ỨNG DỤNG của TITAN

TiO2 có tính không thấm ướt, có độ bền hoá và bền nhiệt cao nên được dùng để sơn vỏ tàu thuỷ, vỏ máy bay, các ống dẫn chịu nhiệt, các thiết bị ngâm trong nước như: ngư cụ, tàu ngầm,… Màn

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG

Khoa cơ khí

ỨNG DỤNG CỦA TITAN

Sinh viên thực hiện

1. Nguyễn Công Hải

2. Võ Văn Minh

Mục lục trang

I.Tian 1

+Những đặc tính nổi bật 1

II.ứng dụng 2

+Các ứng dụng khác 3

+Thận trọng 5

+Công nghiệp giấy , nghành vải da,chế tạo linh kiện điện tử 6

sứ ,thủy tinh 7

+Hóa mỷ phẩm,luyện kim,quân sự, bảo vệ môi trường 8

III.Xuất hiện trong tự nhiên và sản xuất 10

Nhận xét

………

……… …………

……… …………

……… …………

……… …………

……… …………

……… …………

……… …………

……… …………

……… …………

Titan là một kim loại chuyển tiếp với màu trắng bạc Titan được dùng trong các hợp kim cứng và nhẹ (đặc biệt là với sắt và nhôm) Hợp chất phổ biến nhất của nó, ôxít titan, được dùng làm chất nhuộm trắng Chất có chứa titan được

gọi là titaniferous.

Nguyên tố này có mặt trong nhiều khoáng vật với nguồn chính là rutil và ilmenit, được phân bố rộng khắp trên Trái Đất Có hai dạng thù hình và năm đồng vị tự nhiên của nguyên tố này: Ti-46 đến Ti-50, với Ti-48 là phổ biến nhất (73,8%) Một trong những tính chất quan trọng nhất của titan là nó cứng như thép nhưng chỉ nặng bằng 60% thép Tính chất vật lý và hóa học của titan tương tự như Zirconi

Những đặc tính nổi bật

Titan là một kim loại nhẹ, cứng, bề mặt bóng láng, chống ăn mòn tốt (giống như platin) Nó có thể chống ăn mòn kể cả với axít, khí clo và với các dung dịch muối thông thường

Ở trạng thái tinh khiết, titan có thể được kéo sợi dễ dàng (nhất là trong môi trường không có ôxy), dễ gia công Nhiệt

độ nóng chảy của titan tương đối cao nên nó được dùng làm kim loại chịu nhiệt Titan cứng như thép nhưng nhẹ hơn 40%, và nó nặng gấp rưỡi nhôm nhưng cứng gấp sáu lần Những đặc tính này của titan giúp nó chịu đựng được sự mỏi kim loại

Kim loại này tạo một lớp ôxít bảo vệ bên ngoài (nên nó có thể chống ăn mòn) trong không khí ở nhiệt độ cao nhưng ở nhiệt độ phòng nó chống lại sự xỉn màu Kim loại này khi được đốt ở 610 °C hoặc cao hơn trong không khí sẽ tạo thành titan điôxít, và nó cũng là một trong những kim loại

có thể cháy trong khí nitơ tinh khiết (nó cháy ở 800 °C và

tạo thành titan nitrit) Titan cũng không bị tan trong axít sulfuric và dung dịchaxít clohyđric, cũng như khí clo, nước clo và hầu hết axít hữu cơ Nó cũng thuận từ (ít hấp dẫn bởi nam châm) và ít dẫn điện và dẫn nhiệt

Thực nghiệm cho thấy titan tự nhiên trở nên có tính phóng

xạ sau khi bắn đơteri, phát ra chủ yếu hạt positron và tia gamma Khi nóng đỏ, nó có thể kết hợp với ôxy, và khi đạt tới 550 °C nó có thể kết hợp với clo Nó có thể phản ứng với các halogen và hấp thụ hyđrô

Ứng dụng

Khoảng 95% lượng titan được dùng ở dạng titan điôxít (TiO2), một thuốc nhuộm trắng trong sơn, giấy, kem đánh răng và nhựa Sơn được làm từ titan điôxít phản chiếu tốt bức xạ hồng ngoại nên được dùng rộng rãi trong ngành thiên văn học và các loại sơn bên ngoài Nó cũng được dùng trong xi măng, đá quí và giấy

