Metalle

Verwendung von Titanmetall und Titandioxid



CIA A-12 Aufklärungsflugzeug: Foto eines CIA A-12-Aufklärungsflugzeugs mit dem Namen "The Titanium Goose", das sich darauf vorbereitet, in großer Höhe zu tanken. Der Name passt, da viele seiner Teile aus Titan bestehen. Bild von der Central Intelligence Agency.

Was ist Titan?

Titan ist ein starkes, korrosionsbeständiges und inertes Silbermetall. Es ist das neunthäufigste Element in der Erdkruste. Anstatt in großen Lagerstätten vorzukommen, kommen in fast jedem Gestein geringe Mengen Titan vor.

Titan ist ein wichtiger Bestandteil in wenigen Mineralien. Ungefähr 90% des Titans in der Erdkruste kommt in Ilmenit vor, einem Mineral, von dem die meisten Menschen noch nie gehört haben. Es ist ein Eisentitanoxid mit einer chemischen Zusammensetzung von FeTiO3. Der Rest des oberflächennahen Titans der Erde besteht aus Mineralien wie Anatas, Brookit, Leukoxen, Perowskit, Rutil und Sphen.

Nitinol 60: Nitinol 60 ist eine Legierung, die 60 Prozent Nickel und 40 Prozent Titan enthält. Normalerweise wird Edelstahl zur Herstellung von Lagern verwendet, da es hart ist, aber Edelstahl unterliegt der Korrosion. Nitinol 60 löste das Korrosionsproblem ohne Festigkeitsverlust und reagierte nicht mit Lagerschmierstoffen. Bild von der NASA.

Verwendung von Titan Metall

Titan ist ein bekanntes Metall. Viele Menschen wissen, dass es in Schmuck, Prothesen, Tennisschlägern, Torwartmasken, Scheren, Fahrradrahmen, chirurgischen Werkzeugen, Mobiltelefonen und anderen Hochleistungsprodukten verwendet wird. Titan ist so stark wie Stahl, wiegt aber ungefähr die Hälfte. Es ist doppelt so stark wie Aluminium, aber nur etwa 60% schwerer.

Titan verbindet sich mit Eisen, Aluminium, Vanadium, Nickel, Molybdän und anderen Metallen zu Hochleistungslegierungen. Düsentriebwerke, Raumfahrzeuge, militärische Ausrüstungen, Lager, Körperschutz und andere High-Tech-Produkte benötigen Teile, die aus diesen Legierungen hergestellt werden.

Titan Flugzeugteile: Titanmetalle und -legierungen bieten hochfeste, leichte und korrosionsbeständige Teile für Flugzeugmotoren, Steuerungen und Strukturbauteile. Diese NASA F-16XL verfügt über einen Titanhandschuh für Laminar-Flow-Studien, der einen Teil ihres linken Flügels abdeckt. NASA-Bild von Jim Ross.

Weiße Farbe: Der größte Teil der heute verwendeten weißen Farbe enthält Titandioxid als Pigment. Dies verleiht dem Lack eine strahlend weiße Farbe, die dauerhaft ist, mit Deckkraft für einen Anstrich und einer Helligkeit, die das Licht reflektiert. Wenn die Farbe trocknet, ist Titandioxid die mineralische Beschichtung, die an Ihrer Wand verbleibt.

Was ist Titandioxid?

Titandioxid ist ein helles, weißes, undurchsichtiges Material mit einer chemischen Zusammensetzung von TiO2. Es wird durch Oxidation von Ilmenit oder anderen Titanmineralien bei hohen Temperaturen hergestellt. Es wird dann zu dem feinen Pulver gemahlen, das für seine vielen Verwendungen benötigt wird.

Etwa zehnmal mehr Titan wird in Form von Titandioxid im Vergleich zu Titanmetall verwendet. Die meisten Menschen haben noch nie davon gehört, dass Titan in dieser Form verwendet wird. Dies liegt daran, dass Titandioxid eher ein Bestandteil von Produkten als ein Primärmaterial ist.

Poliermittel: Titandioxidpulver wird sorgfältig nach Partikelgröße klassifiziert und als Politur für Lapidar- und Metallarbeiten verkauft. Das Bild ist ein Steinbecher, der gerade mit einem dicken weißen Schaum aus Politur geöffnet wurde.

Verwendungen von Titandioxid

Titan wird am häufigsten als Bleich-, Aufhellungs- und Trübungsmittel verwendet. Hochwertige weiße Farben enthalten normalerweise erhebliche Mengen an Titandioxid, das den Pigmentnamen "Titanweiß" trägt. Titandioxid erhöht den Weißgrad und das Reflexionsvermögen der Farbe. Wenn Sie einen Raum betreten und das Licht einschalten, reflektiert der Lack stark und lässt den Raum heller erscheinen - weil mehr Licht von den lackierten Oberflächen reflektiert wird. Titandioxid erhöht auch die Opazität des Anstrichs, so dass ein Anstrich in vielen Situationen das bedeckt, was darunter liegt.

