Tính chất hóa học của titan chủ yếu được xác định bởi trạng thái oxy hóa +4, vì +4 là trạng thái ổn định nhất của titan. Các phức titan có dạng hình học phối trí bát diện, ngoại trừ đáng chú ý là titan tetraclorua (TiCl 4 ), có dạng hình tứ diện. Trạng thái oxy hóa cao hơn của titan tetraclorua dẫn đến mức độ liên kết cộng hóa trị cao hơn. Là một kim loại chuyển tiếp, titan được biết là tạo thành phức chất Ti(IV) nước, được gọi là phức hợp ion titan phối tử nước.
Oxit, sunfua và alkoxit
Titanat là các hợp chất tetratitanium, chẳng hạn như titan tetraclorua (TiCl&sup4;) và bari titanat (BaTiO3). Chúng có đặc tính áp điện và có thể được sử dụng làm bộ chuyển đổi để chuyển đổi lẫn nhau âm thanh và điện. Ilmenit (FeTiO3) là một hợp chất titanat.
Quan trọng nhất trong tất cả các oxit titan là titan dioxide (TiO2), tồn tại ở ba trạng thái đa tinh thể: rutile, anatase và brookite, là chất rắn màu trắng, nghịch từ. Các ngôi sao, hồng ngọc và ngọc bích sở hữu đặc tính titan dioxide (TiO2) của ánh sáng sao, đó là lý do tại sao chúng có ánh sáng tạo thành sao.
Titan(III,V) oxit (Ti3O&sup5;) là chất bán dẫn màu tím được tạo ra bằng cách khử titan dioxide (TiO2) ở nhiệt độ cao với sự có mặt của hydro.
Titan (III,IV) oxit (Ti3O&sup4;) được sử dụng để phủ oxit titan pha hơi lên các bề mặt nhằm mục đích chống ăn mòn và thẩm mỹ.
Titan alkoxit được tạo ra bằng phản ứng của titan tetraclorua với rượu và được sử dụng để lắng đọng titan dioxide rắn bằng quy trình sol-gel.
Titan isopropoxide có thể được sử dụng để điều chế các hợp chất hữu cơ bất đối bằng cách sử dụng quy trình epoxid hóa Sharpless.
Có nhiều loại hợp chất titan sulfit, trong đó titan disulfua là loại duy nhất được sử dụng phổ biến. Nó có cấu trúc phân lớp và được sử dụng làm cực âm trong sản xuất pin lithium-ion.
Nitrat và cacbua
Titan nitrit và cacbua titan là thành viên của nhóm chuyển tiếp chịu lửa.
Titan nitrit có tính chất của hai hợp chất cộng hóa trị:
Độ cứng cực cao
điểm nóng chảy cao
điểm sôi cao
ổn định nhiệt động
Dẫn nhiệt
Độ dẫn nhiệt
Titan nitrit (TiN) có độ cứng Mohs là 9.0, giống như sapphire và cacbua silic và được sử dụng làm vật liệu phủ cho các dụng cụ cắt như mũi khoan và cho mục đích thẩm mỹ vì bề mặt vàng sáng bóng của nó . Trong sản xuất chất bán dẫn, nó hoạt động như một vật liệu rào cản.
halogenua
Titan halogenua được tạo ra bằng phản ứng trực tiếp giữa titan và khí halogen (X2). Titan halogenua phổ biến nhất là titan tetraclorua (TiCl&sup4;), một chất lỏng không màu, dễ bay hơi. Titan tetraclorua công nghiệp có màu vàng nhạt, thủy phân trong không khí, giải phóng mây trắng.
Titan tetraclorua được sử dụng để tách kim loại titan từ quặng như một phần của quy trình Kroll.
Titan halogenua được sử dụng làm axit Lewis.
Titan halogenua titan tetraiodua (TiI&sup4;) có nguồn gốc từ quy trình Van Arkel.
Titan(III) và titan(II) được sử dụng để tạo thành titan triclorua và titan diclorua, làm chất xúc tác trong sản xuất polyolefin và làm chất khử trong hóa học hữu cơ.
Quy trình sản xuất kim loại titan
Quá trình Kroll được sử dụng để chuyển đổi titan thô thành kim loại titan. Các bước trong quy trình này bao gồm chiết xuất, tinh chế, sản xuất bọt biển, sản xuất hợp kim, tạo hình và tạo hình. Bởi vì mỗi bước của quy trình đều tốn kém và tốn thời gian nên không một ngành nào có thể thực hiện cả năm bước và các ngành riêng lẻ phải hoàn thành các giai đoạn khác nhau.
khai thác
Thông qua khai thác, quặng được vận chuyển về công ty để chế biến dưới dạng khoáng chất có chứa titan. Trong số các loại quặng khác nhau, rutil và ilmenit được sử dụng phổ biến nhất để chế biến. Ilmenite yêu cầu tiền xử lý để loại bỏ hàm lượng sắt của nó. Quặng được đặt trong lò phản ứng tầng sôi chứa clo và carbon và được nung nóng đến 900 độ. Phản ứng hóa học dẫn đến việc tạo ra một dạng titan tetraclorua không tinh khiết, với sản phẩm phụ là carbon monoxide. Các tạp chất, bao gồm cả sắt, có trong titan tetraclorua và phải được loại bỏ để tạo ra titan dioxide.
