Как открыли, изучали, добывали и использовали титан

Наука и техникаНаука

Титан на небесах и в морских глубинах

Титан в авиастроении

Открытие

В 1791 году английский священник (и попутно любитель-минералог) Уильям Грегор, гуляя по своему расположенному в сельской местности, в долине Меначан, приходу, наткнулся на небольшое обнажение черного песка. Любознательный служитель Господа попробовал растворить песок в соляной кислоте, при этом из песка выделилось 46% железа. Оставшуюся часть пробы Грегор растворил в серной кислоте, и после выпаривания раствора получил в сухом остатке белый порошок. Исследовав его, он сделал заключение, что перед ним неизвестное соединение железа с каким-то иным металлом.

Уильям Грегор

Тем временем немецкий аптекарь Мартин Клапрот, столь же любознательный, как Грегор (в будущем известный химик), взялся за изучение минерала рутила, из которого в ходе экспериментов ему удалось выделить окисел неизвестного металла. Узнав о работах Грегора, Клапрот выполнил сравнительный анализ рутила и неизвестного, открытого Грегором, элемента. Анализ показал полную идентичность этих веществ. Со временем доселе «беспризорный» элемент занял свое законное место под номером 22 в созданной в 1869 году Дмитрием Менделеевым Периодической таблице химических элементов. Помимо номера новичок обрел и звучное имя – титан. Почему именно титан? На этот счет нет единого мнения. В древнегреческой мифологии титанами называли богов второго поколения – сыновей Урана (неба) и Геи (земли). Это было обширное семейство: шесть братьев и шесть сестер – титанид, потомками которых стало следующее поколение богов – Зевс, Посейдон и другие. Англичанка Джейн Эллен Харрисон, известная как знаток антики и лингвист, утверждает, что слово «титан» происходит от греческого τίτανος, означающего «белая земля, глина или гипс», и что титаны были «людьми из белой глины».

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%. После этого интерес к малоизвестному элементу заметно вырос. Однако никто пока не мог предположить, какое поистине великое будущее ожидает титан.

Откуда он берется

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 идет на производство диоксида (двуокиси) титана. Из ильменитовых концентратов также синтезируют рутил, попутно получая титановые шлаки, которые тоже 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 всем мире разведано не менее 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 объема 600–670 млн тн ильменита и примерно 50 млн тн рутила львиная доля приходится на Китай, ЮАР, Индию и Норвегию. Большинство китайских месторождений представляют собой магматические руды и служат источником одновременно и титана, и железа. Самыми крупными эксплуатируемыми месторождениями остаются прибрежные россыпи, содержащие не только титан, но и некоторые редкоземельные металлы. Расположены они вдоль берегов Индии, Шри-Ланки, Вьетнама, Австралии.

Среди независимых государств бывшего СССР ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимают Россия (58%) и Украина (40%). Несмотря на такой расклад, главным производителем титанового сырья в СССР, а затем и в СНГ, была Украина. Но вообще, в странах СНГ известно множество разного типа месторождений титана – в основном это магматические или прибрежно-морские россыпи. Основные российские месторождения разместились на Урале (Копанское, Медведевское) и в Амурской области (Большой Сейим).

Титан в природе

Добыча сырья – лишь первый шаг

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. С ней уже работают мастера плавки. Плавят титан в вакуумно-дуговых печах, и это значит, что для начала сыпучая шихта должна превратиться в так называемый расходуемый электрод. Шихта, состоящая из мелких фрагментов разной формы, вместе с отходами титанового производства и необходимыми присадками формуется с помощью вертикального гидравлического пресса в длинный цилиндр – он-то и станет расходным электродом. Снаружи он выглядит довольно рыхлым, по нему даже то здесь, то там могут пробегать трещины, но электрод обладает достаточной прочностью, чтобы не разрушиться, когда его подвесят в печи. Технология создания расходуемого электрода исключительно с помощью пресса практикуется только в России. В других странах применяется более дорогая технология плазменной сварки электрода из отдельных прессованных элементов, но российский метод вполне обеспечивает требуемое качество электрода.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Бизнесменская зорька Бизнесменская зорька

Вероника Романова – ведущая утренней программы «Стартап» на канале «РБК»

Maxim
Магия свечей: как исполнить свои желания с помощью энергии огня Магия свечей: как исполнить свои желания с помощью энергии огня

Как исполнить свои желания с помощью энергии огня?

VOICE
«Если выпало в империи родиться, лучше жить в глухой провинции у моря». Как русские осваивали Камчатку «Если выпало в империи родиться, лучше жить в глухой провинции у моря». Как русские осваивали Камчатку

Освоение Камчатки: провинция была – глуше не придумаешь, и море кругом

Наука и техника
Красоты Сихотэ-Алиня Красоты Сихотэ-Алиня

Сихотэ-Алиня — прекрасный и чудесный мир контрастов

Знание – сила
Подводные лодки и придворный шарм Подводные лодки и придворный шарм

Подводная лодка С.К. Джевецкого – первая в мире серийная субмарина

Наука и техника
Как нашли «Титаник». Почему армия США использовала поиски лайнера для прикрытия секретной миссии Как нашли «Титаник». Почему армия США использовала поиски лайнера для прикрытия секретной миссии

Обнаружение лайнера не была частью научных усилий по поиску потерянного судна

ТехИнсайдер
Битва промптов Битва промптов

Баттл «промпт-инженер против обычного человека с нейросетью»

ТехИнсайдер
Посмотрите на затонувшие корабли Японии и США: история битвы за Мидуэй! Посмотрите на затонувшие корабли Японии и США: история битвы за Мидуэй!

