Багира

Понедельник, 09 25th

Последнее обновлениеВс, 24 Сен 2017 6pm

Древние греки называли титаном каждого из богов второго поколения — сыновей Урана и Геи. Сегодня под этим именем и номером «22» в таблице Менделеева расположился химический элемент, открытый в 1791 году задолго до появления Периодической таблицы. В наши дни титан является незаменимым материалом в различных областях — как в гражданской, так и в военной.

Титан — надёжный и незаменимый

Журнал: Тайны вселенной №8(118), 2017 год
Рубрика: Геология
Автор: Константин Ришес

Явление титана

Фото: металл титанАнглийский священник и минералог-любитель Уильям Грегор нашёл в своём приходе в долине Меначан чёрный песок. Когда он попробовал растворить его в соляной кислоте, из песка выделилось 46% железа. Оставшуюся часть пробы Грегор растворил в серной кислоте и после выпаривания раствора получил в сухом остатке белый порошок. Исследуя его, Грегор пришёл к выводу, что имеет дело с соединением железа с каким-то другим металлом. Независимо от Грегора немецкий аптекарь, а впоследствии известный химик Мартин Клапрот взялся за изучение минерала рутил. Из этого минерала ему удалось выделить окисел неизвестного металла, который он назвал титаном. Зная о работах Грегора и выполнив сравнительный анализ открытого тем элемента и рутила, Клапрот установил их полную идентичность. В конце XIX века в России смогли выделить титан из минерала ильменит. В 1895 году был впервые получен электролитический титан, а в 1925 году голландцам удалось получить титан действительно высочайшей чистоты — 99,9%.

Знаете ли вы что…

Сейчас в районе Верхней Салды создаётся особая экономическая зона, так называемая Титановая долина. Здесь будут развиваться производства по механической обработке разнородных изделий из титановых сплавов. Цель проекта — создавать в стране как можно больше добавленной стоимости, отдавая на сторону как можно меньше сырья и заготовок, требующих значительного объёма доработок.

Начало пути

Сегодня науке известно не менее 70 минералов, содержащих титан в тех или иных пропорциях, но промышленная добыча осуществляется главным образом в месторождениях ильменита, рутила и лейкоксена. Наибольшая доля (до 90%) ильменитовых, лейкоксеновых и рутиловых концентратов идёт на производство диоксида (двуокиси) титана. Из ильменитовых концентратов также синтезируют рутил, попутно получая титановые шлаки, которые также могут использоваться для производства губчатого титана и диоксида титана. Помимо этого природный рутил частично применяется и для обмазки сварочных электродов.
Рутиловые концентраты содержат 93-96% диоксида титана, ильменитовые — 44-70%. Концентраты лейкоксеновых руд на 90% состоят из диоксида. Сегодня во всём мире разведано более 300 месторождений титановых минералов, в числе которых 70 магматических и более 230 россыпных. По-прежнему остаются в эксплуатации два коренных месторождения ильменита в Канаде и Норвегии. Россыпи обрели наибольшее промышленное значение, активно эксплуатируясь как источники рутилового и, в меньшей мере, ильменитового сырья.
Мировые запасы титанового сырья сегодня, если верить статистике американской Геологической службы, поделены между основными добывающими странами ориентировочно следующим образом: из общего объёма 600— 670 млн. т, ильменита и примерно 50 млн. т, рутила львиная доля приходится на Китай, ЮАР, Индию и Норвегию. Большинство месторождений в Китае относятся к магматическим рудам и являются источником одновременно титана и железа. Самыми крупными эксплуатируемыми месторождениями остаются прибрежные россыпи, содержащие не только титан, но также и ряд редкоземельных металлов. Расположены они вдоль берегов Индии, Шри-Ланки, Вьетнама и Австралии.
В странах СНГ ведущее место поразведанным запасам титановых руд занимают Россия (58%) и Украина (40%). Несмотря на такой расклад, главным производителем титанового сырья в СНГ является Украина. В целом в СНГ известно большое число разного типа месторождений титана — в основном магматические или прибрежно-морские россыпи. Основные российские месторождения разместились на Урале (Копанское, Медведевское) и в Амурской области (Большой Сейим). Титановую губку поставляет фирма АВИСМА из Березников Пермского края. Информация об объёмах добычи титанового сырья в России не публикуется.

Добыча сырья — только начало

Основными продуктами, получаемыми при переработке ильменитовых и рутиловых концентратов, становятся титановые шлаки и диоксид титана. Производство последнего осуществляется двумя способами: сульфатным, основанным на разложении концентратов серной кислотой, либо более экономичным — хлоридным. Оба способа достаточно сложны и отнюдь не экологичны.
Металлический титан производится из рутиловых концентратов и титановых шлаков, реже — из полученного сульфатным способом диоксида титана. Титан получается в виде крупных блоков пористой губки, которые затем дробят, превращая в шихту. Конечным же продуктом производства является так называемый компактный (металлический) титан, получаемый методом дуговой вакуумной плавки шихты. В процессе плавки в титан могут добавляться необходимые присадки, такие как алюминий, хром, молибден.

