Titanio

El Titanio es un elemento químico resistente a la corrosión. Está clasificado como un metal de transición en la tabla periódica en el grupo 4 y se identifica con el símbolo Ti y el número atómico 22. Es un metal fuerte de color gris, flexible y liviano, con una apariencia de color blanco y brillo metálico.

Este elemento se encuentra de manera abundante en la corteza terrestre, se utiliza principalmente en aleaciones ligeras y fuertes, y su óxido se emplea como pigmento blanco anticorrosivo. Aunque se encuentra en muchos minerales, las principales fuentes de titanio son el rutilo y la ilmenita.

Historia

El titanio fue descubierto en 1791 por el mineralogista inglés William Gregor, quien identificó arena negra compuesta de titanio y óxido de Hierro. Esta fuente es conocida hasta el día de hoy como ilmenita.

Más tarde, en el año 1795, el alemán Martin Heinrich Klaproth encontró un metal desconocido en el rutilo (dióxido de titanio con trazas de hierro), similar al de Gregor, pero, con una pureza del 99 %. Klaproth le dio el nombre de titanio, en referencia a los gigantes de la mitología griega.

La producción de titanio casi puro data de 1910, y el proceso de fabricación industrial desde 1939.

Características y propiedades

El titanio es un metal de transición blanco con brillo metálico que tiene una densidad igual a 4,5, una resistencia mecánica bastante baja asociada a una alta ductilidad y buena resistencia a la corrosión. Sus características mecánicas aumentan considerablemente con la adición de elementos de aleación.

Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas del titanio proporcionan alta resistencia, rigidez, tenacidad, baja densidad y buena resistencia a la corrosión para diversas aleaciones de titanio a temperaturas extremas. Estas propiedades permiten, en particular, la reducción del peso de las estructuras aeroespaciales y de alto rendimiento.

• Erosión: la capa de óxido muy adherente y dura explica la longevidad de las piezas de titanio sometidas a choques de partículas en suspensión en fluidos. Este efecto se amplifica por la capacidad de esta capa para regenerarse. La erosión en el Agua de mar aumenta con un flujo más alto o un tamaño de grano más bajo.
• Resistencia y ductilidad: el titanio se considera un metal con alta resistencia mecánica y buena ductilidad en condiciones de Temperatura estándar. Su resistencia específica (relación resistencia a la tracción/densidad) supera al aluminio y al acero. Su resistencia es inversamente proporcional a la temperatura con un plano entre -25°C y 400°C.
• • Por debajo de -50°C, en rangos de temperatura criogénica, el aumento de la resistencia es espectacular; sin embargo, se acompaña de una ductilidad muy baja.
  • Por encima de 400°C, la resistencia mecánica comienza a disminuir.
• Desgaste y rigidez: hasta la fecha, aún no se ha desarrollado ninguna solución satisfactoria para evitar el desgaste y rigidez de recubrimientos a base de titanio. Se han probado principalmente la oxidación, la nitruración, la boruración y la cementación. Por ello, se encuentran muchas dificultades tecnológicas de producción y adhesión.
• Biocompatibilidad: el titanio es uno de los Metales más biocompatibles junto con el Oro y el platino. Por esta razón es completamente resistente a los fluidos corporales y ofrece una alta resistencia mecánica y un módulo de elasticidad muy bajo, lo que lo hace compatible con las estructuras óseas.
• Resistente al fuego: el titanio es muy resistente a los hidrocarburos. Se ha demostrado que un tubo de 2 mm de espesor podría, sin daño ni riesgo de deformación o explosión, soportar una presión de diez atmósferas al someterse a un fuego de hidrocarburo a una temperatura de 600°C.

Esta última condición se debe principalmente a la resistencia de la capa de óxido que impide la penetración de hidrógeno en el material. Además, la baja conductividad térmica del titanio protege los elementos internos durante más tiempo del aumento de temperatura.

