Innehåll
- Vad är titan?
- Användning av titanmetall
- Vad är titandioxid?
- Användning av titandioxid
- Var kommer titan ifrån?
- Titanium Production i USA
CIA A-12 Reconnaissance Aircraft: Fotografi av ett CIA A-12 supersoniskt rekognoseringsflygplan med namnet "The Titanium Goose" som förbereder sig för att tanka i hög höjd. Namnet passar eftersom många av dess delar är tillverkade med titan. Bild av Central Intelligence Agency.
Vad är titan?
Titan är en silvermetall som är stark, korrosionsbeständig och inert. Det är det nionde vanligaste elementet i jordskorpan. I stället för att uppstå i stora avsättningar förekommer små mängder titan i nästan varje sten.
Titan är en viktig beståndsdel i ett litet antal mineraler. Cirka 90% av titanet i jordskorpan förekommer i ilmenit, ett mineral som de flesta människor aldrig har hört talas om. Det är en järn titanoxid med en kemisk sammansättning av FeTiO3. Resten av jordens titan nära ytan finns i mineraler som anatas, brookit, leucoxen, perovskite, rutil och sfene.
Nitinol 60: Nitinol 60 är en legering som innehåller 60 procent nickel och 40 procent titan. Normalt används rostfritt stål för att göra lager eftersom det är hårt, men rostfritt stål utsätts för korrosion. Nitinol 60 löste korrosionsproblemet utan förlust av styrka och reagerade inte med lagersmörjmedel. Bild av NASA.
Användning av titanmetall
Titan är en bekant metall. Många vet att det används i smycken, proteser, tennisracketar, målmasker, sax, cykelramar, kirurgiska verktyg, mobiltelefoner och andra högpresterande produkter. Titan är lika stark som stål men väger ungefär hälften så mycket. Den är dubbelt så stark som aluminium men bara cirka 60% tyngre.
Titan kombineras med järn, aluminium, vanadin, nickel, molybden och andra metaller för att producera högpresterande legeringar. Jetmotorer, rymdskepp, militär utrustning, lager, kroppsrustning och andra högteknologiska produkter behöver delar tillverkade med dessa legeringar.
Titanium flygplan delar: Titanmetall och legeringar ger högstyrka, lätta, korrosionsbeständiga delar för flygmotorer, kontroller och konstruktionskomponenter. Denna NASA F-16XL har en titanhandske för laminärflödesstudier som täcker en del av sin vänstra vinge. NASA-bild av Jim Ross.
Vit färg: Det mesta av den vita färgen som används idag innehåller titandioxid som pigment. Detta ger färgen en ljus vit färg som är permanent, med opacitet att täcka i en beläggning och en ljusstyrka som reflekterar ljus. När färgen torkar är mineralbeläggningen som finns kvar på din vägg titandioxid. Bild copyright / Okea.
Vad är titandioxid?
Titandioxid är ett ljust, vitt ogenomskinligt material med en kemisk sammansättning av TiO2. Det produceras genom att oxidera ilmenit eller andra titanmineraler vid höga temperaturer. Det slipas sedan i det fina pulvret som krävs för dess många användningsområden.
Cirka tio gånger mer titan används i form av titandioxid jämfört med titanmetall. De flesta har aldrig hört talas om att titan används i denna form. Detta beror på att titandioxid är en ingrediens i produkter snarare än ett primärt material.
Poleringsföreningar: Titandioxidpulver klassificeras noggrant efter partikelstorlek och säljs som en polermedel för lapidär- och metallarbete. Bilden är en klipptrumma som just har öppnats med en tjock vit skum av polska.
Användning av titandioxid
Den vanligaste användningen av titan är som ett blekningsmedel, ljusare och opacifierande medel. Vita färger av hög kvalitet innehåller vanligtvis betydande mängder titandioxid, som har ett pigmentnamn "titanvit". Titandioxid ökar färgens vithet och reflektivitet. När du går in i ett rum och tänder på ljuset är färgen mycket reflekterande och får rummet att bli ljusare - eftersom mer ljus reflekteras från de målade ytorna. Titandioxid ökar också målarnas opacitet, vilket gör att ett lager kan täcka vad som är nedan i många situationer.
