Содержание

Введение 2

История открытия и нахождение в природе 4

Месторождение титана 4

Ресурсы и запасы 4

Добыча  и производство 5

Металлогения  и эпохи рудообразования 5

Генетические  типы промышленных месторождений 6

Получение 9

Свойства  титана 12

Физические  и механические свойства титана 12

Химические  свойства титана 14

Применение 19

Соединения  титана 22

Заключение 25 

 
     Введение

     титан химический элемент

     Титан (лат. Titanium) - химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, 4 периода, имеет номер 22. Атом Титана содержит 22 электрона на 7 оболочках вокруг ядра с зарядом +22. Атомная масса приблизительно равна 48.

     Титан - легкий серебристо-белый металл, по внешнему виду похож на сталь. Обладает низкой теплопроводностью, которая  в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза - железа. Титан относится  к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668°С) и кипит при 3300 °С. Его плотность сравнительно мала (4500 кг/м3). Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше прочности алюминия.

     Титан в виде двуокиси был открыт английским любителем-минералогом У. Грегором в 1791 в магнитных железистых песках местечка Менакан (Англия). Грегор растворил пробу найденного черного песка, смешанного с тонким грязно-белым песком, в соляной кислоте; при этом из песка выделилось 46% железа. Оставшуюся часть пробы Грегор растворил в серной кислоте, причем почти все вещество перешло в раствор, за исключением 3,5% кремнезема. После упаривания сернокислотного раствора остался белый порошок в количестве 46% пробы. Продолжая исследования порошка, Грегор пришел к выводу, что он представляет собой соединение железа с каким-то неизвестным металлом.

     В 1795 немецкий химик М. Г. Клапрот установил, что минерал рутил представляет собой природный окисел этого же металла, названного им "титаном". Выделить титан в чистом виде долго не удавалось, лишь в 1910 американский учёный М.А. Хантер получил металлический титан нагреванием его хлорида с натрием в герметичной стальной бомбе; полученный им металл был пластичен только при повышенных температурах и хрупок при комнатной из-за высокого содержания примесей.

     Свойства  титана во многом зависят от степени  его чистоты, поэтому разработка способов массового производства особо  чистого титана является одной из важнейших проблем промышленности. Дело в том, что союз титана с кислородом (а именно в виде такого соединения элемент обычно и встречается  в природе) является одним из самых  прочных в химии. Ни электрический  ток, ни высокие температуры не в  силах вырвать титан из объятий  кислорода.

     Применяемый в промышленности технический титан  содержит примеси кислорода, азота, железа, кремния и углерода, повышающие его прочность, снижающие пластичность и влияющие на температуру полиморфного превращения, которое происходит в  интервале 865-920 °C.

     Титан - один из распространённых элементов, среднее содержание его в земной коре составляет 0,57% по массе. Титан  постоянно присутствует в тканях растений, накапливается у позвоночных  животных, преимущественно в роговых  образованиях, селезёнке, надпочечниках, щитовидной железе, плаценте; плохо  всасывается из желудочно-кишечного  тракта. 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). Этот металл относительно малотоксичен.

     Интересно, что тонкая титановая стружка  при недостаточной смазке может  загораться в процессе механической обработки. А при достаточной  концентрации кислорода в окружающей среде и повреждении окисной  плёнки путём удара или трения возможно загорание металла при  комнатной температуре и в  сравнительно крупных кусках.

     В наши дни к титану приковано внимание тысяч ученых. В многочисленных лабораториях образцы этого металла ежедневно  подвергаются жестоким «пыткам»: его  рвут на части, гнут, «варят» в кислотах и щелочах, раскаляют, охлаждают  до сверхнизких температур, воздействуют на него чудовищными нагрузками, током  высокой частоты, ультразвуком. И  титан раскрывает человеку свои тайны...

      История открытия и нахождение в  природе 

     Впервые титан был открыт в виде двуокиси титана в 1789г. английским ученым МакГрегором. Позднее многим исследователям удавалось получить металлический титан. К числу таких исследователей можно отнести Берцелиуса (1825г.), получившего металлический титан восстановлением фтортитаната калия натрием; Нильсона и Петерсона (1887г.), которые получили металлический титан восстановлением четыреххлористого титана натрием; Муассана (1895г.), получившего металл содержащий около 2% примесей, восстановлением двуокиси титана углеродом с последующим рафинированием, и многих других. Однако, долгое время титан ошибочно считали непригодным для использования в качестве конструкционного материала, так как получаемый металл являлся хрупким из-за большого количества примесей. только в начале этого столетия был получен титан с новыми свойствами, которые ставят его в ряд с самыми ценными материалами.[7,c.6]