Фотографии и видео обломков битвы за Мидуэй

ТехИнсайдер
Инженерное мастерство и немного безумия. Кто такие Ringbrothers и зачем они это делают? Инженерное мастерство и немного безумия. Кто такие Ringbrothers и зачем они это делают?

Рассказываем о необычной компании Ringbrothers и их рестомодах

4x4 Club
Феминизм, неприятный запах и бывшие: что пугает россиян на первом свидании Феминизм, неприятный запах и бывшие: что пугает россиян на первом свидании

Что раздражает или пугает россиян в партнере на первом свидании

Psychologies
Как говорить с детьми до 8 лет о сексе: рекомендации детского психолога Как говорить с детьми до 8 лет о сексе: рекомендации детского психолога

Как сделать половое просвещение частью повседневных обсуждений

Psychologies
Месяц борьбы против рака груди: о чем важно помнить Месяц борьбы против рака груди: о чем важно помнить

Рак груди, к сожалению, из нашей жизни пока не пропал

Psychologies
Со скоростью звука Со скоростью звука

Как новая форма знакомого контента может вызвать взрывной рост аудитории

Правила жизни
В ожидании нового гламура. Дизайнеры о трендах ближайшего времени В ожидании нового гламура. Дизайнеры о трендах ближайшего времени

Как интернет позволяет преодолевать барьеры и запреты и где искать вдохновение?

СНОБ
Увидеть Тимбукту и умереть: как отважные безумцы искали сказочный город Увидеть Тимбукту и умереть: как отважные безумцы искали сказочный город

Тимбукту — слово, которое в XIX веке было для исследователей слаще меда

Правила жизни
Каменный газ, «зеленая» сталь и дроны на свалке Каменный газ, «зеленая» сталь и дроны на свалке

Какие технологии помогут справиться с климатическим кризисом

РБК
Неандертальцы убили пещерного льва деревянным копьем Неандертальцы убили пещерного льва деревянным копьем

Ученые исследовали останки пещерных львов, найденные в Германии

N+1
Как извержение вулканов влияет на атмосферу Как извержение вулканов влияет на атмосферу

Как извержение вулканов меняет состояние земной атмосферы и климат

СНОБ
Викингов заподозрили в стеклении окон Викингов заподозрили в стеклении окон

Первые свидетельства того, что иногда скандинавы эпохи викингов стеклили окна

N+1
На солнечной стороне На солнечной стороне

Современный функциональный интерьер с панорамным видом на парк

SALON-Interior
Для легкого дыхания Для легкого дыхания

Почему возникает запах изо рта и что нужно в этом случае обследовать

Лиза
История денег! Когда люди начали использовать кредитные карты История денег! Когда люди начали использовать кредитные карты

Трудно представить себе время, когда кредитные карты еще не существовали

ТехИнсайдер
Как правильно париться в бане — три условия Как правильно париться в бане — три условия

Как париться в бане, чтобы максимально оздоровиться

Maxim
Персона Персона

О строительстве в историческом центре и работе с российскими архитекторами

Robb Report
Как сделать комплимент девушке: при знакомстве, на первом свидании Как сделать комплимент девушке: при знакомстве, на первом свидании

Как правильно говорить комплименты девушкам в разных ситуациях?

РБК
Оружие богов и воинов Оружие богов и воинов

Лук появился так давно, что даже боги на Олимпе пользовались им

Зеркало Мира
Справляемся с тревогой в домашних условиях: 6 вопросов автору техники «экспрессивное письмо» Справляемся с тревогой в домашних условиях: 6 вопросов автору техники «экспрессивное письмо»

Как, не обращаясь к психологу, справиться с чувством беспокойства?

Psychologies
Робот-маммолог ощупает грудь в поисках уплотнений Робот-маммолог ощупает грудь в поисках уплотнений

Робот-маммолог поможет в ранней диагностике рака груди

N+1
Антитела к белкам зубной эмали упростили определение пола ископаемых останков Антитела к белкам зубной эмали упростили определение пола ископаемых останков

Исследователи разработали новый метод определения пола древних людей

N+1
«Денег стало реально больше»: зачем люди ставят обои на телефон с чит-кодом на деньги из Sims «Денег стало реально больше»: зачем люди ставят обои на телефон с чит-кодом на деньги из Sims

Может ли картинка с чит-кодом на деньги из Sims помочь разбаготеть?

Psychologies
Открыть в приложении