Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

                САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет      Физико-технологический

Кафедра         Материаловедение и товарная экспертиза

                                                          КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему                                                             «Титан» 
 
 

ВЫПОЛНИЛ: студент II-ФТ-6                                   Надеева К.В.______ 

РУКОВОДИТЕЛЬ: к.т.н., доцент                               Морозова Е.А._____ 
 
 

Допущен к защите «__» ______2010 г. ____________________

                                                 Дата                                          Подпись преподавателя 

Защищена «__» _______ 2010 г. _________________________

                                    Дата                                                              Подпись преподавателя 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                         Самара 2010 г. 

Содержание

1. Реферат…………………………………………………………………3
2. Введение………………………………………………………………..4
3. Определение……………………………………………………………5
4. История открытия……………………………………………………...5
5. Происхождение названия……………………………………………...7
6. Нахождение в природе………………………………………………...7
7. Запасы и добыча………………………………………………………..9
8. Физические свойства………………………………………………….11
9. Химические свойства…………………………………………………12
10. Достоинства и недостатки……………………………………………14
11. Применение……………………………………………………………15
12. Интересные факты…………………………………………………….25
13. Анализ рынков потребления…………………………………….……27
14. Цена…………………………………………………………………….27
15. Заключение…………………………………………………………….28
16. Список используемой литературы…………………………………...29

1.Реферат

Вероятно, почти  о каждом из 107 известных ныне элементов написаны научные монографии. Не раз предпринимались попытки рассказать обо всех элементах сразу, но в этой курсовой рассказано о металле будущего - титане. 

Цель работы:

 -рассмотреть физические и химические свойства титана,

 -его получение и применение,

 -выявить достоинства и недостатки.  

Курсовая работа состоит из 35 страниц, которые включают в себя 12  разделов и 6 фотографий. В данной работе было использовано 7 источников. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Введение

Тита́н (лат. Titanium; обозначается символом Ti) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура полиморфного превращения α↔β 883 °C. Температура плавления 1660±20°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Определение

Титан — (лат. Titanium, обозначается символом Ti) — химический элемент с атомным номером 22 и атомной массой 47,90 побочной подгруппы четвертой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Титан имеет серебристо белую окраску, относится к легким металлам (он лишь немногим тяжелее алюминия, но значительно превосходит его в прочности). Ti довольно активный элемент, однако благодаря образованию на поверхности плотной защитной окисной пленки он обладает исключительно высокой стойкостью к коррозии (превышающей стойкость нержавеющих сталей) и другим агрессивным средам: азотной кислоте (при любой концентрации) и даже царской водке. Кроме того, титан не окисляется на воздухе и в морской воде. Природный Тi 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 = 3,09ч, 51Ti (Ti1/2 = 5,79 мин) и др.

4.История 

Вряд ли можно найти еще один такой металл, история открытия и изучения которого была бы так полна драматических событий, ошибок и заблуждений, как история титана.

Первооткрывателем титана считается 28-летний английский монах Уильям Грегор. В 1790 г., проводя  минералогические изыскания в своем  приходе, он обратил внимание на распространенность и необычные свойства черного песка в долине Менакэна на юго-западе Англии и принялся его исследовать. В песке священник обнаружил крупицы черного блестящего минерала, притягивающегося обыкновенным магнитом. Будучи минералогом-любителем и имея свою небольшую минералогическую лабораторию, Грегор произвел с этим магнитным минералом несколько опытов: растворил его сначала в соляной, затем в серной кислоте, упарил раствор и получил белый порошок, который при прокалке желтел, а при спекании с углем приобретал голубой цвет. Исследованное природное образование черного цвета Грегор принял за новый, неизвестный ранее минерал, а выделенный из него белый порошок – за новый элемент. Минералу и элементу дали название по местности, где они были найдены: минерал «менакэнит» и элемент «менакин». По сегодняшним представлениям «менакэнит» был смесью ильменита (FeTiO3) и магнетита (FeTiO3?nFe3O4), а белый порошок «менакин» – диоксидом титана.

В 1795 г. немецкий исследователь-химик Мартин Генрих Клапрот, изучая рутил, выделил из него диоксид нового металла – белый порошок, похожий на описанный ранее Грегором. И хотя до получения чистого металла было еще очень далеко – почти полтора столетия, Клапрот известил мир об открытии нового металла, которому дал название «титан».

Чтобы познать все замечательные свойства нового металла и использовать их для своего блага, человечеству потребовалось еще более 150 лет.

Ни один конструкционный  металл не знал такой длительной истории  исследований, как титан. Первые попытки выделить чистый материал заканчивались неудачно. Исследователи получали металл с высоким содержанием примесей кислорода, азота, серы, фосфора, водорода и др., в результате чего, выделенный металл был весьма хрупким и признавался бесполезным для дальнейшего использования. Чистый титан (содержание примесей менее 0,1%) впервые был получен в 1875 году русским ученым Д.К. Кирилловым, но его работа осталась незамеченной. Полученный в 1925 г. Ван Аркелем и де Буром иодидным методом чистейший титан оказался пластичным и технологичным металлом со многими ценными свойствами, которые привлекли к нему внимание широкого круга конструкторов и инженеров. В 1940 г. Кролль предложил магниетермический способ извлечения титана из руд, который является основным и в настоящее время. В 1947 г. были выпущены первые 45 кг технически чистого титана. Стоимость его, конечно, была баснословно высокой – 10 долл. за 1 кг, т. е. этот новый конструкционный материал был во много раз дороже железа, алюминия, магния. (Интересно, что стоимость технически чистого титана сегодня приблизительна такая же: 11 долл. за 1 кг, а стоимость сплавов титана достигает 15 долл. за 1 кг). Тем не менее выпуск металлического титана осуществлялся такими гигантскими темпами, каких не знало никакое другое металлургическое производство. Первая промышленная партия титана массой 2 т была получена в 1948 г., и этот год считается началом практического применения титана. Мировое производство титана (без СССР) за период с 1953 г. по 1996 г возросло более чем в 30 раз. Производство титана в нашей стране началось в 1950 г. и нарастало довольно быстро. В 1960-1990 гг. в СССР было создано крупнейшее в мире производство титана и его сплавов. В конце 80-х годов объем промышленного производства титана в СССР превышал объем его производства во всех остальных странах мира вместе взятых.