     Титан является перспективным металлом не только благодаря его качествам, но и потому, что запасы его в  земной коре очень велики.[7,c.7]

 
     Месторождение титана

     Титан очень распространен в природе; его содержание в земной коре составляет 0,61% (масс.), т.е. выше, чем содержание таких широко используемых в технике  металлов, как медь, свинец и цинк. [1,c.648]

     Минералы, содержащие титан, находятся в природе  повсеместно. В настоящее время  насчитывается около восьмидесяти минералов, в состав которых входит титан.[7,c.7] Важнейшими из них являются: титаномагнетиты FeTiO₃×nFe₃O₄, ильменит , сфен CaTiSiO₅ и рутил TiO₂.[1,c.648]

     Месторождения титана разделяются на россыпные  и коренные. Почти все используемые для производства титана руды добываются из россыпных месторождений. Месторождения  ильменита встречаются во многих странах. Производство ильменитовых концентратов, которые обычно содержат 50-60% двуокиси титана и применяются в основном для получения пигментов титана, в последние годы достигло почти 2,5 млн. т в год. Самым крупным  производителем ильменитовых руд являются США, на долю которых приходится 31% всего  выпуска, Канада – 22%, Австралия – 21% и Норвегия – 13% (1986г.).

     Рутил представляет собой более высококачественное сырье для получения титана, однако его месторождения обнаружены в  немногих странах. Крупнейшими поставщиками рутиловых концентратов являются в настоящее время Австралия, США и Индия.

     В России для производства титана используют ильменит и титаномагнетит, запасы которых исчисляются десятками миллионов тонн. Основным спутником титана в этих рудах является железо, которое находится в низ в виде закиси, находящейся в химическом соединении или механической смеси с двуокисью титана.[7,c8]

     Ресурсы и запасы

     Ресурсы титана выявлены в 48 странах мира и  оцениваются в 1,2 млрд., в том числе  в ильмените — около 1 млрд. т, остальные — главным образом  в рутиле и анатазе. Большая часть ресурсов титана сосредоточена в недрах Австралии, Индии, Канады, Китая, Норвегии, США, Республики Корея, Украины и ЮАР. По общим запасам титана полной статистической информации нет. По данным ГНПП «Аэрогеология» Министерства природных ресурсов РФ мировые (без России) подтвержденные запасы на начало 1997 г. составили около 735 млн. т. Они распределяются следующим образом: Азия — 422,3 млн. т (57,4 %), Америка - 142,5 млн. т (19,4 %), Африка — 72,1 млн. т (9,8 %), Европа — 60,8 млн. т (8,3 %), Австралия и Океания — 37,3 млн. т (5,1 %). Запасы коренных (магматических) месторождений составляют около 69 % мировых (без России), месторождения кор выветривания — 11,5 %, россыпных месторождений — 19,5 %. На долю запасов в ильмените приходится более 82 %, в рутиле — 6 % и в анатазе — менее 12 %. Ильменит-магнетитовые и ильменит-гематитовые руды коренных месторождений составляют основу минерально-сырьевой базы титановой промышленности Канады, Китая и Норвегии. Месторождения коры выветривания карбонатитов разрабатываются пока только в Бразилии. В остальных странах основные запасы титановых минералов сосредоточены в россыпях, а также комплексных месторождениях. В настоящее время в мире выявлено более 300 месторождений титановых минералов, в том числе 70 — магматических, 10 — латеритных и более 230 россыпных. Из них разведано по промышленным категориям 90 месторождений, преимущественно россыпных. По запасам диоксида титана промышленные месторождения подразделяются на следующие группы: 1) очень крупные (уникальные) с запасами превышающими 10 млн. т; 2) крупные — 1—10 млн. т; 3) средние — от 100 тыс. т до 1 млн. т; 4) мелкие — от 50 до 100 тыс. т.

 
     Добыча  и производство

     В 1995—2000 гг. добыча титановых руд и  титансодержащих песков осуществлялась в 12 странах. Действовало 23 карьера и несколько рудников. Коренные месторождения разрабатывались в Норвегии (Теллнес) и Канаде (Аллард-Лейк), в Китае — коренное месторождение (Панчжихуа) и россыпные, в Бразилии — латеритное (Каталан-1) и россыпные, в остальных странах — только россыпные. Извлеченные из недр руды и пески либо обогащались с получением ильменитового, рутилового, анатазового и лейкоксенового (а также цирконового, монацитового и др.) концентратов, содержащих до 45—70 % ТiO?, либо подвергались плавке с выходом титанового шлака (до 85 % ТiO? ) и чугуна или переработке на синтетический рутил. Мировыми лидерами по производству концентратов являлись Австралия (51,6 % мирового производства) и Норвегия (17,3 %). Суммарные мощности обогатительных фабрик дальнего зарубежья в 1997 г. превышали 5,3 млн. т / год и использовались на 75—80 %. Для освоения новых месторождений строятся или проектируются фабрики в Австралии, Вьетнаме, Мозамбике и ЮАР.

