Contenuto
- Che cos'è il titanio?
- Usi di metallo titanio
- Cos'è il biossido di titanio?
- Usi di biossido di titanio
- Da dove viene il titanio?
- Produzione di titanio negli Stati Uniti
Aerei da ricognizione CIA A-12: Fotografia di un velivolo da ricognizione supersonico della CIA A-12 chiamato "The Titanium Goose" che si prepara a fare rifornimento in alta quota. Il nome si adatta poiché molte delle sue parti sono realizzate in titanio. Immagine della Central Intelligence Agency.
Che cos'è il titanio?
Il titanio è un metallo argentato che è forte, resistente alla corrosione e inerte. È il nono elemento più abbondante nella crosta terrestre. Invece di verificarsi in grandi depositi, piccole quantità di titanio si verificano in quasi ogni roccia.
Il titanio è un componente importante in un piccolo numero di minerali. Circa il 90% del titanio nella crosta terrestre si verifica nell'ilmenite, un minerale di cui la maggior parte delle persone non ha mai sentito parlare. È un ossido di ferro e titanio con una composizione chimica di FeTiO3. Il resto del titanio vicino alla superficie terrestre si trova in minerali come anatasi, brookite, leucoxene, perovskite, rutilo e sfene.
Nitinol 60: Il nitinol 60 è una lega contenente il 60% di nichel e il 40% di titanio. Normalmente l'acciaio inossidabile viene utilizzato per produrre cuscinetti perché è duro, ma l'acciaio inossidabile è soggetto a corrosione. Il nitinol 60 ha risolto il problema della corrosione senza perdita di resistenza e non ha reagito con i lubrificanti per cuscinetti. Immagine della NASA.
Usi di metallo titanio
Il titanio è un metallo familiare. Molte persone sanno che è usato in gioielleria, protesi, racchette da tennis, maschere da portiere, forbici, telai per biciclette, strumenti chirurgici, telefoni cellulari e altri prodotti ad alte prestazioni. Il titanio è forte come l'acciaio ma pesa circa la metà. È due volte più resistente dell'alluminio ma solo circa il 60% più pesante.
Il titanio si combina con ferro, alluminio, vanadio, nichel, molibdeno e altri metalli per produrre leghe ad alte prestazioni. I motori a reazione, i veicoli spaziali, l'equipaggiamento militare, i cuscinetti, l'armatura e altri prodotti ad alta tecnologia necessitano di parti realizzate con queste leghe.
Parti di aeromobili di titanio: Il metallo e le leghe di titanio forniscono parti ad alta resistenza, leggere e resistenti alla corrosione per motori di aeromobili, controlli e componenti strutturali. Questo NAS-F-16XL ha un guanto in titanio per studi sul flusso laminare che copre parte dell'ala sinistra. Immagine della NASA di Jim Ross.
Vernice bianca: La maggior parte della vernice bianca utilizzata oggi contiene biossido di titanio come pigmento. Ciò conferisce alla vernice un colore bianco brillante che è permanente, con opacità da coprire in una mano e una luminosità che riflette la luce. Quando la vernice si asciuga, il rivestimento minerale che rimane sulla parete è biossido di titanio. Immagine copyright iStockphoto / Okea.
Cos'è il biossido di titanio?
Il biossido di titanio è un materiale lucido, bianco, opaco con una composizione chimica di TiO2. È prodotto ossidando ilmenite o altri minerali di titanio ad alte temperature. Viene quindi macinato nella polvere fine richiesta per i suoi numerosi usi.
Circa dieci volte più titanio viene utilizzato sotto forma di biossido di titanio rispetto al titanio metallico. Molte persone non hanno mai sentito parlare del titanio usato in questa forma. Questo perché il biossido di titanio è un ingrediente nei prodotti piuttosto che un materiale primario.
Composti lucidanti: La polvere di biossido di titanio è accuratamente classificata per dimensione delle particelle e venduta come smalto per lavori lapidari e metallici. L'immagine è un barilotto di pietra appena aperto con una spessa schiuma bianca di smalto.
Usi di biossido di titanio
L'uso più comune del titanio è come agente sbiancante, schiarente e opacizzante. Le vernici bianche di alta qualità di solito contengono quantità significative di biossido di titanio, che ha un nome di pigmento di "bianco titanio". Il biossido di titanio aumenta il bianco e la riflettività delle vernici. Quando entri in una stanza e accendi la luce, la vernice è altamente riflettente e rende la stanza più luminosa, perché viene riflessa più luce dalle superfici verniciate. Il biossido di titanio aumenta anche l'opacità delle vernici, consentendo a una mano di coprire ciò che è sotto in molte situazioni.
