Traitement du titane, extraction du titane de ses minerais et préparation d'alliages ou de composés de titane pour utilisation dans divers produits.
Le titane (Ti) est un métal doux, ductile, gris argenté avec un point de fusion de 1675 ° C (3047 ° F). En raison de la formation à sa surface d'un film d'oxyde qui est relativement inerte chimiquement, il présente une excellente résistance à la corrosion dans la plupart des environnements naturels. De plus, il est léger, avec une densité (4,51 grammes par centimètre cube) à mi-chemin entre l'aluminium et le fer. Sa combinaison de faible densité et de haute résistance lui confère le rapport résistance / poids le plus efficace des métaux communs pour des températures allant jusqu'à 600 ° C (1100 ° F).
Parce que son diamètre atomique est similaire à de nombreux métaux courants tels que l'aluminium, le fer, l'étain et le vanadium, le titane peut facilement être allié pour améliorer ses propriétés. Comme le fer, le métal peut exister sous deux formes cristallines: hexagonale compacte (hcp) en dessous de 883 ° C (1621 ° F) et cubique centrée sur le corps (bcc) à des températures plus élevées jusqu'à son point de fusion. Ce comportement allotrope et la capacité d'alliage avec de nombreux éléments conduisent à des alliages de titane qui ont une large gamme de propriétés mécaniques et résistantes à la corrosion.
Bien que les minerais de titane soient abondants, la réactivité élevée du métal avec l'oxygène, l'azote et l'hydrogène dans l'air à des températures élevées nécessite des processus de production et de fabrication compliqués et donc coûteux.
Histoire
Le minerai de titane a été découvert pour la première fois en 1791 dans les sables de la plage des Cornouailles par un membre du clergé anglais, William Gregor. L'identification réelle de l'oxyde a été faite quelques années plus tard par un chimiste allemand, MH Klaproth. Klaproth a donné au constituant métallique de cet oxyde le nom de titane, après les Titans, les géants de la mythologie grecque.
Le titane métallique pur a été produit pour la première fois en 1906 ou 1910 par MA Hunter au Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, New York, États-Unis) en coopération avec la General Electric Company. Ces chercheurs pensaient que le titane avait un point de fusion de 6000 ° C (10800 ° F) et était donc un candidat pour les filaments de lampes à incandescence, mais, lorsque Hunter a produit un métal avec un point de fusion plus proche de 1800 ° C (3300 ° F), l'effort a été abandonné. Néanmoins, Hunter a indiqué que le métal avait une certaine ductilité, et sa méthode de production en faisant réagir du tétrachlorure de titane (TiCl 4) avec du sodium sous vide a ensuite été commercialisée et est maintenant connue sous le nom de processus Hunter. Un métal de ductilité importante a été produit en 1925 par les scientifiques néerlandais AE van Arkel et JH de Boer, qui ont dissocié le tétraiodure de titane sur un filament chaud dans une ampoule de verre sous vide.
En 1932, William J. Kroll du Luxembourg a produit des quantités importantes de titane ductile en combinant TiCl 4 avec du calcium. En 1938, Kroll avait produit 20 kilogrammes (50 livres) de titane et était convaincu qu'il possédait d'excellentes propriétés de corrosion et de résistance. Au début de la Seconde Guerre mondiale, il a fui l'Europe et a poursuivi son travail aux États-Unis à la Union Carbide Company et plus tard au US Bureau of Mines. À ce moment-là, il avait changé l'agent réducteur du calcium en magnésium métal. Kroll est désormais reconnu comme le père de l'industrie moderne du titane, et le procédé Kroll est la base de la plupart des productions actuelles de titane.
Une étude de l'US Air Force menée en 1946 a conclu que les alliages à base de titane étaient des matériaux d'ingénierie potentiellement très importants, car le besoin naissant de rapports résistance / poids plus élevés dans les structures et les moteurs des avions à réaction ne pouvait être satisfait efficacement par l'acier ou l'aluminium.. En conséquence, le ministère de la Défense a fourni des incitations à la production pour démarrer l'industrie du titane en 1950. Une capacité industrielle similaire a été fondée au Japon, en URSS et au Royaume-Uni. Après que cet élan ait été donné par l'industrie aérospatiale, la disponibilité immédiate du métal a donné lieu à de nouvelles applications sur d'autres marchés, tels que le traitement chimique, la médecine, la production d'électricité et le traitement des déchets.
Minerais
Le titane est le quatrième métal de structure le plus abondant sur Terre, dépassé uniquement par l'aluminium, le fer et le magnésium. Les gîtes minéraux exploitables sont dispersés dans le monde entier et comprennent des sites en Australie, aux États-Unis, au Canada, en Afrique du Sud, en Sierra Leone, en Ukraine, en Russie, en Norvège, en Malaisie et dans plusieurs autres pays.
Les minéraux prédominants sont le rutile, qui représente environ 95% du dioxyde de titane (TiO 2), et l'ilménite (FeTiO 3), qui contient 50 à 65% de TiO 2. Un troisième minéral, le leucoxène, est une altération de l'ilménite à partir de laquelle une partie du fer a été naturellement lessivée. Il n'a pas de teneur spécifique en titane. Les minéraux de titane se trouvent dans les formations alluviales et volcaniques. Les dépôts contiennent généralement entre 3 et 12 pour cent de minéraux lourds, constitués d'ilménite, de rutile, de leucoxène, de zircon et de monazite.