     Металлогения  и эпохи рудообразования

     Месторождения титана формировались главным образом  на ранней стадии геосинклинального этапа в связи с отчетливо дифференцированными интрузиями пород габбро-пироксенит-дунитовой формации. Они залегают в форме лополитообразных или плитообразных тел, приуроченных к зонам глубинных разломов, развитым в областях сочленения древних платформ с протерозойскими и раннепалеозойскими складчатыми сооружениями. С зонами активизации древних платформ связано образование многофазных плутонов щелочного и ультраосновного состава с лопаритовым, перовскитовым и титаномагнетитовым оруденением. В процессе разрушения ильменит-рутил- и анатазсодержащих пород возникли латеральные, проалювиальные и аллювиальные россыпи. Титановые месторождения формировались в различные эпохи — от докембрийской до кайнозойской включительно. Докембрийская эпоха являлась наиболее благоприятной для образования крупных коренных месторождений титаномагнетитовых и ильменитовых руд. Они сосредоточены в пределах древних платформ или областей развития докембрийских образований, где пространственно связаны с ультрабазитами и базитами нормального ряда. Особенно широко распространены эти интрузивные комплексы на Африканском, Канадском и Балтийском щитах и Австралийской платформе. Крупнейшие месторождения находятся в ЮАР и приурочены к Бушвельдскому комплексу пород габбро-перидотитовой формации, абсолютный возраст которых определен 1950 ± 100 млн. лет. Такой же возраст имеет комплекс основных и ультраосновных пород Танзании, с которыми связаны также крупные месторождения титаномагнетита. В США в штате Нью-Йорк в Адирондакских горах расположено месторождение Тегавус, которое обеспечивает около 50 % добываемого в стране ильменита. Многочисленные месторождения титана докембрийского возраста выявлены в Канаде. Наиболее крупные из них — Аллард-Лейк, Лейк-Тио, Миллз, Пьюиджелон и другие, расположены в провинции Квебек. В России месторождения титаномагнетитовых руд известны в Карелии (Пудожгорское, Койкарское), в пределах габброидного пояса западного склона Южного Урала (Кусинское, Медведевское, Копанское и другие месторождения). Раннепалеозойская эпоха была неблагоприятной для образования промышленных месторождений титана. Сравнительно небольшие месторождения известны на Урале, в Северной Европе и Южной Африке. В позднепалеозойскую эпоху сформировалось весьма ограниченное количество промышленных месторождений. К ним относится Ярегское месторождение в Республике Коми. Оно представляет собой древнюю прибрежно-морскую россыпь, приуроченную к нефтеносным песчаникам среднего девона. Промышленное значение имеет лейкоксен. Источником производства титановых концентратов могут также стать апатит-нефелиновые руды Хибинского месторождения. В мезозойскую эпоху промышленные месторождения титана практически не образовывались. Кайнозойская эпоха ознаменовалась формированием крупных аллювиальных и прибрежно-морских россыпей титана. Они обычно содержат в значительных концентрациях ильменит, рутил, циркон, магнетит, титаномагнетит и лейкоксен, реже монацит и колумбит. Особенно широко россыпи распространены в Индии, Австралии, США и ЮАР. В Индии наиболее крупные россыпи сосредоточены на Траванкурском побережье в юго-западной части полуострова Индостан. Вдоль побережья россыпи («черные пески») прослеживаются в полосе протяжением 160 км, при средней ширине 150 м и мощности до 7,5 м. В Австралии разрабатываются прибрежные морские россыпи, протягивающиеся в виде полосы длиной более 1200 км от о. Фрезере в штате Квинсленд до г. Сиднея (штат Новый Южный Уэльс). Среднее содержание минералов в тяжелой фракции составляет (%): рутила 20—45, ильменита 14—50, циркона 26—53, монацита 0,2—2,0. Общие запасы этих минералов, подсчитанные по 16 наиболее крупным месторождениям, оцениваются в 2,4 млн. т, в том числе рутила 750 тыс. т и ильменита 660 тыс. т.