Titan: od mitološkog naziva do industrijskog metala

Rana identifikacija i početne poteškoće

Mineral koji je ispitivao Klaproth bio je menachanite, potječe iz Cornwalla u Engleskoj. Britanski svećenik i geolog amater William Gregor otkrio je isti element u identičnom mineralu prije nekoliko godina i objavio svoja zapažanja. Zasluge za otkriće stoga dijele njih dvoje. Gregor je to prvi prijavio; Klaproth je dodijelio ime.

Oboje su prepoznali da su pronašli nešto novo. Poteškoća je bila u onome što je uslijedilo. Titan lako reagira s kisikom i dušikom kada je izložen visokim temperaturama. Rani pokušaji taljenja ili redukcije metala dosljedno su proizvodili kontaminirani, krti materijal. Više od jednog stoljeća titan je bio laboratorijska zanimljivost. Njegova snaga i niska gustoća bili su shvaćeni, ali nije postojala praktična metoda proizvodnje.

Razvoj održive proizvodne metode

William Justin Kroll, metalurg-rođen u Luksemburgu, sa sjedištem u Sjedinjenim Državama, riješio je ovaj problem 1940. godine. Razvio je proces u kojem je magnezij korišten za redukciju titan tetraklorida, kemijskim uklanjanjem klora da bi se dobio metalni titan. Metoda je bila spora, skupa i zahtijevala je značajan unos energije. Ipak je funkcionirao i to je sve promijenilo.

Krollov pristup ostaje temelj proizvodnje titana do danas. Općenito poznat kao Krollov proces, on i dalje dominira industrijskom proizvodnjom titanske spužve - međuoblika koji se zatim topi, rafinira i proizvodi u ploče, šipke, žice, cijevi i ploče.

Povijesni kontekst ubrzao je usvajanje. Drugi svjetski rat i rano razdoblje Hladnog rata stvorili su snažnu potražnju za materijalima koji kombiniraju visoku čvrstoću, malu težinu i otpornost na ekstremna radna okruženja - posebno unutar mlaznih motora i okvira letjelica. Titanium je ispunio ove zahtjeve. Američka vojna ulaganja potaknula su povećanje proizvodnje tijekom 1950-ih.

Ekspanzija izvan zračnog prostora

Zrakoplovstvo je omogućilo prvu veliku industrijsku primjenu titana. Izviđački zrakoplov Lockheed A-12, prethodnik SR-71 Blackbird, bio je jedan od najranijih dizajna koji je opsežno ugrađivao titan u svoju konstrukciju zrakoplova. Sam SR-71 je napravljen približno 85% od legure titana. To je bila strukturna nužnost: pri radnoj brzini, aerodinamičko trenje zagrijavalo je oblogu zrakoplova preko 300 stupnjeva.

Naknadno usvajanje prošireno je na kemijsku obradu - gdje se titanova otpornost na koroziju pokazala vrlo vrijednom - proizvodnju električne energije, desalinizaciju i proizvodnju medicinskih implantata. Metal je biokompatibilan; ljudsko tijelo obično ne odbacuje niti negativno reagira na titanske implantate. Uslijedile su aplikacije za potrošače, uključujući sportsku opremu i nakit.

Kina je kasnije ušla u sektor titana, ali se brzo proširila. Baoji, smješten u provinciji Shaanxi, pojavio se kao nacionalni proizvodni centar od 1960-ih nadalje. Trenutno Kina čini više od polovice globalne proizvodnje titana, a Baojijeva industrijska baza ostaje usko povezana s metalom.

Trenutno stanje i izgledi

Titan više nije nepraktičan kuriozitet kakav je nekad bio. Troškovi proizvodnje značajno su se smanjili, iako je Kroll proces i dalje inherentno serijski-temeljen i-energetski intenzivan. Očekuje se da će istraživanje alternativnih metoda - uključujući FFC Cambridge proces i razne elektrolitičke tehnike - dodatno smanjiti troškove u narednim godinama.

Temeljne prednosti titana nisu se promijenile. Njegova kombinacija niske gustoće, visoke strukturne čvrstoće, otpornosti na koroziju i biokompatibilnosti neuobičajena je među metalima. Niti jedan zamjenski materijal ne odgovara svim tim svojstvima istovremeno. Kako industrije i dalje zahtijevaju lakše, izdržljivije i učinkovitije materijale, upotreba titana nastavlja se širiti - proširujući se od zrakoplovstva i medicine do arhitekture, automobilskog inženjeringa, potrošačke elektronike i drugih sektora.