티타늄 가공, 광석에서 티타늄 추출 및 다양한 제품에 사용하기위한 티타늄 합금 또는 화합물의 제조.
티타늄 (Ti)은 녹는 점이 1,675 ° C (3,047 ° F) 인 연성 연성 은빛 회색 금속입니다. 화학적으로 불활성 인 산화막 표면에 형성되기 때문에 대부분의 자연 환경에서 우수한 내식성을 갖습니다. 또한 무게는 가벼우 며 알루미늄과 철 사이의 밀도 (입방 센티미터 당 4.51 그램)입니다. 저밀도와 고강도의 조합으로 최대 600 ° C (1,100 ° F)의 온도에서 일반 금속의 강도 대비 중량 비율이 가장 효율적입니다.
원자 직경은 알루미늄, 철, 주석 및 바나듐과 같은 많은 일반적인 금속과 유사하기 때문에 티타늄을 쉽게 합금화하여 특성을 향상시킬 수 있습니다. 철과 마찬가지로, 금속은 두 가지 결정 형태로 존재할 수 있습니다. 883 ° C (1,621 ° F) 미만의 육각형 봉쇄 (hcp)와 융점까지 높은 온도에서 체심 입방 (bcc). 이러한 동위 원소 거동 및 많은 원소와 합금하는 능력은 광범위한 기계적 및 내 부식성을 갖는 티타늄 합금을 생성합니다.
티타늄 광석이 풍부하지만, 고온에서 공기 중의 산소, 질소 및 수소와의 금속의 높은 반응성은 복잡하고 따라서 고가의 제조 및 제조 공정을 필요로한다.
역사
티타늄 광석은 1791 년 영국의 성직자 인 윌리엄 그 레고 (William Gregor)에 의해 코니쉬 해변 모래에서 처음 발견되었습니다. 산화물의 실제 식별은 몇 년 후 독일 화학자 MH Klaproth에 의해 이루어졌습니다. 클라 프로스는이 산화물의 금속 성분에 티탄이라는 이름을 주었고, 그리스 신화의 거인 인 타이탄의 이름을 따랐습니다.
순수한 금속 티타늄은 General Electric Company와 협력하여 Rensselaer Polytechnic Institute (미국 뉴욕 주 Troy)의 MA 헌터가 1906 년 또는 1910 년에 처음 생산했습니다. 이 연구자들은 티타늄의 융점이 6,000 ° C (10,800 ° F)이고 백열 램프 필라멘트의 후보라고 생각했지만 Hunter가 1,800 ° C (3,300 ° F)에 가까운 융점을 가진 금속을 생산했을 때, 노력은 포기되었다. 그럼에도 불구하고, 헌터는 금속에 약간의 연성이 있음을 나타내었고, 진공 상태에서 티타늄 테트라 클로라이드 (TiCl 4)를 나트륨과 반응시켜 금속을 제조하는 방법 은 나중에 상용화되었으며 현재는 헌터 공정으로 알려져있다. 1925 년 네덜란드 과학자 인 AE van Arkel과 JH de Boer가 배기 유리 전구에서 뜨거운 필라멘트로 티타늄 테트라 요오다 이드를 분해하여 상당한 연성의 금속을 생산했습니다.
1932 년 룩셈부르크의 William J. Kroll은 TiCl 4 와 칼슘 을 결합하여 상당한 양의 연성 티타늄을 생산했습니다. 1938 년까지 Kroll은 20 킬로그램 (50 파운드)의 티타늄을 생산했으며 우수한 부식 및 강도 특성을 가지고 있음을 확신했습니다. 제 2 차 세계 대전이 시작될 때 그는 유럽을 떠나 미국에서 Union Carbide Company와 나중에 미국 광산 국에서 일을 계속했습니다. 이때 그는 환원제를 칼슘에서 마그네슘 금속으로 바꿨다. Kroll은 현재 현대 티타늄 산업의 아버지로 인정 받고 있으며 Kroll 프로세스는 현재 티타늄 생산의 기초입니다.
1946 년에 실시 된 미 공군 연구에 따르면 티타늄 기반 합금은 제트 항공기 구조 및 엔진에서 더 높은 강도 대 중량 비율에 대한 새로운 요구가 철강 또는 알루미늄으로 효율적으로 충족 될 수 없기 때문에 잠재적으로 매우 중요한 엔지니어링 재료라고 결론지었습니다.. 그 결과 국방부는 1950 년 티타늄 산업을 시작하기위한 생산 인센티브를 제공했습니다. 일본, 소련 및 영국에서도 비슷한 산업 역량이 설립되었습니다. 항공 우주 산업에서 이러한 자극을 얻은 후, 금속의 준비된 가용성은 화학 처리, 의약, 발전 및 폐기물 처리와 같은 다른 시장에서 새로운 응용 분야에 대한 기회를 제공했습니다.
광석
티타늄은 지구상에서 네 번째로 가장 풍부한 구조 금속이며 알루미늄, 철 및 마그네슘으로 만 능가합니다. 실용 광물 매장지는 전세계에 분산되어 있으며 호주, 미국, 캐나다, 남아프리카, 시에라 리온, 우크라이나, 러시아, 노르웨이, 말레이시아 및 기타 여러 국가의 사이트를 포함합니다.
우세한 광물은 약 95 %의 이산화 티타늄 (TiO 2) 인 루타 일과 50 ~ 65 %의 TiO 2 를 포함하는 일메 나이트 (FeTiO 3) 입니다. 제 3 광물 인 류 코센은 철의 일부가 자연적으로 침출 된 일메 나이트의 변형이다. 특정 티타늄 함량이 없습니다. 티타늄 미네랄은 충적 및 화산 형성에서 발생합니다. 퇴적물은 보통 일메 나이트, 루틸, 루크 센, 지르콘 및 모나자이트로 구성된 3 내지 12 %의 중질 광물을 함유한다.