Propiedades químicas

• El titanio natural es una mezcla de cinco isótopos, todos estables: 46 Ti (8,25 p. 100), 47 Ti (7,44 p. 100), 48 Ti (73,72 p. 100), 49 Ti (5,41 por ciento) y 50 Ti (5,18 por ciento). De los aproximadamente veinte isótopos artificiales conocidos, 44 Ti tiene la Vida media más larga (60 años).
• Los estados de oxidaciones más comunes del titanio se obtienen entre los estados -1, +2, +3 y +4.
• Anticorrosivo: el titanio es un metal extremadamente oxidable. Una de las causas de la resistencia a la corrosión es el desarrollo de una capa protectora pasivante de unas pocas fracciones de micrómetro, que consiste principalmente en óxido de TiO2, pero se reconoce que puede contener otras variedades.
• Este elemento está presente en cantidades significativas en los siguientes minerales: rutilo (TiO 2), ilmenita (FeO.TiO 2), arizonita (Fe 2 Ti 3 O 9),perovskita (CaTiO 3),esfena (CaTiSiO 59). Algunos minerales de hierro son titaníferos (contenido de titanio inferior al 40 por ciento).

Características físicas

• Densidad de aproximadamente el 60% a la del acero, pero puede fortalecerse mediante aleación y deformación.
• El peso atómico del titanio es 47,88: ligero, fuerte, resistente a la corrosión y abundante en la naturaleza.
• El titanio y sus aleaciones poseen una resistencia a la tracción de 30 000 psi a 200 000 psi (210-1380 Mpa), que es equivalente a la resistencia de la mayoría de las aleaciones de acero.
• Su resistencia a la corrosión es excepcional en muchos ambientes como el agua de mar o el cuerpo humano.
• Sus características mecánicas se mantienen altas hasta una temperatura de aproximadamente 600°C y siguen siendo excelentes hasta temperaturas criogénicas.
• Su transformación en productos semiacabados y piezas de diferentes formas por las técnicas habituales (taladrado, estampación, hilado, fundición, soldadura, mecanizado, etc.) es razonablemente fácil.
• Está disponible en una amplia variedad de formas y tipos de productos: lingotes, palanquillas, barras, alambres, tubos, desbastes, láminas y flejes.
• El titanio no es magnético y tiene buenas propiedades de transferencia de calor.
• El titanio no es un buen conductor de electricidad. Si consideramos que la conductividad del Cobre es del 100%, la del titanio sería del 3,1%.
• Su coeficiente de dilatación, ligeramente inferior al del acero, es la mitad que el del aluminio.

Uso

Al tratarse de un metálico caro, las industrias han desarrollado el dióxido de titanio, que es más asequible, y permite una mayor rentabilidad en determinados campos de aplicación. Por lo tanto, ya sea metálico o en forma de dióxido, el titanio se utiliza en las siguientes áreas:

• Aeronáutica y aeroespacial.
• Industria militar.
• Industria química (reactores en refinerías).
• Infustria petroquímica.
• Ambientes marinos.
• Industria deportiva.
• Industria óptica.
• Automóvil.
• Energía (incluida la nuclear).
• Biomedicina.

Efectos sobre la salud

El titanio elemental y el dióxido de titanio son de baja toxicidad. Los animales de laboratorio (ratas) expuestos al dióxido de titanio por inhalación desarrollaron pequeñas áreas oscuras localizadas en los pulmones. Sin embargo, la exposición excesiva en humanos puede causar ligeros cambios en los pulmones.

La inhalación de polvo puede causar dolor en el pecho, tos y dificultad para respirar. El contacto con la piel o los ojos puede causar irritación.

Reserva mundial

La reserva mundial total de titanio, la que aún no es explotable tecnológica y económicamente, se estima en 2 000 millones de toneladas.

Las reservas probadas de rutilo e ilmenita, calculadas como porcentaje de TiO2 utilizable y tecnológicamente extraíble en 2011, se estiman en 600 millones de toneladas.

Los principales países productores de ilmenita son Australia, China, Noruega, Vietnam, India, Ucrania, Estados Unidos. Mientras que los principales países productores de rutilo son Australia, Sudáfrica, Sierra Leona, Estados Unidos, Ucrania.

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