Usos y aplicaciones del titanio en las industrias modernas

Las cuatro etapas de la cadena de la industria del titanio

El titanio llega al mercado a través de cuatro etapas interconectadas. La ilmenita, el rutilo y otros minerales que contienen titanio-se mejoran primero mediante beneficio físico para obtener un concentrado de alta-ley. Luego, ese concentrado se divide de dos maneras: se purifica en dióxido de titanio de alta-pureza para la industria de pigmentos, o se clora hasta obtener tetracloruro de titanio y se reduce a una esponja de titanio. Finalmente, la esponja se funde, se moldea en lingotes y se convierte en productos de molienda como placas, barras, tubos y alambres.

Cada etapa establece un techo para la siguiente. Los niveles de hierro, oxígeno, nitrógeno y carbono fijados en la etapa de esponja no pueden eliminarse económicamente más adelante, por lo que la ductilidad, la vida a la fatiga y la solidez de la soldadura del producto de titanio terminado se deciden en gran medida antes de la primera pasada de laminación.

Esponja de titanio: la materia prima principal

La esponja de titanio se produce reduciendo el tetracloruro de titanio con magnesio, el proceso Kroll, o con sodio, el proceso Hunter. La esponja comercial normalmente contiene entre 98,5% y 99,7% de titanio, y el resto está compuesto por hierro, oxígeno, nitrógeno, carbono, silicio y cloruros residuales. Luego, la refundición por arco al vacío o la fusión por haz de electrones consolida la esponja en un lingote denso con una estructura uniforme y de grano fino-adecuada para el procesamiento termomecánico.

La reducción de magnesio domina el suministro mundial porque los subproductos-de magnesio y cloro se pueden recuperar y devolver al clorador, lo que proporciona una mejor consistencia del producto y menores niveles de impurezas metálicas. La reducción de sodio puede producir una esponja ligeramente más fina pero consume mucho más reductor por tonelada de metal. La electrólisis de sales fundidas sigue siendo una vía de desarrollo más que un proceso comercial.

El grado de esponja tiene un efecto comercial directo. Se requiere una esponja de mayor-grado con límites de oxígeno más estrictos para forjas aeroespaciales, implantes médicos y servicios criogénicos, mientras que los grados estándar son adecuados para aplicaciones de corrosión industrial.

Pigmento de dióxido de titanio y sus aplicaciones.

El dióxido de titanio (TiO2) es químicamente estable, no-tóxico y posee el índice de refracción más alto entre los pigmentos blancos comunes, lo que le confiere una opacidad, brillo y poder colorante excepcionales. Se consume en revestimientos arquitectónicos e industriales, plásticos, papel, tintas de impresión, fibras artificiales-, caucho, cosméticos y preparados farmacéuticos.

Dominan dos rutas de producción. El proceso de sulfato tolera una amplia gama de materias primas y utiliza equipos simples, pero genera grandes volúmenes de efluentes ácidos que deben neutralizarse. El proceso de cloruro requiere una materia prima con un contenido de TiO2 de aproximadamente 90-95 %, pero produce una distribución de tamaño de partícula más estrecha y una mayor blancura, y el gas portador de cloro se puede reciclar.

El TiO2 cristaliza en tres formas: rutilo, anatasa y brookita. La brookita no tiene valor pigmentario, por lo que los grados de pigmentos comerciales son rutilo y anatasa. El rutilo tiene un índice de refracción más alto, mejor resistencia a la intemperie y mayor poder cubriente, lo que lo convierte en el grado preferido para revestimientos exteriores, plásticos y acabados de alto-brillo. Anatase conserva un lugar donde su matiz más azul y su menor abrasividad se adaptan a revestimientos interiores, aplicaciones de papel y fibra.

Dónde se utilizan el titanio y las aleaciones de titanio

Las aleaciones de titanio combinan baja densidad, alta resistencia específica, excelente resistencia a la corrosión, baja conductividad térmica, comportamiento no-magnético y biocompatibilidad comprobada. Esas propiedades se traducen en una combinación distintiva de uso final-en productos aeroespaciales, de procesamiento químico, médicos, marinos, automotrices y de consumo.

