Прочная и пластичная руда титана: где добывают, свойства и применение

Титановая руда была открыта в конце XVIII века химиком Грегором, заметившим неизвестный оксид. Позднее ученый Клапорт начал исследование рутила, которое завершилось обнаружением того же соединения, названного им «титаном». Чистый элемент был открыт позднее шведским исследователем Берцелиусом.

Описание титановой руды

Титановая руда представляет собой природное соединение, содержащее выгодное для извлечения и переработки количество титана.

Металл окрашен в серебристо-белый цвет. Окраска элемента в порошке — серовато-черная. Он непрозрачен и не дает свечения под ультрафиолетом.

Структура

Титан относится к элементам гексагональной сингонии. Известны две полиморфные модификации: низкотемпературная с гексагональной плотноупакованной решеткой и высокотемпературная с кубической объемно-центрированной упаковкой атомов. Температура перехода одной модификации в другую — 883 градуса.

Свойства

Элемент под номером 22 в таблице Менделеева обладает высокой прочностью, пластичностью, устойчивостью к коррозии и свойствами парамагнетиков. При температуре в 3260 градусов металл начинает кипеть. В нем могут содержаться примеси кислорода, железа, кремния, азота, углерода, которые увеличивают прочность, при этом понижая пластичность металла.

Титан начинает плавиться при температуре в 1671 градус. Он становится настолько вязким, что налипает на режущее устройство. Поэтому при работе с материалом часто используют специальные смазки.

Титан не подвергается коррозии в воде, а также кислотах и даже царской водке.

Посмотрите видео о наглядных испытаниях свойств титана:

Происхождение

Титановая руда образуется под действием различных природных факторов на разных глубинах. Металл занимает 10 место в списке самых распространенных элементов земной коры. Он заключен в более чем 70 минералов, из которых самыми богатыми по содержанию являются титанит, лопарит, перовскит, ильменит, лейкоксен, рутил.

Метаморфогенные месторождения появляются в результате действия метаморфизма на первично-магматические руды и древние россыпи. Такие залежи представляют собой крупнейшие в мире месторождения титана.

Экзогенные месторождения титана делятся на прибрежно-морские и континентальные. Больший интерес представляют прибрежно-морские россыпи, содержащие ильменит, рутил, циркон. В них размеры зерен минералов достигают более 0,1 мм. Добывают полезное ископаемое в россыпях в основном в Австралии, Индии, Бразилии, на Шри-Ланке.

Титан магматического происхождения распространен в Амурской области — в Баладекском, Джугджурском, Коларском массивах.

В земной коре титан встречается только в соединении с кислородом. Его содержание в морской воде оценивается в 0,001 мг/л, в то время как в глинистых сланцах и его может быть сосредоточено до 4,5 кг/тонн.

Классификация

Титановые руды после переработки подвергаются процессам обогащения. В результате этого получают полезные сплавы с улучшенными характеристиками компонентов. В промышленности выделяется несколько разновидностей сплавов.

Титан легирует с алюминием, марганцем, хромом, ванадием, оловом, молибденом. Поэтому выделяет многокомпонентные и простые сплавы.

По механическим свойствам сплавы разделяют на:

• высокопрочные;
• среднепрочные;
• низкопрочные (с повышенной пластичностью).

В зависимости от способа изготовления говорят о литейных и деформируемых сплавах.

Сами руды в основном делятся по концентрации содержащегося в них титана на:

• богатые;
• бедные;
• забалансовые.

Подробнее о классах сплавов титана:

Месторождения и запасы в России и в мире

География титановых руд обширна, так как они распространены повсеместно. В России насчитывается около 20 месторождений титановых руд. Запасы титановых руд в мире составляют более 1 млрд тонн. В одном только ильмените всей планеты заключено около 650 млн тонн элемента.

Крупнейшие залежи титаномагнетитовых руд расположены в Чинейском месторождении в Забайкалье. На Кольском полуострове, в месторождении Африканда, открытом в 1935 году, насчитывается более 52 миллионов тонн титана.

