Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Химия->Курсовая работа
Химические процессы сводятся к превращению молекул, т е к возникновению и разрушению связей между атомами Поэтому важнейшей проблемой химии всегда был...полностью>>
Химия->Контрольная работа
На основании вычисленной энергии Гиббса сделать вывод о возможности реакции? Измениться ли направление процесса при повышении температуры до 100о Каку...полностью>>
Химия->Учебное пособие
При электролизе водного раствора нитрата серебра (I) на аноде выделилось 13,44л кислорода (н у ) Определите массу выделившегося на катоде серебра, есл...полностью>>
Химия->Реферат
Как вытекает из самого названия, полярография основана на явлении поляризации электродов при прохождении электрического тока через проводники второго ...полностью>>

Главная > Реферат >Химия

Сохрани ссылку в одной из сетей:

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

«ТИТАН»

оглавление

Характеристика элемента

Тита́н — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Обозначается символом Ti (лат. Titanium). Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета, относится к лёгким металлам. Природный титан состоит из смеси пяти стабильных изотопов: 46Ti (7,95%), 47Ti (7,75%), 48Ti (73,45%), 49Ti (5,51%), 50Ti (5,34%). Известны искусственные радиоактивные изотопы 45Ti (Ti1/2 = 3,09 ч, 51Ti (Ti1/2 = 5,79 мин) и др. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура перехода α↔β 883 °C.

Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов 5,6·10-28м2. Конфигурация внешних электронных оболочек атома 3d24s2; степени окисления + 4 (наиболее характерна), +3 и +2; энергия ионизации при последовательном переходе от Ti0 к Ti4+ равна соответственно 6,82, 13,58, 27,47, 43,24 эВ; сродство к электрону 0,39 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 0,149 нм, ковалентный радиус 0,132 нм, ионные радиусы, нм (в скобках указаны координационные числа) Ti4+ 0,056 (4), 0,065 (5), 0,0745 (6), 0,088 (8), Ti3+ 0,081 (6), Ti2+ 0,100 (6).

Свойства атома

Атомная масса (молярная масса) 47,88 а. е. м. (г/моль)

Радиус атома 147 пм

Энергия ионизации (первый электрон) 657,8(6,82) кДж/моль (эВ)

Электронная конфигурация [Ar] 3d2 4s2

Химические свойства

Ковалентный радиус 132 пм

Радиус иона (+4e)68 (+2e)94 пм

Электроотрицательность (по Полингу) 1,54

Электродный потенциал -1,63

Степени окисления 4, 3

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность 4,54 г/см³

Молярная теплоёмкость 25,1[1] Дж/(K·моль)

Теплопроводность 21.9 Вт/(м·K)

Температура плавления 1933 K

Теплота плавления 18.8 кДж/моль

Температура кипения 3560 K

Теплота испарения 422,6 кДж/моль

Молярный объём 10,6 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки гексагональная плотноупакованная (α-Ti)

Параметры решётки a=2,951 с=4,697 (α-Ti) Å

Отношение c/a 1,587

Температура Дебая 380 K

История открытия

Открытие TiO2 сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1789), выделил новую «землю» (окись) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — окислы одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные окислы титана.

Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 термическим разложением паров иодида титана TiI4.

Происхождение названия

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот, в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру в противоход французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

Однако согласно другой версии, публиковавшейся в журнале «Техника-Молодежи» в конце 80-х, новооткрытый металл обязан своим именем не могучим титанам из древнегреческих мифов, а Титании — королеве фей в германской мифологии (жена Оберона в шекспировском «Сне в летнюю ночь»). Такое название связано с необычайной «лёгкостью» (малой плотностью) металла.

