As propriedades químicas do titânio são determinadas principalmente pelo seu estado de oxidação +4, porque +4 é o estado mais estável do titânio. Os complexos de titânio possuem geometrias de coordenação octaédrica, com a notável exceção do tetracloreto de titânio (TiCl 4 ), que possui geometria tetraédrica. O maior estado de oxidação do tetracloreto de titânio resulta em um maior grau de ligação covalente. Como metal de transição, o titânio é conhecido por formar complexos aquosos de Ti (IV), conhecidos como complexos aquosos de íons ligantes de titânio.
Óxidos, sulfetos e alcóxidos
Titanatos são compostos de tetratitânio, como tetracloreto de titânio (TiCl+) e titanato de bário (BaTiO3). Eles possuem propriedades piezoelétricas e podem ser usados como transdutores para conversão mútua de som e eletricidade. Ilmenita (FeTiO3) é um composto de titanato.
O mais importante de todos os óxidos de titânio é o dióxido de titânio (TiO²), que existe em três estados policristalinos: rutilo, anatase e brookita, que são sólidos diamagnéticos brancos. Estrelas, rubis e safiras possuem as propriedades do dióxido de titânio (TiO²) da luz das estrelas, razão pela qual possuem um brilho de formação de estrelas.
O óxido de titânio (III, V) (Ti3O+) é um semicondutor violeta produzido pela redução do dióxido de titânio (TiO2) em altas temperaturas na presença de hidrogênio.
O óxido de titânio (III,IV) (Ti3O+) é usado para revestir o óxido de titânio em fase de vapor em superfícies para resistência à corrosão e fins estéticos.
Os alcóxidos de titânio são produzidos pela reação do tetracloreto de titânio com álcoois e são usados para depositar dióxido de titânio sólido por meio de um processo sol-gel.
O isopropóxido de titânio pode ser usado para preparar compostos orgânicos quirais usando o processo de epoxidação Sharpless.
Existem muitos tipos de compostos de sulfito de titânio, dos quais o dissulfeto de titânio é o único comumente usado. Possui estrutura em camadas e é utilizado como cátodo na fabricação de baterias de íon-lítio.
Nitreto e carboneto
O nitreto de titânio e o carboneto de titânio são membros do grupo de transição refratária.
Os nitretos de titânio têm propriedades de dois compostos covalentes:
Dureza extremamente alta
alto ponto de fusão
alto ponto de ebulição
estabilidade termodinâmica
Condutividade térmica
Condutividade
O nitreto de titânio (TiN) tem dureza Mohs de 9.0, a mesma da safira e do carboneto de silício, e é usado como material de revestimento para ferramentas de corte, como brocas, e para fins estéticos devido à sua superfície dourada brilhante. . Na fabricação de semicondutores, atua como material de barreira.
haleto
Os halogenetos de titânio são produzidos por uma reação direta entre o titânio e o gás halogênio (X²). O haleto de titânio mais comum é o tetracloreto de titânio (TiCl+), um líquido incolor e volátil. O tetracloreto de titânio industrial é amarelo claro e hidrolisa no ar, liberando nuvens brancas.
O tetracloreto de titânio é usado para extrair titânio metálico do minério como parte do processo Kroll.
Halogenetos de titânio são usados como ácidos de Lewis.
O haleto de titânio tetraiodeto de titânio (TiI+) vem do processo Van Arkel.
Titânio (III) e titânio (II) são usados para formar tricloreto de titânio e dicloreto de titânio, como catalisadores na produção de poliolefinas e como agentes redutores em química orgânica.
Processo de fabricação de metal de titânio
O processo Kroll é usado para converter titânio bruto em titânio metálico. As etapas do processo incluem extração, purificação, produção de esponja, fabricação de liga e modelagem e conformação. Como cada etapa do processo é cara e demorada, nenhuma indústria é capaz de executar todas as cinco etapas e as indústrias individuais completam vários estágios.