В таблице приведен список стран-лидеров по содержанию запасов полезного ископаемого:

На карте мира запасы титановых руд заметно преобладают на Австралийском, Североамериканском и Африканском континентах. Обычно полезные ископаемые отмечают специальным условным обозначением. В географии знак титановых руд представлен ромбом с закрашенной левой стороной.

При добыче титана часто получают и другие полезные компоненты — ванадий, цирконий, железо, ниобий, тантал, торий, редкие земли.

Добыча и переработка титановых руд

Титановые руды могут залегать как глубоко под землей, так и на поверхности. По этой причине разработано несколько способов добычи полезного металла.

Способы добычи

В том случае, когда руды представляют собой жилы, расположенные на небольшой глубине, прибегают к карьерному методу добычи. В зависимости от твердости выбирают горнодобывающую и буровзрывную технику. После извлечения руда подвергается дроблению и дальнейшей переработке.

Если полезное ископаемое добывается из коренного месторождения, то строят подземный комплекс сооружений, называемый шахтой. Это наиболее трудоемкий, а также финансово затратный способ.

В большинстве случаев титан находился в минералах россыпей. В песках он не требует измельчения, так как размеры зерен уже достаточно малы. Для добычи используют специальные гидравлические устройства, земснаряды, драги, экскаваторы.

Посмотрите про добычу титана в Украине:

Методы обогащения

После добычи в два этапа осуществляется процесс обогащения. Сначала концентрат отделяют из пустой массы, а затем из него извлекают отдельные минеральные индивиды.

Чаще всего применяются гравитационные методы, которые наиболее эффективны из-за разницы в удельном весе. Титан обычно подвергают мокрому или сухому обогащению в водной или воздушной средах соответственно.

Процесс флотации обозначает способность минеральных агрегатов удерживаться на границе раздела двух фаз. Для образования флотационной среды используют специальные образователи, с учетом индивидуальных свойств руды. Например, рутил флотируется олеиновой кислотой, а перовскит изначально обрабатывается серной кислотой.

Различие в физических свойствах позволяет использовать метод магнитной или электрической сепарации. В процессе обогащения нужные компоненты легко отделяются от пустой породы в специальных сепараторах с электрическим или магнитным полем. Минералы с отличными характеристиками меняют свою траекторию во время движения, отделяясь от остальной массы.

Уральское производство титана:

Сплавы

Полученные в процессе обогащения концентраты подвергают плавлению в электродуговых печах. Титан является жаростойким элементом, поэтому температура в печи достигает 1700 градусов.

При необходимости титановые руды рафинируют для удаления ненужных примесей.

Титан сплавляют с другими компонентами для повышения его жаростойкости и удельной прочности. Легированные стали отстают от титановых сплавов в 2 раза по соотношению «прочность-плотность». Сплав позволяет достичь наилучшей работоспособности изделий в агрессивных средах.

Промышленное применение

Титан — стратегически важное сырье, играющее большую роль в производстве. Металл используется в космонавтике, ракетостроении, авиации, машиностроении.

С помощью титана создают специальные арматуры, емкости, трубы и детали, которые применяют в автомобильной технике, строительстве и химической промышленности.

Титан считается необходимым сырьем для создания военной техники. С его помощью делают трубы, глушители, пропеллеры, турбины и другие части танков, судов и самолетов.

На основе титана создаются медицинские протезы, а также спортивные снаряды. Он нашел широкое применение и в искусстве. Титан используется при создании художественных изделий и скульптур.

Стоимость титановой руды

Титан считается одним из самых дорогих цветных металлов. Он выпускается в виде труб, плит, проволок, порошков, листов. Титан обычно маркируется в зависимости от чистоты продукты. От марки руды напрямую зависит стоимость. Так, например, цена за порошок титана «ПТМ-1» составляет 7500 рублей за 1 кг.

Титановая руда — востребованное на современном рынке сырье. Повышенная прочность металла наряду с его устойчивостью к коррозии позволяет разрабатывать перспективные способы применения элемента.

Делитесь статьей с друзьями в социальных сетях. Оставляйте свои интересные факты и знания о руде на титан в комментариях.