Титан

    В 1908 г. в США и Норвегии началось изготовление белил не из соединений свинца и цинка, как делалось прежде, а из двуокиси титана. Такими белилами можно окрасить в несколько раз  большую поверхность, чем тем  же количеством свинцовых или  цинковых белил. К тому же у титановых  белил больше отражательная способность, они не ядовиты и не темнеют  под действием сероводорода. В  медицинской литературе описан случай, когда человек за один раз "принял" 460 г двуокиси титана! «Любитель» двуокиси титана не испытал при этом никаких болезненных ощущений. Двуокись титана входит в состав некоторых медицинских препаратов, в частности мазей против кожных заболеваний.

      Однако не медицина, а лакокрасочная  промышленность потребляет наибольшее  количество TiO2. Мировое производство этого соединения намного превысила полмиллиона тонн в год. Эмали на основе двуокиси титана широко используют в качестве защитных и декоративных покрытий по металлу и дереву в судостроении, строительстве и машиностроении. Срок службы сооружений и деталей при этом значительно повышается. Титановыми белилами окрашивают ткани, кожу и другие материалы. Белый диоксид титана используется также при производстве бумаги и пластика.

    Двуокись  титана входит в состав фарфоровых масс, тугоплавкий стекол, керамических материалов с высокой диэлектрической  проницаемостью. Как наполнитель, повышающий прочность и термостойкость, её вводят в резиновые смеси. Однако все  достоинства соединений титана кажутся  не существенными на фоне уникальных свойств металлического титана.

    Из  соединений титана практического значение имеют окислы титана, галогениды титана, а также силициды титана, используемые в технике высоких температур; бориды титана и их сплавы, применяемые  в качестве замедлителей в ядерных  энергетических установках благодаря  их тугоплавкости и большому сечению  захвата нейтронов. Карбид титана, обладающий высокой твёрдостью, входит в состав инструментальных твёрдых сплавов, используемых для изготовления режущих  инструментов и в качестве абразивного  материала.

      Двуокись титана и титанат  бария служат основой титановой керамики. Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий. Диборид титана — важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов. Нитрид титана применяется для покрытия инструментов. Титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3 и ряд других титанатов — сегнетоэлектрики.

    Титан является легирующей добавкой в некоторых  марках стали. Титан используют в основном для получения легких прочных сплавов с Аl, V, Мо, Мn, Сr и др. В странах Запада и в Японии наибольшее распространение получил сплав Ti-Al-V, на производство которого идет до 50% титана. Чистый титан в виде кованых деталей, ленты, проволоки и др. применяют в электровакуумной технике для изготовления анодов, сеток и др. деталей, в виде порошка - в качестве газопоглотителя (геттера). С целью защиты от коррозии титан покрывают поверхности стальных изделий. Ферротитан (содержит 18-25% Ti) применяют для раскисления стали и удаления растворенных в ней кислорода, азота и серы. Присадки титана вводят в различные (марганцовистые, хромистые, хро-момолибденовые, хромоникелевые и др.) специальные стали, медные и алюминиевые сплавы. Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.

    Титанорганические соединения (например, тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.

    В 80-х гг. в развитых странах около 60-65% титан использовали в ракето- и самолетостроении, 15% в химической машиностроении, 10% в энергетике, 8% в кораблестроении и для опреснителей морской воды.

    Гидрид  титана служит лабораторным источником чистого Н2; K2TiF6 используют при переплавке А1 и его сплавов для получения слитков с тонкой структурой зерен и лучшими механическими свойствами, а также для получения лигатур Al-Ti и Al-Ti-B. Слоистый дисульфид TiS2 - перспективный материал для катодов хим. источников тока с Li-анодом, борид TiB2-материал для плавки Be и др. металлов, электродов для плавки А1.

    Мировое производство титана (без СНГ) 30 тыс. т/год. 

    Титан в химической и  нефтехимической  промышленности

    Химическая  промышленность является одним из основных потребителей титана среди отраслей народного хозяйства. Ей по объемам  потребления сейчас принадлежит  второе место. Известно, что одной  из важнейших проблем химических производств является проблема коррозии. Вместе с непрерывным увеличением  объема производства растут издержки на защиту от коррозии и замену вышедшего  из строя оборудования, потери от простоев и аварий. Наиболее эффективным путем  решения этих вопросов является использование  в химическом машиностроении новых  коррозионностойких   материалов.