Aeroespacial:miembros estructurales de fuselajes, componentes de trenes de aterrizaje, piezas de compresores de motores, sujetadores y conductos. El ahorro de peso es el factor determinante: cada kilogramo extraído de la instalación de un motor devuelve un múltiplo de ese valor en términos de combustible y carga útil.

Química y petroquímica:Intercambiadores de calor de carcasa-y-tubos, recipientes a presión, columnas, tuberías, ánodos y componentes de electrolizadores, donde los cloruros y los ácidos oxidantes destruyen los metales más baratos.

Médico:Vástagos de cadera y rodilla, placas óseas, jaulas espinales, implantes dentales e instrumentos quirúrgicos, generalmente en grados sin alear o Ti-6Al-4V ELI.

Marina y desalinización:tuberías de agua de mar, tuberías de condensadores, haces de intercambiadores de calor, cascos sumergibles y componentes de plataformas marinas.

Automoción y deportes de motor:sistemas de escape, válvulas, resortes y bielas en vehículos de alto-rendimiento, donde una menor masa alternativa mejora la respuesta.

Bienes de consumo:monturas de gafas, cajas de relojes, monturas de bicicletas, cabezas de palos de golf y equipos para actividades al aire libre.

Especificación de productos de titanio según estándares reconocidos

Los compradores deben vincular cada compra de titanio a una especificación reconocida en lugar de a una descripción genérica. Los documentos a los que se hace referencia con más frecuencia se enumeran a continuación; ordenándoles fija la química, las propiedades mecánicas, las tolerancias y las obligaciones de prueba.

Cuando la resistencia a la corrosión es el factor decisivo, la especificación también debe indicar el medio de prueba, la temperatura y cualquier requisito para un certificado de prueba de corrosión. Para productos soldados, el régimen de calidad de la soldadura, el nivel de aceptación radiográfica o de penetrantes y la práctica de protección utilizada deben acordarse antes de soldar la primera tubería.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es la diferencia entre la esponja de titanio y el lingote de titanio?
La esponja de titanio es el metal granular poroso que se produce al reducir el tetracloruro de titanio; un lingote es la forma densa y completamente consolidada que se obtiene al fundir esa esponja, que luego se lamina o se forja en productos de molienda utilizables.

P: ¿Qué industrias consumen más titanio?
La industria aeroespacial comercial sigue siendo el mayor consumidor individual de titanio de alta-calidad, seguida de cerca por las aplicaciones industriales químicas y energéticas, como intercambiadores de calor, tuberías y recipientes de proceso.

P: ¿Es el dióxido de titanio el mismo material que el metal titanio?
No. El dióxido de titanio es un óxido blanco estable que se utiliza principalmente como pigmento, mientras que el metal de titanio se produce a partir de una esponja de titanio y se utiliza para componentes estructurales,-resistentes a la corrosión y médicos.

P: ¿Qué grado se selecciona normalmente para los intercambiadores de calor de plantas químicas?
El titanio sin alear de grado 2 cubre la mayoría de las tareas oxidantes y que contienen cloruro-, mientras que el grado 7 o el grado 12 se elige cuando la corriente del proceso es reductora o inusualmente agresiva.

P: ¿Por qué se elige el titanio para los implantes médicos?
El titanio no es-tóxico ni-magnético, resistente a los fluidos corporales y tiene un módulo elástico más cercano al hueso que el acero inoxidable, lo que reduce la protección contra la tensión y el aflojamiento con el tiempo.

P: ¿Se puede suministrar titanio soldado?
Sí. Los tubos y tuberías soldados de titanio están cubiertos por ASTM B338 y ASTM B337 respectivamente, y se usan ampliamente cuando el diámetro es grande o el espesor de la pared hace que la producción sin costuras no sea económica.