5.Происхождение  названия

Однозначного  мнения относительно происхождения  названия двадцать второго элемента периодической системы нет до сих пор.

До 1795 г. элемент  №22 назывался "менакином". Так назвал его в 1791 г. английский химик и минеролог Уильям Грегор, открывший новый элемент в минерале менаканите.

Спустя четыре года после открытия Грегора немецкий химик Мартин Клапрот обнаружил  новый химический элемент в другом минерале – рутиле -дал название титан .

Название было дано Клапротом в соответствии с  его взглядами на химическую номенклатуру в противоположность французской  химической школе, где элемент старались  называть по его химическим свойствам. В свою очередь немецкий химик  придерживался другой системы, которую применял ранее — подбор имен из мифологии. Именно в этом месте и находится «камень преткновения» для двух групп ученых, оспаривающих историю происхождения названия. Одни уверены, что металл получил своё имя в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи и Урана. В пользу этого мнения говорит тот факт, что, ранее открытый Клапротом металл получил название урана, как бы предшественника титана, что подтверждает и древнегреческий миф. Другие ученые уверены, что Клапрот придерживался исключительно германской мифологии и при наименовании нового элемента имел в виду Титанию — королеву фей (жена Оберона в шекспировском «Сне в летнюю ночь»). В пользу данной версии говорит «легкость» (малая плотность) титана, сравниваемая с эфемерностью мира эльфов.

6.Нахождение  в природе 

В XIX веке титан  считался очень редким элементом, кроме  того то качество, которое удавалось  достигать при его получении, не позволяло использовать этот металл в каких-либо областях производства. По этим причинам ученые того времени присвоили титану нелестное звание металла, абсолютно непригодного для использования. Таковым его считал и Дмитрий Иванович Менделеев — в своей работе «Основы химии», изданной в 1906 году. Лишь открытия и исследования XX века убедили химиков в обратном: титан — один из самых распространенных элементов на Земле! Среди других технически важных элементов только три считаются более распространенными, чем титан: железо, алюминий и магний. Содержание титана в недрах нашей планеты настолько велико (среднее содержание его в земной коре (кларк) составляет 0,57 % по массе), что в несколько раз превосходит запасы Cu, Zn, Pb, Au, Ag, платины, хрома, вольфрама, ртути, молибдена, висмута, сурьмы, никеля и олова, вместе взятых. Наибольшая концентрация титана наблюдается в основных породах, так называемой «базальтовой оболочке» (0,9 %), меньше в гранитных породах (0,23 %) и совсем мало в ультраосновных породах (0,03 %), незначительные концентрации двадцать второго элемента наблюдаются и в породах иного характера. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях, в свободном виде этот металл не встречается, он концентрируется в бокситах коры выветривания и в глинистых морских осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях.

Известно около 70 минералов титана, в которых он находится в виде двуокиси или солей титановой кислоты. Наибольшее практическое значение имеют ильменит — метатитанат железа FeTiO3 (43,7—52,8 % содержания TiO2), рутил, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, анатаз и брукит (94,2—99,0 % TiO2), лейкоксен (56,3—96,4 % TiO2), лопарит (38,3-41,0 % TiO2), титанит (сфен) CaTiOSiO4 (33,7—40,8 % TiO2) перовскит CaTiO3 (38,7—58,9 % TiO2), манганотанталит MnTa2O6 и др.

Месторождения титановых руд делятся на магматические, экзогенные и метаморфогенные. Магматические  месторождения связаны с ультроосновными, основными и щелочными породами, которые содержат от 7 до 32 % TiO2. Крупнейшие магматические месторождения известны в Канаде, США, России, Индии, ЮАР, Норвегии. К эгзогенным месторождениям титановых руд относят ильменитовые и рутиловые в корах выветривания (3—30 % TiO2); прибрежно-морские (как древние, так и современные) россыпи ильменита, рутила и лейкоксена (0,5—35 % TiO2); элювиально-делювиальные и аллювиальные россыпи ильменита (0,5—25 % TiO2). Нужно отметить, что прибрежно-морские россыпи являются основным промышленным типом титановых руд. Для них характерны пластовые и линзообразные залежи, мощность которых достигает нескольких десятков метров, протяженностью в десятки километров при ширине до нескольких километров. Такие россыпи встречаются в Австралии, Индии, России, Новой Зеландии, Бразилии и других странах с большой протяженностью морских и океанических границ. К метаморфогенным месторождениям относят песчаники с лейкоксеном (8—10 % TiO2); ильменит-магнетитовые в амфиболитах (12,2 % TiO2); рутиловые в гнейсах и др.

Титановые руды делятся на вкрапленные и сплошные, имеющие пластовую или жилообразные формы. Переходы между этими формами  зачастую плавные. Кроме титана в  рудах обычно содержатся Fe, V, Zr, Sc.

В биосфере титан в основном рассеян, этот металл является слабым водным мигрантом, поэтому его содержание в морской воде 1∙10-7 % (0,001 мг/л).

7.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.