Знаете ли вы что…

Титан открыл путь к мировым рекордам советским атомным ПЛ. Две выполненные из титанового сплава лодки проектов 661 и 685 установили непревзойдённые до сих пор рекорды, соответственно, скорости подводного хода (44,7 узла) и глубины погружения (1027 м) и были занесены в Книгу рекордов Гиннесса. Причём обе лодки являлись действующими боевыми кораблями. Также целиком из титана были выполнены 7 уникальных АПЛ 705-го проекта.

Затем следует этап кузнечно-прессового производства. Слитки для начала превращают в слябы или так называемые биллеты (от английского «billet» — бревно). И уже они после нагрева в специальных печах идут под могучие гидравлические прессы, молоты или на прокатные станы. В конце процесса — готовые изделия: поковки разных форм с минимальным припуском на механическую обработку, прокат различного профиля или листы с широчайшим диапазоном толщин (от долей до десятков миллиметров).
Вся эта продукция выходит из цехов предприятия-гиганта «ВСМПО-АВИСМА», уже давно ставшего неотъемлемой частью мирового авиапрома. Современные «Эрбасы» и «Боинги», как и российские «Суперджеты», непременно несут в себе детали, рождённые в городе Верхняя Салда Свердловской области. Верхнесал-динское металлургическое производственное объединение (ВСМПО) сегодня осталось, возможно, единственным российским предприятием, продукцию которого знают во всём мире. Объединение в содружестве со специалистами институтов лёгких сплавов и авиационных материалов, а также самолетостроительных и двигателестроительных КБ наладило выпуск изделий для всех отечественных авиадвигателей, самолётов и вертолётов, в том числе Ил-7б, Ту — 160, «Руслан», «Мрия», Су-34, Миг-31, Ми-26 и многих других. Кроме того, ВСМПО внесло свой весомый вклад в разработки стыковочного узла для комплекса «Союз-Аполлон», космического корабля «Буран» и ракетоносителя «Энергия».

Плюсы и минусы титана

Лёгкость, высокая удельная (по отношению к собственной массе) прочность, термостойкость и ударная вязкость сделали титан незаменимым материалом для аэрокосмической промышленности. Действительно, будучи в 1,75 раза легче большинства сталей, титан не уступает им, а порой и превосходит по прочности. Конечно, в конструкциях летательных и космических аппаратов используется не чистый титан, а его разнообразные сплавы, при создании которых металлурги делают упор на какое-то определённое качество, являющееся ключевым для деталей, на изготовление которых пойдёт этот сплав. Иногда это может быть повышенная механическая прочность, в другой раз — устойчивость к сверхвысоким температурам, а может быть — и то и другое. Но во всех вариантах неизменно должно присутствовать ещё одно качество — высочайшая надёжность; ведь нагрузки, которым подвергаются выполненные из титана узлы, будь то лопатки турбореактивного двигателя или стойки самолётного шасси, огромны. Однако помимо уже названных достоинств титан обладает ещё двумя качествами, сделавшими его чрезвычайно привлекательным для подводного судостроения. Это уникальная коррозионная стойкость титана в морской воде и его немагнитность. Благодаря изготовлению прочных корпусов и узлов атомных подводных лодок из лёгких титановых сплавов достигнуто снижение их водоизмещения, увеличение предельной глубины погружения и скорости. Немагнитность титана позволила отказаться от сложных систем размагничивания лодок без ущерба для их скрытности.
Но, увы, не одни достоинства присущи титану. Немало проблем пришлось решать инженерам и технологам, прежде чем авиазаводы и судостроительные верфи смогли уверенно работать с титановыми сплавами. Из-за повышенной вязкости большие трудности возникли с механической обработкой — для этого потребовался специальный инструмент (резцы, фрезы и т.п.). Обычная сварка (а в судостроении это ключевая технология) для титана непригодна. Его сваривают методами либо аргонодуговой, либо электронно-лучевой сварки. Ещё одним неприятным качеством титана стала его высокая электрохимическая активность. Будучи сам абсолютно коррозионностойким, титан в условиях повышенной влажности и тем более морской воды вызывает сильную коррозию соприкасающихся с ним деталей из других металлов. Конструкторам пришлось изобретать методы защиты, а металловедам разрабатывать специальные марки стали и бронзы, способные работать в паре с титаном.
Но, несмотря на все сложности, связанные с использованием титана, его кардинальные достоинства не оставляют сомнения в целесообразности применения титановых сплавов в ряде отраслей промышленности.

Канал сайта

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Вы здесь: Главная Статьи Наука и техника Геология Титан — надёжный и незаменимый