Нахождение в природе

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Среди конструкционных металлов по распространённости занимает 4-е место, уступая железу, алюминию и магнию. Содержание в земной коре 0,57 % по массе. В биосфере титан в основном рассеян. В морской воде его содержится 1·10-7%. В свободном виде не встречается. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiOSiO4 и манганотанталит MnTa2O6. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

Больше всего титана в основных породах так называемой «базальтовой оболочки» (0,9%), меньше в породах «гранитной оболочки» (0,23%) и ещё меньше в ультраосновных породах (0,03%) и др. К горным породам, обогащенным титаном, относятся пегматиты основных пород, щелочные породы, сиениты и связанные с ними пегматиты и др.

Руды титана, имеющие пром. значение, разделяются на две осн. группы: коренные - ильменит-титано-магнетитовые; россыпные-рутил-ильменит-цирконо-вые. Крупные коренные месторождения ильменита и титаномагнетитов находятся в Канаде, США, Норвегии, Швеции, ЮАР, Египте, Индии, Австралии, СНГ. Общие запасы коренных месторождений оценивают в 600 млн. т по содержанию титана. Россыпные руды имеются в Бразилии, Индии, США, Сьерра-Леоне, Австралии.

Запасы и добыча

Основные руды: ильменит (FeTiO3), рутил (TiO2), титанит (CaTiSiO5).

На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO2. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтвержденные запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн.

Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА».

Получение

Ильменитовые концентраты, содержащие 40-62% ТiO2 и 40-48% FeO + Fe2O3, чаще всего подвергают либо сернокислотной, либо пирометаллургич. переработке. В первом случае концентраты разлагают H3SO4, выщелачивают водой и гидролизуют образовавшиеся окси-сульфаты титана; получают гидроксид Ti, который прокаливают до ТiO2. Побочный продукт - FeSO4 · 7Н2О.

Пирометаллургическая переработка состоит в восстановительной плавке ильменитовых концентратов с коксом или антрацитом и последовательном хлорировании титанового шлака (содержит 80-85% ТiO2):

TiO2 + 2C + 2Cl2 =TiCl4 + 2CO.

Затем проводят очистку TiCl4:

TiCl4+ 2Mg = 2MgCl2+ Ti,

его восстановление с получением титановой губки, переплавку губки и рафинирование металла. Алюмотермическим восстановлением ильменитовых концентратов получают ферротитан.

Восстановительную плавку ильменитовых концентратов ведут в электродуговых печах при 1600-1700 °С, загружая в печи брикетированную или порошкообразную шихту и получая два продукта - чугун и титановый шлак. Извлечение титана в шлак составляет 96,0-98,5%, Fe в чугун - 96-97%, расход электроэнергии на 1 т шлака 1900-2100 кВт·ч. Состав шлака: 82-87% ТiO2,2,7-6,5% FeO, 2,8-5,6% SiO2, 2-6% А12О3, 2-6% MgO, а также СаО, МnО, Сr2О3 и др. Хлорирование ТiO2, титановых шлаков и других титансодержащих продуктов проводят около 900—1000 °С в шахтных печах, реакторах с солевым расплавом или реакторах кипящего слоя. К исходному продукту добавляют кокс, который связывает кислород оксидов в смесь СО и СО2 и влияет на равновесие процесса. Перед хлорированием в шахтных печах титановые концентраты или шлаки смешивают с нефтяным коксом (20-25% в шихте) и связующими, брикетируют и прокаливают брикеты при 800-850 °С.

Хлорирование в расплаве, содержащем КС1, NaCl, СаСl2, MgCl2 и небольшие количества других хлоридов, не требует брикетирования порошкообразной шихты; удульная производительность реакторов выше, чем шахтных печей.

Реакционные газы из хлораторов направляют на очистку в солевых фильтрах (примеси FeCl3, AlCl3, некоторых оксихлоридов образуют с NaCl и КС1 легкоплавкие хлорометаллаты), а затем на конденсацию TiCl4. Очищают TiCl4 ректификацией (от некоторых примесей - их селективным восстановлением).

