Qu'est-ce que le titane?
Propriétés
- Symbole atomique: Ti
- Numéro atomique: 22
- Catégorie de l'élément: Transition Metal
- Densité: 4.506 / cm3
- Point de fusion: 3034 ° F (1668 ° C)
- Point d'ébullition: 5948 ° F (3287 ° C)
- La dureté de Moh: 6
Caractéristiques
Les alliages contenant du titane sont connus pour leur haute résistance, leur légèreté et leur résistance exceptionnelle à la corrosion .
En dépit d'être aussi fort que l'acier, le titane est d'environ 40% plus léger, ce qui, avec sa résistance à la cavitation et à l'érosion, en fait un métal de construction essentiel pour les ingénieurs aérospatiaux.
Le titane est également formidable dans sa résistance à la corrosion par l'eau et les médias chimiques. Il le fait en formant une fine couche de dioxyde de titane (TiO2) sur sa surface qui est extrêmement difficile à pénétrer pour ces matériaux.
Avoir un faible module d'élasticité signifie que le titane n'est pas aussi très flexible, mais revient à sa forme originale après la flexion, ce qui entraîne son importance pour les alliages à mémoire de forme.
Le titane est non-magnétique et biocompatible (non-toxique, non-allergénique), qui a mené à son utilisation croissante dans le domaine médical.
Histoire
L'utilisation du titane métallique, sous quelque forme que ce soit, ne s'est réellement développée qu'après la Seconde Guerre mondiale.
En fait, le titane n'a pas été isolé comme un métal jusqu'à ce que le chimiste américain Matthew Hunter l'a produit en réduisant le tétrachlorure de titane (TiCl4) avec du sodium en 1910; Une méthode maintenant connue sous le nom de processus de Hunter.
La production commerciale n'est cependant pas arrivée avant que William Justin Kroll ait montré que le titane pouvait aussi être réduit du chlorure en utilisant du magnésium dans les années 1930.
Le procédé Kroll reste la méthode de production commerciale la plus importante à ce jour.
Après l'élaboration d'une méthode de production rentable, le titane a été utilisé pour la première fois dans les avions militaires. Les sous-marins et les avions militaires soviétiques et américains (par exemple les sous-marins soviétiques Alfa et Mike et les Super Sabre et Lockheed A-12 de l'USAF) conçus dans les années 1950 et 1960 ont commencé à utiliser des alliages de titane. Au début des années 1960, les alliages de titane ont commencé à être utilisés par les fabricants d'avions commerciaux.
Le domaine médical, en particulier les implants dentaires et les prothèses, a réveillé l'intérêt du titane après les études suédoises du docteur Per-Ingvar Brånemark datant des années 1950 qui ont montré que le titane ne provoque aucune réaction immunitaire négative chez l'homme. appelé ostéointégration .
Production
Bien que le titane soit le quatrième élément métallique de la croûte terrestre (derrière l' aluminium , le fer et le magnésium), la production de titane est extrêmement sensible à la contamination, notamment par l'oxygène, ce qui explique son développement relativement récent et son coût élevé.
Les principaux minerais utilisés dans la production primaire de titane sont l'ilménite, qui représente environ 90% de la production, et le rutile, qui représente les 10% restants.
Environ 6,3 millions de tonnes de concentré de titane ont été produites en 2010, mais seulement une petite fraction (environ 5%) du concentré de titane produit chaque année se retrouve finalement dans le titane. Au lieu de cela, la plupart sont utilisés dans la production de dioxyde de titane (TiO2), un pigment blanchissant utilisé dans les peintures, les aliments, les médicaments et les cosmétiques.
Dans la première étape du procédé Kroll, le minerai de titane est broyé et chauffé avec du charbon à coke dans une atmosphère de chlore pour produire du tétrachlorure de titane (TiCl4). Le chlorure est ensuite capturé et envoyé à travers un condenseur, qui produit un liquide de chlorure de titane qui est plus pur à 99%.
Le tétrachlorure de titane est ensuite envoyé directement dans des récipients contenant du magnésium fondu. Afin d'éviter la contamination par l'oxygène, ceci est rendu inerte par l'addition de gaz d'argon.
Au cours du processus de distillation qui en résulte, ce qui peut prendre plusieurs jours, le récipient est chauffé à 1832 ° F (1000 ° C). Le magnésium réagit avec le chlorure de titane en éliminant le chlorure et en produisant du titane élémentaire et du chlorure de magnésium.
Le titane fibreux qui en résulte est appelé éponge de titane. Pour produire des alliages de titane et des lingots de titane de haute pureté, l'éponge de titane peut être fondue avec divers éléments d'alliage en utilisant un faisceau d'électrons, un arc plasma ou une fusion sous vide.
Dans l'espoir de réduire les coûts d'extraction du titane, les procédés électrolytiques et autres procédés de production de titane métallique continuent d'être activement recherchés.
En raison de sa nature stratégique, les statistiques sur la production de titane peuvent être difficiles à obtenir. Cependant, on estime que la production mondiale totale d'éponges de titane était d'environ 150 000 tonnes en 2010. Les principaux pays producteurs sont la Chine, le Japon, la Russie, le Kazakhstan et les États-Unis. Les grands producteurs d'éponges de titane comprennent VSMPO (Russie), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (États-Unis), Fushun Jinming Titanium Industry (Chine), Luoyang Sunrui Wayi Titanium Co. (Chine) et Osaka Titanium Technology Co. (Japon).
Applications
Les alliages de titane sont principalement utilisés dans les industries suivantes:
- Aérospatial
- Militaire
- Médical
- Chimique
- Articles de sport
Au cours des dernières décennies, les constructeurs d'avions se sont de plus en plus tournés vers le titane en tant que composant structurel clé. Depuis ses premières utilisations au début des années 1960, la teneur moyenne en titane des compagnies aériennes commerciales de Boeing est passée d'environ 2% du poids corporel à environ 15%. Plus...
Sources
> Vidéo TIMET: Le processus Kroll. Disponible sur le site Web de l'International Titanium Association: http://www.titanium.org
Le US Geological Survey: Titane. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
Vulcan, Tom. 2010. Titane: Le Métal des Dieux . Hardassetinvestor.com.
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