Extração
Por meio da extração, o minério é transportado até a empresa para processamento na forma de minerais contendo titânio. Dentre os diversos tipos de minérios, o rutilo e a ilmenita são os mais utilizados para processamento. Ilmenite requer pré-tratamento para remover o seu teor de ferro. O minério é colocado em um reator de leito fluidizado contendo cloro e carbono e aquecido a 900 graus. A reação química resulta na produção de uma forma impura de tetracloreto de titânio, com monóxido de carbono como subproduto. Impurezas, incluindo ferro, estão presentes no tetracloreto de titânio e devem ser removidas para produzir dióxido de titânio.
purificação
O tetracloreto de titânio é purificado por destilação a vácuo em alta temperatura. O metal produzido durante o processo de extração é colocado em grandes tanques de destilação e aquecido. O processo de purificação utiliza fracionamento e precipitação para separar as impurezas. Como diferentes elementos têm diferentes pontos de ebulição, durante a destilação os vários elementos são removidos à medida que atingem o seu ponto de ebulição. As impurezas removidas incluem vanádio, silício, magnésio, zircônio e ferro.
formação de esponja
À medida que a esponja se forma, o tetracloreto de titânio purificado é derramado no recipiente de reação de aço inoxidável na forma líquida. O magnésio é adicionado e a mistura é aquecida a uma temperatura de 1100 graus para que o magnésio possa reagir com o cloro para formar cloreto de magnésio. O gás argônio é bombeado para dentro do recipiente para remover o ar e evitar reação com oxigênio e nitrogênio. O titânio produzido neste processo não é titânio puro, mas na forma sólida. É retirado do recipiente por meio de perfuração e tratado com uma mistura de água e ácido clorídrico para retirar o excesso de magnésio e cloreto de magnésio. O titânio produzido por este processo é semelhante a uma esponja.
criação de liga
A esponja de titânio puro é misturada com diferentes ligas e sucata usando um forno elétrico a arco com eletrodo consumível para criar ligas. Depois que os metais são derretidos e misturados em proporções apropriadas, os briquetes são compactados e soldados para formar eletrodos esponjosos, que são derretidos em um forno a arco a vácuo para formar lingotes para processamento posterior na fabricação de diversos produtos industriais e comerciais.
Moldar e moldar
Os lingotes são removidos do forno, inspecionados quanto a defeitos, embalados e enviados para uso na fabricação de produtos de liga de titânio. Verifique as propriedades de cada lingote para garantir que atendem aos requisitos do cliente. Os lingotes passam por diversos processos como soldagem, conformação, fundição, forjamento e metalurgia do pó durante o processo de fabricação do produto.
Subprodutos do processo Kroll
Quando o titânio é separado de suas impurezas, ele deixa para trás magnésio e cloreto de magnésio, que são subprodutos do processo Kroll e são recuperados em tanques de recuperação que separam o magnésio e o cloro em suas formas estáveis, magnésio sólido e cloro gasoso. Durante o processo de coleta, o cloro é coletado na parte superior da unidade de recuperação. O magnésio e o cloro sólidos são guardados para reutilização no processo Kroll.
criação de liga
No quarto estágio, a esponja de titânio puro é misturada com diferentes ligas e sucata para criar ligas utilizáveis com a ajuda de um forno elétrico a arco com eletrodo consumível. Depois que todos os metais necessários são derretidos e misturados nas proporções desejadas, a massa é compactada e soldada para formar o eletrodo esponjoso. Este eletrodo de esponja é derretido em um forno a arco a vácuo para formar lingotes. Esses lingotes são normalmente derretidos repetidas vezes para criar lingotes comercialmente aceitáveis.
Moldar e moldar
Na etapa final do processo Kroll, os lingotes são retirados do forno, inspecionados quanto a defeitos e enviados para uso na fabricação de produtos de liga de titânio. Verifique o desempenho de cada lingote para garantir que os requisitos do cliente sejam atendidos. Os lingotes de aço passam por vários processos, como soldagem, modelagem, fundição, forjamento, metalurgia do pó, etc., e são finalmente moldados em produtos acabados. Tudo depende das especificações do produto requerido.
Subprodutos do processo Kroll
Durante o processo Kroll, quando o titânio é separado das impurezas, grandes quantidades de magnésio e cloreto de magnésio são deixadas para trás. Os subprodutos do processo Kroll são imediatamente recuperados na unidade de reciclagem. Os tanques de reciclagem separam o magnésio e o cloro em formas estáveis. Isso é magnésio na forma sólida e cloro na forma gasosa. O cloro é coletado do topo do tanque de recuperação e ambos os componentes são reutilizados no processo Kroll.