Vì có khả năng kéo dãn tốt (kể cả khi nhiệt độ cao), nhẹ, chống ăn mòn tốt, và khả năng chịu đựng nhiệt độ rất cao, hợp kim titan được dùng chủ yếu trong hàng không, xe bọc thép, tàu hải quân, tàu vũ trụ và tên lửa,áo chống đạn loại mà lính Mỹ được trang bị ởIraq Nó được dùng trong hợp kim thép để giảm kích thước và chống ôxi hóa; nhưng trong thép không gỉ nó dùng để giảm lượngcácbon Titan thường được luyện với nhôm, vanađi, đồng (để cứng thêm), sắt, mangan, môlípđen và với nhiều kim loại khác

Máy bay Airbus A380 dùng hợp kim của titan làm vỏ và động cơ

Hợp kim với vanađi được dùng làm vỏ máy bay, vỏ chịu nhiệt, càng đáp, và ống dẫn hơi nước Báo cáo của Titanium

Metals Corporation năm 2004 ước đoán lượng titan trong hàng không hiện đại là 58, 43 và 18 tấn cho máy bay Boeing 777, 747 và 737; còn đối với máy bay Airbus là

24, 17 và 12 tấn cho các loại A340, A330 và A320 Nói chung, các loại càng mới thì dùng càng nhiều và các loại thân rộng dùng nhiều nhất Với các loại máy bay hiện đại nhất, Boeing 787 có thể dùng 91 tấn, và Airbus A380 dùng

77 tấn Động cơ dùng khoảng 10-11 tấn titan

Nhiều sản phẩm khác cũng dùng titan để chế tạo như gậy đánh golf, xe đạp, dụng cụ thí nghiệm, nhẫn cưới và máy tính xách tay

Các công dụng khác:

• Do chống ăn mòn tốt với nước biển, titan được dùng làm chân vịt và nơi trao đổi nhiệt trong các máy lọc nước mặn

• Dùng để sản xuất các loại đá quý mềm nhân tạo

• Titan tetraclo (TiCl4), dung dịch không màu, được dùng làm kính ngũ sắc; nó cũng tạo khói khi gặp không khí ẩm nên được dùng làm chất tạo khói

• Titan điôxít (TiO2) cũng được dùng làm thuốc chống nắng

• Do được xem như trơ về mặt sinh học, nó được dùng làm các khớp giả, các dụng cụ y tế và các ống dẫn trong chế biến thực phẩm

• Hợp kim titan được dùng làm gọng kính Loại gọng này khá đắt tiền, nhưng nó rất bền Cả hai loại hợp kim bình thường và hợp kim nhớ vị trí (tiếng Anh shape memory alloy) đều được sử dụng để chế tạo

Bảo tàng Guggenheim ở Bilbao, Tây Ban Nha được bao bọc bởi các tấm titan

Titan đôi khi cũng được dùng để xây dựng các công trình Tượng đài cao 45 m của Yuri Gagarin ở Moskva được làm

từ titan Bảo tàng Guggenheim và thư viện Cerritos là những công trình đầu tiên ở châu Âu và Bắc Mỹ được bao bọc bởi các tấm titan

Xuất hiện trong tự nhiên và sản xuất

Titan kim loại không tìm thấy ở dạng tự do nhưng nó là nguyên tố phổ biến thứ 9 trên vỏ Trái Đất (chiếm 0,63% khối lượng), nó xuất hiện trong hầu hết đá lửa và đá trầm tích Nó cũng được phân bố rộng khắp và hiện diện chủ

vật anatas,brookit, ilmenit, perovskit, rutil, titanit (hay còn

gọi là sphen), cũng như trong nhiều quặng sắt Trong các

loại khoáng vật này, chỉ có ilmenit và rutil có giá trị kinh tế quan trọng, nhưng rất khó tìm với mức độ tập trung cao Vì

nó phản ứng dễ dàng với ôxy và cácbon ở nhiệt độ cao nên rất khó có được titan kim loại, tinh thể và bộttinh khiết Các