Für fast 2000 Jahre war "Bleiweiß" ein wichtiges Pigment, das in weißer Farbe verwendet wurde. Der Farbenhersteller Sherwin-Williams berichtete 1904 über die Gefahren bleihaltiger Farben. Von dieser Zeit an wandten sich die Farbenhersteller von Bleipigmenten ab, und Titanpigment war der bestmögliche Ersatz. Heutzutage enthält der größte Teil der hergestellten weißen Farbe Titandioxid als Pigment.

Titandioxid wird in die Fasern hochwertiger Papiere gepresst, um deren Weißgrad, Helligkeit und Textur zu verbessern. Es wird Magermilch zugesetzt, um den Weißgrad und die Opazität zu verbessern. Aus dem gleichen Grund wird es Zahnpasta, Gummi, Kunststoffen, Kosmetika, Sonnenschutzmitteln und vielen Nahrungsmitteln zugesetzt. Dies sind Materialien, die fast jeder Mensch auf der Erde fast täglich verwendet. Nur wenige Menschen erkennen die Rolle, die Titan in ihnen spielt. Es kann in Lebensmitteln, Kosmetika und anderen Produkten verwendet werden, die Menschen konsumieren, weil es inert ist.

Titandioxidpulver wird auch für die Verwendung als Poliermittel auf bestimmte Partikelgrößen klassifiziert. Es wird zum Polieren von Edelsteinen, Metallen und anderen Materialien verwendet. Es ist oft weniger effektiv als andere Polituren, aber wenn es effektiv ist, können Kosten eingespart werden.

Schwerer Mineralsand: Beim Graben in Folly Beach, South Carolina, werden dünne Schichten von schwerem Mineralsand freigelegt. Der größte Teil des heute abgebauten Ilmenits stammt aus Sanden mit einer hohen Mineralkonzentration. Fotografie von Carleton Bern, United States Geological Survey.

Woher kommt Titan?

Der größte Teil des weltweiten Titans wird durch den Abbau von schwerem Mineralsand gewonnen. Diese Sande treten abfallend von freiliegenden Massen magmatischen Gesteins wie Gabbro, Norit und Anorthosit auf. Diese Gesteine ​​enthalten titanhaltige Mineralien wie Ilmenit, Anatas, Brookit, Leukoxen, Perowskit, Rutil und Sphen.

Wenn diese Gesteine ​​durch Witterungseinflüsse zersetzt werden, gehören die Titanmineralien zu den widerstandsfähigsten. Sie werden durch Verwitterung konzentriert und flussabwärts als Sand- und Schlickkörner transportiert. Schließlich lagern sie sich als Sand an der Küste eines Kontinents ab. Hier werden sie normalerweise ausgebaggert oder abgebaut. Bergbau findet auch an Orten im Landesinneren statt, an denen Titanmineralien in Zeiten abgelagert wurden, in denen der Meeresspiegel höher war als heute bekannt.

Diese schweren Mineralsande können einige Gewichtsprozent Ilmenit und andere Titanmineralien enthalten. Nachdem der Sand abgebaut ist, gelangt er zu einer Aufbereitungsanlage, in der titanhaltige Mineralien gewonnen werden. Gleichzeitig können andere wertvolle Mineralien gewonnen werden. Sie werden dann zur Herstellung von Titanmetall oder Titandioxid verarbeitet oder verkauft. Der Sand wird dann an den Ort zurückgeführt, an dem er abgebaut wurde, und der Strand wird zurückgewonnen.

Titan in Flusssedimenten und Böden: Eine Karte, die das Vorkommen von Titan in Form von Titandioxid in Flusssedimenten und Böden eines Teils der östlichen Vereinigten Staaten zeigt. Eine titanreiche Zone, die der physiografischen Provinz Virginia Blue Ridge entspricht, weist Werte von über 3 Gew .-% Titandioxid, United States Geological Survey, auf.

Titanproduktion in den Vereinigten Staaten

Die Vereinigten Staaten verwenden mehr Titanmineralien als sie derzeit produzieren, was sie zu einem Nettoimporteur von Titan macht. Vor der Atlantikküste von Florida wurde nur in begrenztem Umfang ausgebaggert. Dort werden an der Küste Sedimente ausgebaggert und verarbeitet, um schwere Mineralsande zu entfernen. Ilmenit ist das primäre titanhaltige Mineral, das durch diese Aktivität gewonnen wird.

An zahlreichen Standorten in Virginia wurde Onshore-Bergbau betrieben. Dort wurde ein ilmenittragender Anorthositkörper in der physiografischen Provinz Blue Ridge durch Erosion freigelegt. Sedimente, die aus dieser Erosion stammen, können lokal einige Gewichtsprozent schwere Mineralien enthalten, wobei Ilmenit das primäre titanhaltige Mineral ist. Diese Ablagerungen wurden ausgegraben und verarbeitet, um ihren schweren Mineralgehalt zu entfernen. Das Gebiet, in dem dieser Abbau stattfindet, entspricht titanreichen Flusssedimenten und Böden, die vom National Geochemical Survey untersucht, analysiert und kartiert wurden (siehe zugehörige Karte).

Um den Titanbedarf zu decken, importieren die USA Titanmineralkonzentrate. Zu den führenden Titanproduzenten gehören: Australien, Kanada, China, Japan, Kenia, Madagaskar, Mosambik, Norwegen, Russland, Saudi-Arabien, Senegal, Sierra Leone und Südafrika.


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