    Титановые сплавы эффективно заменяют дефицитные материалы: сплавы на основе никеля (хастеллой  «В» и «С», монель), высоколегированные стали (Х23Н28МЗДЗТ), нержавеющие стали  типа Х18Н10Т, редкие, драгоценные и  цветные металлы (тантал, ниобий, платину, медь, олово), пластмассы.

    Анализ  свойств материалов, которыми располагает  современная техника, показывает, что  титановые сплавы обеспечивают в  химии снижение эксплуатационных затрат, безаварийность работы, возможность  создания усовершенствованных конструкций, исключают дорогостоящие и трудоемкие работы по футеровке, и все это  несмотря на более высокие первоначальные капитальные вложения при применении титанового оборудования. Эксплуатация уже первых титановых аппаратов  подтвердила его ценность как  конструкционного материала для  основных химических и нефтехимических  производств. Первым использованием титана в химической промышленности считается  применение его фирмой «Титаниум  металлз корпорейшен оф Америка» в 1954 г. для футеровки миксера, содержащего  двуокись хлора и подвергавшегося  коррозии и истиранию.

    Титановое оборудование изготавливается и  широко применяется в США, Японии, Англии, ФРГ, Франции, Щвеции, Италии. Имеется  успешный опыт его применения в Чехословакии, а также Болгарин, Румынии.

    Многочисленные  сведения по коррозионной стойкости  титана и его сплавов и областях рационального их применения содержатся в весьма обширной литературе.  К  известным областям применении титана относятся производства: хлора и  каустика, двуокиси хлора, хлорной кислоты, хлоридов и хлоратов калия, натрия, магния, марганца, перхлората аммония, гипохлорита кальция, натрия, трихлорацетата, гербицидов 2,4-Д,  хлорокиси меди, хлорной извести, хлористого аммония, карналита, соды, бертолетовой соли, глауберовой  соли, мочевины, азотной и серной кислот, полихлоруксусных, карбопопых кислот, этилбепзола, изопропилбен-зола, органического стекла, симаэина, хлористого нитрозила, меламина, азокрасителей, 2-3-дихлорнафтехипона, 1,4-параоксидифи ниламина, паранитроинилина, неозона Д, изатина, хромолана, оптически  отбеливающих веществ, полиэтилена, ацетальдегида, синтетического каучука (хлоронрепового, изопрепового), жидкого тиокола, вискозного волокна, капролактама, винилацетата, эпоксидных смол, фармацевтических средств (танина, галловой кислоты, настойки йода, экстрактов чебреца, диголен-пео, водяного перца, нашатырного аниса, грудного элексира, инъекционных растворов и  др.), опреснения морской воды и др. Всего в настоящее время известно очень большое число промышленных сред (свыше шестисот), где поведение  титана хорошо изучено. Существует ряд  производств (двуокись хлора, хлориты, ацетальдегид, гербициды и ряд  других, важнейших химических продуктов), где титан являемся единственным  коррозионностойким материалом.

    Так как титановые сплавы относятся  к сравнительно новым конструкционным  материалам, то при их применении всегда была и остается целесообразной предварительная  проверка коррозионной стойкости в  конкретных производственных условиях. Промышленные среды, как правило, многокомпонентные  системы, и часто даже небольшие  добавки различных веществ,  содержащихся в технологических растворах  в корне меняют коррозионное поведение  титана. Добавки окислителей, а также  присутствие ионов металлов оказывают  ингибирующее действие на коррозию титана в растворах минеральных кислот. Так, известны факты, когда титановое оборудование не подвергалось коррозионному разрушению в течение 8 лет в среде, содержащей серную кислоту до 200 г/л, при наличии солей меди, никеля, железа при температурах до 80°С. Скорость коррозии титана в 20%-ной серной кислоте при температуре 90°С составляет 0,5 мм/год. В то же время титановые насосы длительно работают в производстве на перекачке растворов, содержащих соляную кислоту (5—15%) и примеси хлоридов железа, алюминия, магния.