Mỹ, Scandinavia và Malaysia

Nơi sản xuất

Úc

Cộng hòa Nam Phi

Canada

Na Uy

Ukraina

Tổng cộng: 5 quốc gia hàng đầu

Tổng cộng trên thế giới

Chiffres de 2003 , en milliers de tonnes de dioxide de titane

Nguồn: L'état du monde 2005 , annuaire économique géopolique mondial

Kim loại này được tìm thấy trong thiên thạch và cũng đã được tìm thấy trong Mặt Trời và trong các ngôi sao loại

M Đá từ Mặt Trăng do tàu vũ trụ Apollo 17 mang về chứa

12,1% TiO2 Titan cũng được tìm thấy trong tro than, cây và

cả trong cơ thể con người

Các qui trình sản xuất titan hiện hay được sử dụng:

• Quy trình Kroll được phát triển vào năm 1946

• Quy trình FFC Cambridge

• Quy trình van Arkel deBoer sản xuất lượng nhỏ titan với độ tinh khiết rất cao

Titan điôxit được sản xuất thương mại bằng nghiền quặng

và trộn với kali cacbonat và dung dịch axít flohyđric Kết quả thu được kali florotitanat (K2TiF6) Nó được tách ra với nước nóng và thủy phân với amôniắc

Hợp kim titan thông dụng thường được sản xuất bằng phương pháp khử Thí dụ: cuprotitanium (rutil và đồng bị khử), ferrocacbon titanium (ilmenit khử với than cốc trong lò nungđiện), và manganotitanium (rutil với mangan hoặc mangan ôxít bị khử)

Thận trọng

Khi ở dạng bột kim loại, titan có nguy cơ cháy cao, và khi nung nóng trong không khí thì có nguy cơ nổ Phương pháp chữa cháy bằng nước và cacbon điôxit không hiệu quả đối với vụ cháy do titan Cát, đất, hoặc bột đặc biệt mới có thể dập tắt Muối của titan thường được xem như vô hại trừ các loại muối clorua, như TiCl3 và TiCl4, nó được xem như chất

ăn mòn Titan cũng có khuynh hướng tích lũy sinh học trong các mô chứa silic điôxit nhưng chưa có vai trò sinh học rõ ràng nào đối với con người

Ngành sơn : TiO2 có tính chống ăn mòn cao nên được sử

dụng để chế tạo sơn cho cầu cống, các công trình xây dựng

và thiết bị chống ăn mòn của khí quyển TiO2 có tính không thấm ướt, có độ bền hoá và bền nhiệt cao nên được dùng để sơn vỏ tàu thuỷ, vỏ máy bay, các ống dẫn chịu nhiệt, các thiết bị ngâm trong nước như: ngư cụ, tàu ngầm,… Màng sơn TiO2 có tính bền cơ học nên được dùng để sơn lót trong sơn phủ ngoài các thiết bị chịu áp suất cao Và đặc biệt dùng phối liệu dùng một số thứ khác để chế tạo máy bay tàng hình, vỏ tàu vũ trụ

Ngành công nghiệp giấy: người ta cần sản xuất giấy cao

cấp có các tính chất: độ đục cần thiết, độ mịn, mặt giấy mềm

và mỏng, phụ gia cho giấy cần đạt độ mịn và đều, không phản ứng với các axít tự do và các chất Chlor hoá trong giấy v.v người ta chọn TiO2 làm chất độn Ngoài ra, TiO2 được dùng trong việc sản xuất giấy màu, giấy ảnh, giấy than

Ngành vải, da : TiO2 có tính bền màu nên cũng cần nhiều

hợp chất Titan ở các dạng Fluorua kép Titan và Kali, Chlorua Titan, oxalattitan v.v Khi in màu vào vải, bột màu TiO2 được dùng nhiều để cho sản phẩm bền màu hơn như: chịu được dưới tác dụng của ánh sáng, nước biển, môi trư-ờng axít hay kiềm Bột màu TiO2 được dùng để phối chế thuốc nhuộm màu sợi hoá học trong ngành sản xuất tơ sợi hoá học, công nghiệp da TiO2 có tính bền nhiệt và độ bền hoá học cao nên được dùng trong kỹ nghệ dệt để sản xuất các sợi cách nhiệt, vải dầu, vải nhựa, tơ sợi tổng hợp

