Kronika globalne industrije titana (1. del): od odkritja do tekmovanja med štirimi državami, kako je ta kovina porušila industrijo?

Ko ljudje pomislijo na kovine, se morda spomnijo podobe trdnosti jekla, razkošja zlata ali nizke gostote aluminija. Vendar pa obstaja kovina, katere gostota je 40% nižja od jekla, vendar je njena trdnost bistveno večja od aluminijevih zlitin. Lahko prenese ekstremne temperature letalskih motorjev, je odporen proti koroziji v globok-morskih okoljih in celo služi kot biokompatibilen material za vsadke-to je titan (Ti). Od svojega odkritja, po več kot dveh stoletjih raziskovanja, se je titan iz redkega elementa preoblikoval v osrednji material, ki oblikuje globalno industrijsko pokrajino, danes pa se je razvil v "vojno virov titana" med Združenimi državami, Kitajsko, Rusijo in Japonsko.

1. Stoletje-dolgo potovanje: od rude do-titana visoke čistosti, 119-letno raziskovanje človeštva

Odkritje titana je izhajalo iz naključne raziskave mineralov. Leta 1791 je častiti William Gregor, angleški duhovnik in mineralog, prvi identificiral titan{2}}vsebujoč mineral v nahajališčih črnega magnetita v Cornwallu v Angliji. Vendar pa takrat ni predvidel, da ta na videz običajna ruda vsebuje ključni element, ki bo v prihodnosti revolucioniral industrijo.

Pet let kasneje je pruski analitični kemik Martin Heinrich Klaproth ponovno neodvisno odkril element med analizo rutilne rude na Madžarskem. Da bi poudaril njegove "močne lastnosti", ga je poimenoval "Titanium", po Titanih, potomcih bogov neba in zemlje v grški mitologiji, in označil njegov simbol elementa kot "Ti", s čimer je uveljavil ime titana.

Vendar je bilo odkrivanje elementa le začetek; izziv rafiniranja titana iz rude v uporaben kovinski element je daleč presegel pričakovanja. Leta 1887 sta švedska kemika Lars Fredrik Nilson in Sven Otto Pettersson uspešno proizvedla kovinski titan s čistostjo 95 % z redukcijo titanovega tetraklorida z natrijem, s čimer sta bila pionirja "metode termične redukcije natrija". Šele leta 1910 je ameriški kemik Matthew A. Hunter dodatno optimiziral postopek in prvič pridobil titan s čistostjo 99,9 %; to metodo so poimenovali "proces Hunter".

Od odkritja titan{0}}vsebujočih mineralov leta 1791 do proizvodnje -elementarnega titana visoke čistosti leta 1910 je človeštvo potrebovalo celih 119 let. Toda takrat je bil titan v laboratoriju še vedno »redka dobrina« in še vedno je obstajala nepremostljiva vrzel med-industrijsko proizvodnjo velikega obsega-do pojava druge ključne tehnologije.

2. Preboj v industrializaciji: Klauerjev proces debitira in titanova industrija končno "zaživi"

Leta 1932 je luksemburški znanstvenik William Justin Kroll predlagal inovativno idejo: uporabiti magnezij namesto natrija kot redukcijsko sredstvo za obdelavo titanovega tetraklorida. Po osmih letih raziskav je to metodo uspešno uporabil za rafinacijo čistega titana in tako vzpostavil »Krollov proces« (postopek redukcije magnezija). Ta tehnološka inovacija je bila kot odprtje »ključne arterije« za industrijsko proizvodnjo titana-v primerjavi s postopkom Hunt postopek Kroll ni le občutno zmanjšal stroške, ampak tudi znatno izboljšal učinkovitost proizvodnje in hitro postal glavna tehnologija za proizvodnjo gobastega titana (osnovne surovine titanove industrije).

Podjetje, ki je resnično spoznalo -industrijsko uporabo titana v velikem obsegu, je bil DuPont v Združenih državah. Leta 1948 je DuPont uspešno proizvedel 2 toni gobastega titana s postopkom Krauer, kar je bil mejnik, splošno priznan kot "začetek" svetovne industrije titana. Od takrat se je titan postopoma premaknil iz "nišnega obstoja" v laboratorijih v široko paleto industrijskih aplikacij.

»Pospeševalec«, ki je pospešil razvoj industrije titana, je bila nujna potreba v letalskem sektorju po drugi svetovni vojni. Takrat je razvoj reaktivnih motorjev in nadzvočnih letal prešel v kritično fazo, tradicionalni materiali pa so se soočili s hudimi izzivi: aluminijeve zlitine so bile nagnjene k deformacijam pri visokih temperaturah, jeklo pa je bilo pretežko, da bi zadostilo zahtevam. Titanove zlitine so s svojo "visoko specifično trdnostjo" (ki združuje lahkotnost in visoko trdnost) in odlično odpornostjo na visoke -temperature popolnoma ustrezale strogim zahtevam letalske industrije. Ameriško ministrstvo za obrambo, zlasti letalske sile, je postalo najzgodnejši in najmočnejši "promotor" industrije titana, kar je neposredno vodilo v eksplozivno rast proizvodnje titana.