Per quasi 2000 anni, il "piombo bianco" è stato un importante pigmento usato nella vernice bianca. Nel 1904 Sherwin-Williams, un produttore di vernici, riferì sui pericoli della vernice contenente pigmenti di piombo. Da quel momento i produttori di vernici iniziarono ad allontanarsi dai pigmenti di piombo e il pigmento di titanio fu il sostituto più praticabile. Oggi, la maggior parte della vernice bianca prodotta ha il biossido di titanio come pigmento.
Il biossido di titanio viene pressato nelle fibre di carte di alta qualità per migliorarne il bianco, la luminosità e la consistenza. Viene aggiunto al latte scremato per migliorarne il bianco e l'opacità. Viene aggiunto a dentifricio, gomma, plastica, cosmetici, crema solare e molti prodotti alimentari per lo stesso motivo. Questi sono materiali usati da quasi ogni persona sulla Terra quasi ogni giorno. Poche persone si rendono conto del ruolo che il titanio svolge al loro interno. Può essere utilizzato in alimenti, cosmetici e altri prodotti che le persone consumano perché è inerte.
La polvere di biossido di titanio è inoltre classificata in base alle dimensioni specifiche delle particelle per l'uso come composto lucidante. Viene utilizzato per lucidare pietre preziose, metalli e altri materiali. Spesso è meno efficace di altri lucidi, ma quando è efficace può fornire un risparmio sui costi.
Sabbia minerale pesante: Scavi poco profondi a Folly Beach, nella Carolina del Sud, espongono sottili strati di sabbia minerale pesante. La maggior parte dell'ilmenite estratta oggi proviene da sabbie con una forte concentrazione di minerali. Fotografia di Carleton Bern, Indagine geologica degli Stati Uniti.
Da dove viene il titanio?
La maggior parte dei mondi in titanio viene prodotta estraendo sabbie minerali pesanti. Queste sabbie si verificano in pendenza verso il basso da masse esposte di roccia ignea come gabbro, norite e anorthosite. Queste rocce contengono minerali contenenti titanio come ilmenite, anatasi, brookite, leucoxene, perovskite, rutilo e sfene.
Quando queste rocce vengono distrutte dagli agenti atmosferici, i minerali di titanio sono tra i più resistenti. Sono concentrati dagli agenti atmosferici e trasportati a valle come granelli di sabbia e limo. Alla fine, vengono depositati come sabbia lungo la costa di un continente. Qui è dove vengono solitamente dragati o estratti. L'estrazione mineraria si verifica anche nelle zone interne in cui i minerali di titanio sono stati depositati durante periodi di livello del mare più elevati di quelli che conosciamo oggi.
Queste sabbie minerali pesanti potrebbero contenere qualche percento in peso di ilmenite e altri minerali di titanio. Dopo che la sabbia è stata estratta, va in un impianto di lavorazione che recupera minerali contenenti titanio. Altri minerali preziosi potrebbero essere recuperati contemporaneamente. Vengono quindi elaborati o venduti per la produzione di titanio o biossido di titanio. La sabbia viene quindi restituita nel luogo in cui è stata estratta e la spiaggia viene bonificata.
Titanium in Stream Sediments and Soils: Una mappa che mostra l'abbondanza di titanio, sotto forma di biossido di titanio, nei sedimenti fluviali e nei terreni di una parte degli Stati Uniti orientali. Una zona ricca di titanio corrispondente alla provincia fisiografica di Virginia Blue Ridge mostra valori di oltre il 3% in peso di biossido di titanio, United States Geological Survey.
Produzione di titanio negli Stati Uniti
Gli Stati Uniti utilizzano più minerali di titanio di quanti ne producano attualmente, rendendolo un importatore netto di titanio. Una quantità limitata di dragaggio si è verificata al largo della costa atlantica della Florida. Qui i sedimenti del litorale vengono dragati ed elaborati per rimuovere le sabbie minerali pesanti. Ilmenite è il principale minerale contenente titanio recuperato da questa attività.
L'estrazione mineraria a terra è avvenuta in numerose località della Virginia. Lì un corpo anorthosite recante ilmenite nella provincia fisiografica di Blue Ridge è stato esposto dall'erosione. I sedimenti derivati da questa erosione possono contenere localmente alcuni percento di minerali pesanti in peso, con ilmenite che è il principale minerale contenente titanio. Questi depositi sono stati scavati ed elaborati per rimuovere il loro pesante contenuto di minerali. L'area in cui si verifica questa estrazione corrisponde a sedimenti e suoli fluviali ricchi di titanio campionati, analizzati e mappati dal National Geochemical Survey (vedi la mappa di accompagnamento).
Per soddisfare i suoi requisiti di titanio, gli Stati Uniti importano concentrati minerali di titanio. I principali produttori di titanio includono: Australia, Canada, Cina, Giappone, Kenya, Madagascar, Mozambico, Norvegia, Russia, Arabia Saudita, Senegal, Sierra Leone e Sudafrica.