Nghành chế tạo linh kiện điện tử: TiO2 cũng được dùng

để sản xuất các chất bán dẫn có chất lượng tốt cho các bộ phận chỉnh lưu dòng điện và bóng đèn điện tử Hợp chất Bari Titanat (BaTiO2) dùng để sản xuất các bộ phận chỉnh tần số hay điều chỉnh cường độ dòng điện Với các hợp chất khác, cũng dùng để tạo các tụ điện cho máy vô tuyến truyền hình Sử dụng điện cực bán dẫn TiO2 làm tăng hiệu quả đáng kể của tế bào mặt trời, TiO2 chỉ hấp thụ UV mà không hấp thụ ánh sáng nhìn thấy v.v

Nghành nhưạ, chất dẻo, cao su tổng hợp: TiO2 có độ đục

và độ phân tán cao nên được sử dụng trong kỹ thuật sản xuất chất dẻo, nhựa tổng hợp, trong công nghệ cao su và trong công nghệ giấy TiO2 được dùng nhiều trong công nghiệp chế tạo săm lốp ô tô và xe đạp Ngời ta dùng TiO2 làm chất độn cho cao su với tỷ lệ 10 15% TiO2 cũng được dùng để chế tạo vải bạt cao su Các loại cao su khác nh: cao su màng mỏng, cao su lu hoá, cao su tái sinh, cao su Chlor hoá, v.v đều dùng TiO2 làm chất độn Trong ngành công nghiệp nhựa TiO2 được sử dụng làm pigment, chất chắn sáng, chất

ổn định trong polyethylene, polypropylene và PVC

Nghành sứ, thủy tinh: TiO2 có tính bền hoá nhiệt và có độ

đục, độ phân tán cao nên được dùng trong phối liệu cho men

sứ, men tráng thuỷ tinh và kim loại, các loại sơn dầu, sơn trang trí và vesni thuỷ tinh đục, thuỷ tinh màu và sợi thuỷ tinh Người ta đã dùng TiO2 làm thay đổi màu sắc một số thuỷ tinh, như khi cho TiO2 vào phối liệu thì

Thuỷ tinh Mangan không màu chuyển sang màu vàn

Thuỷ tinh Ce2O3 màu vàng chuyển thành đỏ

Thuỷ tinh chứa FeO từ màu xanh chuyển thành màu vàng nâu

Nghành chế tạo mực in : nhờ tính bền màu và thấm dầu

nên TiO2 còn được dùng để sản xuất mực in loại cao cấp

Ngành y tế và dược liệu: đã chú ý đến việc dùng các hợp

chất của Titan để trị bệnh ngoài da Dioxit titan được dùng kết hợp với các hợp chất chống quang phổ như oxit kẽm, meroxyl, nhằm bảo vệ chống tia UVB, một trong những tác nhân gây nhăn rám cho da và có khả năng biến thành bệnh ung thư lâu dài và chống tia UVA (tia cực tím loại A), nguyên nhân gây lão hoá da và hình thành những vết nám TiO2 cũng được sử dụng trong kem đánh răng Mới đây người ta sử dụng lớp màng mỏng trên cơ sở TiO2 để phủ kính với hai tính chất khá đặc biệt, lớp màng này có khả năng hấp thụ tia cực tím và tạo tính thấm ướt cho bề mặt, làm cho nước lăn đều trên bề mặt áp dụng trong công nghệ làm sạch: oxy hoá các phân tử hữu cơ độc hại với chất khơi mào là dioxit titan

Ngành hóa mỹ phẩm: TiO2 có độ mịn cao, độ che phủ tốt,

không chịu tác dụng hóa học, thấm dầu nên không thể thiếu trong ngành hóa mỹ phẩm Tất cả các loại kem xoa mặt, kem dưỡng da cao cấp đều phải có TiO2 để bảo vệ da bị tác động của môi trờng và cả mồ hôi