Under nästan 2000 år var "blyvitt" ett viktigt pigment som användes i vitfärg. År 1904 rapporterade Sherwin-Williams, en färgtillverkare, om farorna med färg som innehåller blypigment. Sedan dess började färgtillverkarna flytta bort från blypigment och titanpigment var den mest livskraftiga ersättningen. Idag har de flesta vitfärger som produceras titandioxid som pigment.
Titandioxid pressas in i fibrerna i högkvalitativa papper för att förbättra deras vithet, ljusstyrka och struktur. Det läggs till skummjölk för att förbättra dess vithet och opacitet. Det läggs till tandkräm, gummi, plast, kosmetika, solskyddsmedel och många livsmedelsprodukter av samma anledning. Dessa är material som används av nästan varje person på jorden nästan varje dag. Få människor inser vilken roll titan spelar inom dem. Det kan användas i livsmedel, kosmetika och andra produkter som människor konsumerar eftersom det är inert.
Titandioxidpulver klassificeras också till specifika partikelstorlekar för användning som en polermedel. Det används för att polera ädelstenar, metaller och andra material. Det är ofta mindre effektivt än andra polermedel, men när det är effektivt kan det ge en kostnadsbesparing.
Tung mineral sand: Grunt grävning på Folly Beach, South Carolina, exponerar tunna lager av tunga mineraler. De flesta ilmeniter som bryts i dag kommer från sand med en tung mineralkoncentration. Fotografi av Carleton Bern, USA: s geologiska undersökning.
Var kommer titan ifrån?
De flesta av världens titan produceras genom gruvdrift av tunga mineraler. Dessa sand inträffar nedgradient från exponerade massor av stötande berg som gabbro, norite och anorthosite. Dessa stenar innehåller titanbärande mineraler som ilmenit, anatas, brookit, leucoxen, perovskit, rutil och sfen.
När dessa stenar bryts ned genom väderbildning är titanmineralerna bland de mest resistenta. De koncentreras av väderbitande och transporteras nedströms som sandkorn och slam. Så småningom deponeras de som sand längs kustens kontinent. Det är här de vanligtvis muddras eller bryts. Gruvdrift sker också på inlandsplatser där titanmineraler avsattes under perioder med havsnivå högre än vad vi känner idag.
Dessa tunga mineralsandar kan innehålla några viktprocent ilmenit och andra titanmineraler. Efter att sanden har bryts går den till en bearbetningsanläggning som återvinner titanbärande mineraler. Andra värdefulla mineraler kan återvinnas samtidigt. Därefter bearbetas eller säljs de för produktion av titanmetall eller titandioxid. Sanden återförs sedan till den plats där den bryts och stranden återvinns.
Titan i ström sediment och jord: En karta som visar överflödet av titan, i form av titandioxid, i strömsediment och jord i en del av östra USA. En titanrik zon motsvarande Virginia Blue Ridge fysiografiska provinsen visar värden på över 3 viktprocent titandioxid, United States Geological Survey.
Titanium Production i USA
USA använder fler titanmineraler än de för närvarande producerar, vilket gör det till en nettoimportör av titan. En begränsad mängd muddring har skett utanför Floridas atlantiska kust. Där strandmudrar muddras och bearbetas för att ta bort tunga mineraler. Ilmenit är det primära titanbärande mineral som utvinns genom denna aktivitet.
Onshore-gruvdrift har inträffat på flera platser i Virginia. Där har en ilmenitbärande anortositkropp i den fysiografiska provinsen Blue Ridge blivit utsatt för erosion. Sediment härrörande från denna erosion kan lokalt innehålla några viktprocent tunga mineraler, med ilmenit som det primära titanbärande mineralet. Dessa avlagringar har grävts ut och bearbetats för att ta bort deras tunga mineralinnehåll. Området där denna gruvdrift inträffar motsvarar titanrika strömsediment och jord som samplats, analyserats och kartlagts av National Geochemical Survey (se medföljande karta).
För att möta titankraven importerar USA titanmineralkoncentrat. Ledande titanproducenter inkluderar: Australien, Kanada, Kina, Japan, Kenya, Madagaskar, Moçambique, Norge, Ryssland, Saudiarabien, Senegal, Sierra Leone och Sydafrika.