Восстанавливают TiCl4 обычно магниетермически (процесс Кролля). Таким путем получают около 80% всего титана. Применяют специальные герметичные реторты, рассчитанные на одновременное получение от 1 до 10 т Ti, с суточной производительностью до 140 т. TiCl4 подают в реторту непрерывно или периодически, одновременно сливая накопившийся расплавленный MgCl2. По завершении процесса реторту охлаждают, извлекают и очищают полученный пористый титан - титановую губку.

Применяют также натриетермическое восстановление TiCl4 с последующей отмывкой губки от NaCl слабым раствором НС1. Получаемый при этом порошкообразный титан переплавляют. Описано восстановление TiO2 с помощью Са, а также СаН2.

Рафинируют титан электролитически или иодидным способом (с промежуточным образованием TiI4), для получения слитков используют дуговую, электроннолучевую или плазменную переплавку. Масса слитков титана достигает 4-9 т.

Сульфатная и пирометаллургическая схемы могут совмещаться. Так, титановые шлаки после восстановительной плавки ильменитовых концентратов могут быть подвергнуты сульфатизации.

Разрабатываются процессы непосредственного хлорирования ильменитовых концентратов, фторидной переработки титанового сырья, получения искусственного рутила из ильменитовых концентратов, электролитического производства титана из TiCl4 в расплаве хлоридов, плазмохимического восстановления TiCl4 и др.

Щелочи, NH3 и (NH4)2S на холоду осаждают из растворов Ti(IV) в виде Ti(OH)4. Титансодержащие анализируемые материалы переводят в раствор действием фтористоводородной кислоты или H3SO4 с добавкой HF, сплавлением с NaOH или с его смесью с Na2CO3 или Na2O2, а также с Na2S2O7. Отделяют титан от других элементов действием H3S в виннокислой среде, купферона, салициловой кислоты, NaOH. Наиболее важные методы определения титана-колориметрический, основанный на реакции с Н2О2, и объемный, заключающийся в восстановлении титана цинком и последующем титровании КМnО4. Гравиметрические методы (весовая форма - прокаленный ТiO2) основан на осаждении щелочами, сульфидами щелочных металлов, купфероном и др., их используют для анализа простых продуктов.



Загрузить файл

Похожие страницы:

  1. Титан (4)

    Доклад >> Химия
    ... алюминия и в 4 раза - железа. Титан относится к переходным элементам. Данный металл ... же металла, названного им "титаном". Выделить титан в чистом виде долго не ... американский учёный М.А. Хантер получил металлический титан нагреванием его хлорида с натрием ...
  2. Титан (6)

    Реферат >> Химия
    ... и ильменита. Физические и химические свойства Титан существует в двух состояниях: аморфный — ... на то, что титан относится к d-элементам. Титан имеет два валентных ... TiF4·2H2O. Окислительно-восстановительные процессы. Титан является характерным металлом, поэтому ...
  3. Титан как химический элемент

    Реферат >> Химия
    ... и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только ... В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет ... переплавляют и очищают. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, ...
  4. Резервы и пути улучшения использования трудовых ресурсов ( на примере цеха пигментной двуокиси титана №1 предприятия ЗАО "Крымский титан"

    Дипломная работа >> Экономика
    ... предприятия ЗАО «КРЫМСКИЙ ТИТАН» в целом ЗАО «Крымский Титан» является крупным специализированным ... №1 предприятия ЗАО „Крымский Титан” выяснилось, что среднесписочная численность ... титана №1 предприятия ЗАО „Крымский Титан” выяснилось, что. Среднесписочная ...
  5. Обслуживание и ремонт барабанного гранулятора-сушилки БГС цех СКА и ЖС на ЗАО Крымский Титан

    Дипломная работа >> Промышленность, производство
    ... Титан» организация цеха СКА и ЖС, описание технологической схемы и процесса, ... Титан». Введение В химической и нефтеперерабатывающей промышленности установлено сложное технологическое оборудование, эксплуатация ... , сущность технологического процесса получения гранулированного сульфата алюминия. Было раскрыто назначение ...

Хочу больше похожих работ...

Generated in 0.0012040138244629