как титан.

Месторождения в России и мире

Территория России обладает порядка 20-ью месторождениями титановых руд, расположенными в 9-и металлогенических провинциях, крупнейшими из которых являются:

• Оклемо-Становская,
• Тиманская,
• Уральская.

Также значительными запасами обладают месторождения магматического происхождения Баладекского, Джугджурского, Коларского массивов и находящееся в Амурской области месторождение Большой Сейм. Древние морские россыпи, богатые титановыми рудами размещены на Русской плите и в Сибири. Значительные запасы имеются и на территории Карелии.

За рубежом крупные месторождения докембрийского периода обнаружены в США (Тегавус), Канаде (Лейк-Тио), Норвегии (Тельнес). Запасы ильменита присутствуют на территории Канады, Норвегии, Индии, ЮАР; рутила – в ЮАР, Индии и Австралии. Также титановыми рудами в значительном количестве обладают Бразилия, Мексика и Китай.

Мировые запасы

Подтверждённые мировые запасы диоксида титана составляют:

• Китай – 232,9 млн. тонн.
• Украина – 184 млн. тонн.
• Россия – 177 млн. тонн.
• Бразилия – 123 млн. тонн.
• Индия – 100 млн. тонн.
• Норвегия – 57 млн. тонн.
• Канада – 51,4 млн. тонн.
• ЮАР – 34,1 млн. тонн.
• Австралия – 21,4 млн. тонн.
• Остальные страны – 59,1 млн. тонн.

Если оценивать в процентном отношении залежи титановых руд, то ситуация будет несколько иная:

• Китай – 38%.
• Россия – 17%
• Австралия – 10%.
• Бразилия – 6%.
• Норвегия – 4%.
• Индия – 4%.
• Канада – 3%.
• Украина – 1%.
• Другие страны – 17%.

Различия объясняются разнообразием месторождений и трудностью объективной оценки точного количества залежей этого минерала.

Страны, добывающие титановые руды

По состоянию на 2018 год ситуация на рынке титана выглядит следующим образом:

• Крупнейшими добывающими странами являются Китай, Австралия, Индия, ЮАР.
• Ведущие производители по переработке руды и выплавке титана выглядят следующим образом: США, Россия, Япония, Китай.

Хотя, ещё в 2005-2006 годах 70% мирового производства ильменитового концентрата обеспечивали Австралия, Норвегия и Украина. А 90% рутилового концентрата выпускали в Австралии, ЮАР и на Украине.

Ситуация с течением времени меняется коренным образом: Китай наращивает как добычу, так и переработку совместно с окончательным производством столь ценного продукта, каким является титан для промышленности.

Источник: uglevodorody.ru

Титан

Титан – лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура полиморфного превращения α↔β 883 °C.Титан и титановые сплавы сочетают легкость, прочность, высокую коррозийную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур.

1. Структура
2. Свойства
3. Запасы и добыча
4. Происхождение
5. Применение
6. Классификация
7. Физические свойства
8. Оптические свойства
9. Кристаллографические свойства

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура кристалла

Титан имеет две аллотропические модификации. Низкотемпературная модификация, существующая до 882 °C, имеет гексагональную плотноупакованную решетку с периодами а = 0,296 нм и с = 0,472 нм. Высокотемпературная модификация имеет решетку объемноцентрированного куба с периодом а = 0,332 нм.
Полиморфное превращение (882 °C) при медленном охлаждении происходит по нормальному механизму с образованием равноосных зерен, а при быстром охлаждении – по мартенситному механизму с образованием игольчатой структуры.
Титан обладает высокой коррозионной и химической стойкостью благодаря защитной окисной пленке на его поверхности. Он не корродирует в пресной и морской воде, минеральных кислотах, царской водке и др.

СВОЙСТВА

Точка плавления 1671 °C, точка кипения 3260 °C, плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см³, атомная плотность 5,71×1022 ат/см³. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере.
Применяемый в промышленности технический титан содержит примеси кислорода, азота, железа, кремния и углерода, повышающие его прочность, снижающие пластичность и влияющие на температуру полиморфного превращения, которое происходит в интервале 865-920 °С. Для технического Титана марок ВТ1-00 и ВТ1-0 плотность около 4,32 г/см 3 , предел прочности 300-550 Мн/м 2 (30-55кгс/мм 2 ), относительное удлинение не ниже 25%, твердость по Бринеллю 1150-1650 Мн/м 2 (115-165 кгс/мм 2 ). Является парамагнетиком. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Ti 3d24s2.

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной). Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Основные руды: ильменит (FeTiO3), рутил (TiO2), титанит (CaTiSiO5).

На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO2. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтвержденные запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана их при 850 °C восстанавливают магнием.

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре — 0,57 % по массе, в морской воде — 0,001 мг/л. В ультраосновных породах 300 г/т, в основных — 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается.

Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках.
Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан.

Важнейшие из них: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiSiO5. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.
Месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Китая, Японии, Австралии, Индии, Цейлона, Бразилии, Южной Кореи, Казахстана. В странах СНГ ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимает РФ (58.5%) и Украина (40.2%).

ПРИМЕНЕНИЕ

Изделия из титана

Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике, где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. Титан легок по сравнению с другими металлами, но в то же время может работать при высоких температурах. Из титановых сплавов изготовляют обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты.

Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10-25%. Из титановых сплавов производят диски и лопатки компрессора, детали воздухозаборника и направляющего аппарата, крепеж.

Также титан и его сплавы используют в ракетостроении. Ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в ракетостроении в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти ползучести.

Технический титан из-за недостаточно высокой теплопрочности не пригоден для применения в авиации, но благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении. Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т.п.

Только титан обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Из титана делают теплообменники, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей). В судостроении титан используется для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На титан и его сплавы не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении.

Титановые сплавы перспективны для использования во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью титана.

Титан (англ. Titanium) – Ti

Молекулярный вес	47.88 г/моль
Происхождение названия	Минерал получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи.
IMA статус	подтвержден в 2010 году

КЛАССИФИКАЦИЯ

Strunz (8-ое издание)	1/A.06-05
Dana (7-ое издание)	1.1.36.1
Nickel-Strunz (10-ое издание)	1.AB.05

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цвет минерала	Серебристо-серый
Цвет черты	серовато черный
Прозрачность	непрозрачный
Блеск	металлический
Спайность	нет
Твердость (шкала Мооса)	4
Излом	в зазубринах
Прочность	податливый
Плотность (измеренная)	4.503 г/см 3
Радиоактивность (GRapi)
Магнетизм	парамагнетик

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Люминесценция в ультрафиолетовом излучении

не флюоресцентный

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Точечная группа	6/mmm (6/m 2/m 2/m) – дигексагональный дипирамидальный
Пространственная группа	P63/mmc
Сингония	гексагональная
Параметры ячейки	a=2,951 с=4,697 (α-Ti)

Источник: mineralpro.ru