анализ содержания титана, анализ титана, определение содержания титана

Титан - Ti

Анализаторы титана / спектрометры
Оптико эмиссионный спектрометр для анализа титана и титановых сплавов
Рентгенофлуоресцентный спектрометр для анализа титана и титановых сплавов

Таблица Менделеева

анализ спектра с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра.

Титан — 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. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура перехода α↔β 883 °C.

Нахождение в природе титана

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе. 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, танталит (Fe,Mn)2+Ta2O6 и манганотанталит MnT2O6. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

Получение титана

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl4: TiO2 + 2C + 2Cl2 =TiCl4 + 2CO Образующиеся пары TiCl4 при 850 °C восстанавливают Mg: TiCl4+ 2Mg = 2MgCl2+ Ti Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.

Физические свойства титана

Титан — легкий серебристо-белый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (a=2,951 Å; с=4,697 Å; z=2; пространственная группа C6mmc), β-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой (a=3,269 Å; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода α↔β 883 °C, ΔH перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1671 °C, точка кипения 3260 °C, плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см ³ [1], атомная плотность 5,71X1022 ат/см ³ [источник не указан 117 дней]. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок. При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной). Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400°С.

Применение титана

Применение титана в химической промышленности — используется при производстве реакторов, трубопроводов, насосов, лёгких сплавах, остеопротезах. Применение в лакокрасочной промышленности - белый диоксид титана (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя .
Применение в аэрокосмической и кораблестроительной промышленностях — титан, наряду с алюминием, является важнейшим конструкционным материалом, алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование. Применение в сталелитейной промышленности - титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали, диборид титана — важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов, нитрид титана применяется для покрытия инструментов.
Применение в медицине - Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы,используется при производстве протезов.
Применение в легкой промышленности — используется при производстве бумаги и пластика.
Применение титана в пищевой промышленности — в виде соединения, как Пищевая добавка E171. Применение в электрохимической и оптической промышленностях - неорганические соединения титана применяются в в качестве добавки или покрытий. В 2005 компания Titanium Corporation опубликовала следующую оценку потребления титана в мире:
60 % — краска;
20 % — пластик;
13 % — бумага;
7 % — машиностроение.

Титановые сплавы

Титановые сплавы получают путём легирования титана следующими элементами (числа в скобках — максимальная для промышленных сплавов концентрация легирующей добавки в % по массе): Al (8), V (16), Mo (30), Mn (8), Sn (13), Zr (10), Cr (10), Cu (3), Fe (5), W (5), Ni (32), Si (0,5); реже применяется легирование Nb (2) и Та (5). Как микродобавки применяются Pd (0,2) для повышения коррозионной стойкости и В (0,01) для измельчения зерна. Легирующие добавки имеют различную растворимость в a и b-Ti и изменяют температуру a/b-превращения. Алюминий, а также кислород и азот, предпочтительнее растворяющиеся в a-Ti, повышают эту температуру по мере увеличения их концентрации, что ведёт к расширению области существования a-модификации; такие элементы называются a-стабилизаторами. Sn и Zr хорошо растворяются в обеих аллотропических модификациях титана и очень мало влияют на температуру a/b-превращения; они относятся к так называемым нейтральным упрочнителям. Все остальные добавки к промышленным титановым сплавам предпочтительнее растворяются в b-Ti, являются b-стабилизаторами и снижают температуру полиморфного превращения титана. Их растворимость в aи b-модификациях титана меняется с температурой, что позволяет упрочнять сплавы, содержащие эти элементы, путём закалки и старения.
В нелегированном титане, а также в сплавах титана с a-стабилизаторами и нейтральными упрочнителями нельзя зафиксировать высокотемпературную b-модификацию путём закалки ввиду наличия мартенситного превращения, в результате которого образуется вторичная a-фаза игольчатой формы. В сплавах же с b-стабилизаторами можно, в зависимости от концентрации, зафиксировать любое количество b-фазы вплоть до 100%. На сплошную b-структуру могут закаливаться двойные сплавы, содержащие не менее 4% Fe, 7% Mn, 7% Cr, 10% Mo, 14% V, 35% Nb, 50% Ta; эти концентрации называются критическими. В закалённых сплавах докритического и критического составов (b-фаза является нестабильной и при последующей низкотемпературной обработке (старении) распадается с образованием дисперсных выделений вторичной a-фазы, что даёт эффект упрочнения. В сплавах закритического состава (например, Ti — 30% Mo) образуется стабильная b-фаза и эффекта упрочнения не наблюдается.
Использование рентгенофлуоресцентного метода при анализе содержания Титана в образцах:

Определение процентного содержания титана в ракетостроительной, кораблестроительной и авиа – промышленностях, при качественном контроле сырья и готовых изделий.
Рентгенофлуоресцентный анализ содержания титана в пищевой промышленности (пищевых добавках);
Рентгенофлуоресцентный анализ содержания титана в сталях и сплавах в сталелитейной промышленности;
Рентгенофлуоресцентный анализ эмалей и лакокрасочных изделий

количественный анализ содержания металлов и других элементов в сплавах без использования стандартных образцов и калибровки

При анализе низколегированных сталей: Ti 0.2 – 0.4% расхождение составит 0.04 + 0.35C;
При анализе высоколегированных сталей: Ti 0.4 – 1.7% расхождение составит 0.08 + 0.28C;
При анализе никелевых сплавов и сплавов на железоникелевой основе: Ti 1 – 3.4% расхождение составит 0.3 + 0.18C;
При анализе титановых сплавов: Ti 91 - 95% расхождение составит 12.13 - 0.089C;

Применение рентгенофлуоресцентного анализа для анализа сплавов имеет ряд преимуществ в сравнении с другими методами, а именно: метод является неразрушающим, не разрушает и не изменяет образец; предъявляет минимальные требования к образцам, чаще всего – не требует никакой пробоподготовки; делает ненужной взвешивание или иное измерение количества пробы

Титан наряду с алюминием занимает одно из главенствующих мест среди элементов, используемых во многих отраслях промышленности. Для целей контроля содержания больше всего подходит рентгенофлуоресцентный метод контроля – неразрушающий метод, основанный на анализе излучения возбужденных атомов. Кроме такого очевидного плюса, данный метод практически не требует предварительной пробоподготовки, что значительно ускоряет и облегчает контроль. Одним из лидеров в данной области является прошедшая сертификацию в России, линейка оборудования серии EDX и WDX компании Skyray Insrtuments. Рентгенофлуоресцентные спектрометры данной серии (например стационарный EDX3600B,или переносные EDX Pocket Series и EDX Portable Series великолепно справляются с данным типом задач практически на любом металлургическом производстве. Так же линейка широко применяется в геодезических изысканиях при поиске и анализе месторождений, экологическими службами при проведении анализа почв и вод, на предмет содержания опасных для здоровья элементов.