thanh lọc
Titan tetraclorua được tinh chế bằng cách chưng cất chân không ở nhiệt độ cao. Kim loại tạo ra trong quá trình chiết xuất được đặt trong các bể chưng cất lớn và đun nóng. Quá trình tinh chế sử dụng phân đoạn và kết tủa để tách tạp chất. Vì các nguyên tố khác nhau có điểm sôi khác nhau nên trong quá trình chưng cất, các nguyên tố khác nhau sẽ bị loại bỏ khi chúng đạt đến điểm sôi. Các tạp chất được loại bỏ bao gồm vanadi, silicon, magiê, zirconi và sắt.
sự hình thành bọt biển
Khi bọt biển hình thành, titan tetraclorua tinh khiết được đổ vào bình phản ứng bằng thép không gỉ ở dạng lỏng. Magie được thêm vào và hỗn hợp được đun nóng đến nhiệt độ 1100 độ để magie có thể phản ứng với clo tạo thành magie clorua. Khí Argon được bơm vào bình để loại bỏ không khí nhằm tránh phản ứng với oxy và nitơ. Titan được sản xuất trong quá trình này không phải là titan nguyên chất mà ở dạng rắn. Nó được lấy ra khỏi thùng chứa thông qua quá trình khoan và xử lý bằng hỗn hợp nước và axit clohydric để loại bỏ magie và magie clorua dư thừa. Titan được tạo ra bởi quá trình này giống như bọt biển.
tạo hợp kim
Bọt titan nguyên chất được trộn với các hợp kim khác nhau và kim loại phế liệu bằng cách sử dụng lò hồ quang điện cực tiêu hao để tạo ra hợp kim. Sau khi kim loại được nấu chảy và trộn theo tỷ lệ thích hợp, than bánh được nén và hàn để tạo thành các điện cực xốp, sau đó được nấu chảy trong lò hồ quang chân không để tạo thành các thỏi để xử lý tiếp để sản xuất các sản phẩm công nghiệp và thương mại khác nhau.
Tạo hình và tạo hình
Các thỏi được lấy ra khỏi lò, kiểm tra các khuyết tật, đóng gói và vận chuyển để sử dụng trong sản xuất các sản phẩm hợp kim titan. Kiểm tra đặc tính của từng phôi để đảm bảo đáp ứng yêu cầu của khách hàng. Thỏi trải qua các quá trình khác nhau như hàn, tạo hình, đúc, rèn và luyện kim bột trong quá trình sản xuất sản phẩm.
Sản phẩm phụ của quá trình Kroll
Khi titan được tách khỏi tạp chất, nó để lại magie và magie clorua, là sản phẩm phụ của quá trình Kroll và được thu hồi trong các bể thu hồi để tách magie và clo thành dạng ổn định, magie rắn và khí clo. Trong quá trình thu gom, clo được thu gom ở đầu bộ phận thu hồi. Magiê và clo rắn được lưu lại để tái sử dụng trong quy trình Kroll.
tạo hợp kim
Ở giai đoạn thứ tư, miếng bọt biển titan nguyên chất được trộn với các hợp kim khác nhau và kim loại phế liệu để tạo ra các hợp kim có thể sử dụng được với sự trợ giúp của lò hồ quang điện tiêu hao. Sau khi tất cả các kim loại cần thiết được nấu chảy và trộn theo tỷ lệ mong muốn, khối lượng được nén và hàn để tạo thành điện cực xốp. Điện cực xốp này được nấu chảy trong lò hồ quang chân không để tạo thành thỏi. Những thỏi này thường được nấu chảy nhiều lần để tạo ra những thỏi được chấp nhận về mặt thương mại.
Tạo hình và tạo hình
Ở giai đoạn cuối cùng của quy trình Kroll, các thỏi được lấy ra khỏi lò, kiểm tra các khuyết tật và gửi đi sử dụng để sản xuất các sản phẩm hợp kim titan. Kiểm tra hiệu suất của từng phôi để đảm bảo đáp ứng yêu cầu của khách hàng. Các phôi thép trải qua nhiều quá trình khác nhau như hàn, tạo hình, đúc, rèn, luyện kim bột, v.v., và cuối cùng được tạo hình thành các sản phẩm hoàn chỉnh. Tất cả phụ thuộc vào thông số kỹ thuật của sản phẩm được yêu cầu.
Sản phẩm phụ của quá trình Kroll
Trong quá trình Kroll, khi titan được tách khỏi tạp chất, một lượng lớn magie và magie clorua bị bỏ lại. Các sản phẩm phụ của quá trình Kroll ngay lập tức được thu hồi tại đơn vị tái chế. Bể tái chế tách magiê và clo thành dạng ổn định. Đó là magie ở dạng rắn và clo ở dạng khí. Clo được thu thập từ đỉnh bể thu hồi và cả hai thành phần này đều được tái sử dụng trong quy trình Kroll.
