Jak se taví titan?
Titan, prvek známý jako „vesmírný kov“, se svými jedinečnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi hraje nezastupitelnou roli v letectví, kosmonautice, lékařství a dalších oborech. Jak se tedy získává titan z hluboké podzemní rudy? Dále se společně vydejme na tuto cestu tavením titanu.
1. Suroviny titanu
Surovinou pro výrobu kovového titanu je především rutil, který obsahuje více než 96 % oxidu titaničitého. Země, které postrádají rutilové doly, používají „strusku s vysokým obsahem titanu“ vyrobenou z ilmenitu, který obsahuje asi 90 % oxidu titaničitého. Kvůli růstu cen a klesajícím zásobám přírodního rutilu mají země tendenci používat ilmenit k výrobě materiálů bohatých na titan, konkrétně strusky s vysokým obsahem titanu a umělého rutilu. Titan byl objeven v roce 1791, ale první čistý titan byl vyroben v roce 1910, což trvalo více než sto let. Důvodem je, že titan je velmi aktivní při vysokých teplotách a snadno se kombinuje s prvky, jako je kyslík, dusík a uhlík. Získání čistého titanu vyžaduje velmi drsné podmínky.
2. Kroky tavení titanu
Při tavení titanu jde o složité kroky. Přeměňte ilmenit na chlorid titaničitý, vložte jej do uzavřené nádoby z nerezové oceli, naplňte ji argonem a reagujte s kovovým hořčíkem, abyste získali „houbovitý titan“. Tento porézní "houbovitý titan" nelze použít přímo a musí být roztaven do kapaliny v elektrické peci, než může být odlit do titanových ingotů. Ale jak snadné je vyrobit takovou elektrickou pec! Kromě toho, že vzduch v elektrické peci musí být evakuován, je nepříjemnější, že je prostě nemožné najít kelímek pro tekutý titan, protože běžné žáruvzdorné materiály obsahují oxidy a kyslík v nich bude odebrán tekutým titanem .
3. "Vodou chlazený měděný kelímek"
Později lidé konečně vynalezli elektrickou pec s „vodou chlazeným měděným kelímkem“. Tato elektrická pec má pouze část centrální oblasti, která je velmi horká a zbytek je studený. Po roztavení titanu v elektrické peci proudí ke stěně měděného kelímku chlazeného vodou a okamžitě kondenzuje do titanového ingotu. Touto metodou lze vyrobit titanové bloky o hmotnosti několika tun, ale její náklady si lze představit.
4. Průmyslová extrakce oxidu titaničitého
V průmyslu se oxid titaničitý často vyrábí rozkladem ilmenitu kyselinou sírovou a poté se z oxidu titaničitého vyrábí kovový titan. Aby se odstranila nečistota Fe2(SO4)3, přidají se železné piliny, Fe3+ se redukuje na Fe2+ a poté se roztok ochladí na teplotu pod 273 K, takže FeSO4·7H2O (zelená vitriol) krystalizuje jako vedlejší produkt.
5. Oxid titaničitý se vyrábí kalcinací kyseliny metatitanové za vzniku oxidu titaničitého. Kovový titan se průmyslově vyrábí redukcí chloridu titaničitého tepelnou redukcí kovu. Oxid titaničitý (nebo přírodní rutil) a uhlíkový prášek se smíchají a zahřejí na 1000-1100K, chlorují a vzniklé páry TiCl4 kondenzují.
6. Chlorid titaničitý je redukován kovovým hořčíkem.
Chlorid titaničitý je redukován kovovým hořčíkem v inertním plynu v molárním poměru a reakční teplota je řízena na asi 900 stupňů za vzniku houbovitého titanu. Vedlejší produkt chlorid hořečnatý může být oddělen od titanu zahříváním na 1000 stupňů ve vakuu.
7. Purifikace
Oxid titaničitý lze redukovat na TiCl4 v argonu roztaveným hořčíkem při 1070 K za vzniku porézního houbovitého titanu. Tento houbovitý titan se drtí, taví ve vakuové obloukové peci a nakonec se z něj vyrábí různé titanové materiály. Získaný TiCI4 se při vysoké teplotě (asi 1250 stupňů) rozloží na TiCI4=Ti+2CI2, čímž se získá čistý titan.
Když se podíváme zpět na celý proces tavení titanu, nemůžeme si pomoci a povzdechneme si nad velikostí lidské moudrosti. Od rudy pohřbené hluboko pod zemí po lehký a houževnatý kovový titan, každý krok ztělesňuje moudrost a pot nespočtu lidí. Právě tvrdá práce těchto zdánlivě obyčejných pracovníků dělá drahý kov titan široce používaným v různých oblastech a významně přispěl k pokroku a rozvoji lidské společnosti.