Ngành luyện kim: TiO2 có tính chống ăn mòn cao, độ bền

hoá, bền cơ học,và bền nhiệt cao, ít giãn nở vì nhiệt, lại nhẹ nên dùng làm phối liệu để luyện kim các loại hợp kim cao

cấp có các tính chất: nhẹ, bền hóa học, bền nhiệt, chống mài mòn, độ cứng cao nhưng vẫn giữ được độ dẻo ( chống gãy nứt)

Ngành quân sự : TiO2 có tính chống ăn mòn cao, độ bền

hoá, bền cơ học, và bền nhiệt cao, ít giãn nở vì nhiệt, lại nhẹ nên được sử dụng để chế tạo các bộ phận quan trọng của vũ khí và các thiết bị quân sự Các loại áo chống đạn cao cấp được sản xuất bằng sợi TiO2 nên rất nhẹ và đạn khó xuyên thủng Ống cối đặc biệt, Nòng súng cỡ lớn, vỏ máy bay tàng hình, vỏ máy bay siêu tốc, vỏ tàu vũ trụ, ống phóng tên lửa v.v đều sử dụng TiO2 hoặc hợp kim của nó

Bảo vệ môi trường: Các nhà khoa học của Nhật Bản tại

Viện Tài nguyên và Môi trường sử dụng TiO2 trộn lẫn với than hoạt tính để tạo thành hỗn hợp có khả năng hấp thụ các hợp chất NOx và SOx có trong khí thải TiO2 có độ nhạt tốt với môi trường khí do vậy được dùng như sensor của oxy Tảo cyanobacteria sản xuất ra một loại chất độc đợc gọi là microcystin, những chất này gây nên các khối u trong cơ thể con người và đôi khi gây nên cái chết khi các chất độc tích

tụ nhiều Hiện nay, các phương pháp xử lý nước thông thư-ờng không có tác dụng đối với microcystin Dioxit titan được sử dụng như chất xúc tác có tác dụng tốt đối với việc phân huỷ các chất độc microcystin Cơ chế hoạt động của phương pháp này cũng có thể được sử dụng để phân huỷ nhiều chất hữu cơ khác như các thuốc bảo vệ thực vật pestiside hoặc các chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường Các nhà khoa học đã sử dụng phản ứng oxy hoá xúc tác quang

để bẻ gẫy và phân huỷ nhiều chất hữu cơ độc hại, loại kim loại nặng từ nước thải, xử lý khí thải, TiO2 đóng vai trò quan trọng trong phản ứng oxy hoá quang

Chế tạo nhiên liệu: TiO2 trong tương lai sẽ là hoá chất cơ

bản để sản xuất nhiên liệu hydro từ nước và ánh sáng mặt trời Theo GS Nowotny đây sẽ là ước mơ của rất nhiều người trên thế giới

Các ngành khác: Các muối Titan được dùng để sản xuất

những điện cực hồ quang có khả năng phát sáng mạnh, ngược lại ít phát ra tia tử ngoại Hợp chất Titan Mg dùng trong xúc tác tổng hợp NH3 Để sản xuất vật liệu chịu lửa, dẫn điện người ta dùng TiO2 làm nguyên liệu TiO2 cũng dùng để sản xuất thuỷ tinh, dụng cụ thí nghiệm thay cho các hợp chất của Bor với thành phần không quá 13%

Các hợp kim Titan được sử dụng trước hết để chế tạo:

Các chi tiết của động cơ phản lực

- Chế tạo tàu lượn

- Chế tạo tên lửa

- Chế tạo các bộ phận quan trọng của các loại vũ khí và thiết

bị quân sự

- Chế tạo thiết bị hoá học và thiết bị dầu khí

- Chế tạo các bộ phận của tàu vũ trụ và vệ tinh nhân tạo

- Chế tạo máy và đóng tàu, công nghệ giấy - xenlulo

- Chế tạo các dụng cụ thể thao chất lượng cao

- Cho công nghiệp thực phẩm