    Титан обладает высокой коррозионной стойкостью во влажном хлоре, его кислородных  соединениях, хлорсодержащих органических соединениях, растворах большинства  хлоридов, в условиях, в которых  углеродистые и высоколегирующие стали  подвергаются язвенной коррозии и коррозионному  растрескиванию. Именно в хлорной  промышленности титановое оборудование имеет наиболее широкое применение. Однако на практике имеют место случаи аномальной коррозии титана во влажном  хлоре и растворах хлоридов. Повышенная коррозия наблюдается в местах возникновения  щелей и зазоров — местах соединения коллекторов с электролизерам, развальцовки труб в решетке (без дополнительной приварки) между валом и рабочим  колесом и т. д. Избежать этих явлений  можно рациональным конструированием оборудования, использованием титановых  сплавов, менее подверженных щелевой  коррозии (сплав титана с 0,2% палладия).

    В контакте с другими металлами  в большинстве агрессивных сред титан является катодом и увеличивает  коррозию контактирующего с ним  металла. К таким металлам относятся  нержавеющие стали X18H10T, Х17ГШМ2Т, Х15Г9Н4 и другие, латунь, бронза. Коррозия при  этом имеет часто язвенный межкристаллитный характер, скорость ее зависит от соотношения  площадей контактируемых деталей.

    Наибольшее  применение в химической промышленности нашел сплав 8Т1-0. Из серийных сплавов  он в большинстве случаев обладает лучшей коррозионной стойкостью и рекомендуется  для работы при температуре не выше 350°С. Перспективно применение в  химической промышленности также сплава АТ-3, разработанного в ИМЕТ АН СССР И. И. Корниловым с сотрудниками. В  ряде случаев сплав показывает лучшую по сравнению с другими серийными  сплавами (включая и ВТ1-0) коррозионную стойкость (среды фармацевтической, пищевой промышленности, морская  вода). К преимуществам сплава следует  отнести и его более высокие (по сравнению с ВТ1-0) антифрикционные  свойства.

    Для сред, содержащих концентрированную  соляную и серную кислоты при  температурах кипения, муравьиную, фосфорную  и другие, рекомендованы сплавы титана, легированные палладием и молибденом. Сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в восстановительных  средах, более устойчивы против щелевой  и других видов местной коррозии. Предназначены для замены сплавов  на основе никеля (хастеллой, монель), тантала, платины, золота. В настоящее время  среди химических производств наибольшее развитие получают производства полимерных материалов - пластмасс, синтетических  смол, волокон, каучуков, спиртов и  т. д. Получение их осуществляется в  средах, обладающих агрессивными свойствами (концентрированные растворы серной, соляной   кислот в присутствии хлора, хлоропроизводных при повышенных температурах).  В этих условиях большинство  конструкционных  материалов — нержавеющие стали, сплавы типа хастеллой «В» и «С» - подвергаются интенсивной коррозии и коррозионному растрескиванию. Исследования свойств сплавов марок 4200 и 4201 и опытнопромышленные испытания оборудования из них позволяют рекомендовать  их   к  применению  в  производстве тетрахлоралканов, фурфурола, аминовых   кислот,  метилового   эфира   метикриловой кислоты, капролактама, вискозного волокна и др. 

    Биологическая роль титана

    В животных организмах титан открыт английским   химиком  Г. Ризом в 1835, в растительных — немецким  химиком  А. Адергольдом в 1852. Растения поглощают титан из почв, концентрируя его в сотни и тысячи раз, животные — из растительной пищи.

    В человеческом организме содержится до 20 мг титана. Титан постоянно присутствует в тканях растений и животных. В наземных растениях его концентрация — около 10-4%, в морских — от 1,2 ×10-3 до 8 ×10-2%, в тканях наземных животных — менее 2 ×10-4%, морских — от 2 ×10-4 до        2 ×10-2%. Накапливается у позвоночных животных преимущественно в роговых образованиях, селезёнке, надпочечниках, щитовидной железе, плаценте титан служит постоянной составной частью молока (в т. ч. женского); плохо всасывается из желудочно-кишечного тракта. В этих органах содержание элемента №22 с возрастом не изменяется, но в лёгких за 65 лет жизни оно возрастает более чем в 100 раз.

      У человека суточное поступление титана с продуктами питания и водой составляет 0,85 мг; выводится с мочой и калом (0,33 и 0,52 мг соответственно). Относительно малотоксичен.

    Из  представителей флоры богата титаном  водоросль кладофора: содержание в  ней этого элемента превышает 0,03%.