Рассказываем всё самое важное о титане: свойства, применение, основные продукты, добыча, запасы.
А также почему в России массово появилась кремовая офисная бумага, что нашли на Луне, как Россия оказалась в роли «сапожника без сапог» и что делается для решения проблемы.
Свойства
Ключевыми свойствами титана являются: лёгкость (на 45% легче стали), прочность (в два раза прочнее алюминия), стойкость к коррозии (в том числе в морской воде и кислотах), ковкость, сопротивление усталости и высокая температура плавления (1670 °C).
Металл немагнитен и нетоксичен. Электро- и теплопроводность достаточно низкая. Это единственный элемент, который горит в чистом газообразном азоте. Водой и углекислым газом потушить титан нельзя (только специальные сухие порошкообразные смеси).
Главный недостаток – сравнительно высокая стоимость, обусловленная трудностью извлечения из земной коры и последующей переработки.
Самыми распространёнными коммерческими формами являются диоксид титана (белый порошок) и металлический титан. Соотношение мировых производственных мощностей составляет примерно 96:4 в пользу диоксида титана (данные 2022 г.).
В то же время есть и другие, достаточно экзотические формы. Например, хлорид титана (IV), летучая жидкость, которая во влажном воздухе преобразуется в густые белые облака. Используется военными (для создания дымовой завесы) и лётчиками (чтобы рисовать фигуры на небе).
Диоксид титана
Большая его часть уходит на производство белых красок и лаков. Отличаются стойкостью, непрозрачностью и хорошей отражательной способностью. Диоксид титана имеет высокий показатель преломления и оптической дисперсии (выше чем у алмаза).
Также значительные объёмы направляются на производство пластмасс и отбеленной бумаги.
Производство продуктов питания использует его в качестве белого пищевого красителя (если увидите на упаковке надпись Е171, то это как раз оно).
Косметическая промышленность добавляет данное соединение в солнцезащитный крем и зубную пасту.
Также диоксид титана реализуется производителям керамики, текстиля, напольных покрытий, кровельных материалов, сварочных электродов и других изделий.
Исследуется возможность нанесения покрытия на основе диоксида титана на стёкла и тротуарную плитку для превентивной борьбы с загрязнениями.
Металлический титан
Несмотря на свои замечательные свойства, в чистом виде он почти никогда не применяется. Титан сплавляют с железом, алюминием, никелем, цирконием, ванадием, медью, марганцем, молибденом и другими металлами.
Основное направление использования сплавов – машиностроение, в том числе авиационно-космическое, автомобильное, железнодорожное, судостроение и производство двигателей (в том числе реактивных). На один самолёт типа «Боинг» или «Аэробус» тратится от 17 до 77 тонн титана, в том числе до 11 тонн в двигателях.
Титан особенно востребован в оборудовании, работающем в агрессивной среде: реакторы, опреснительные установки, насосы, трубы, буровое оборудование и даже контейнеры для хранения ядерных отходов (срок хранения в таких ёмкостях – 100 тысяч лет).
Может применяться при изготовлении свёрл, молотков и ударопрочной рабочей обуви.
Медицина использует титановые сплавы в суставном и зубном протезировании, хирургических инструментах, инвалидных колясках, костылях, а также кардиостимуляторах. Люди с титановыми имплантатами могут без проблем проходить МРТ. Титановая оправа для очков легка, прочна и не вызывает аллергии.
Титан добавляют при изготовлении корпусов некоторых престижных моделей часов, компьютеров и смартфонов, а также корпусов бортовых систем управления космическими аппаратами.
Ювелирам он нужен, чтобы придать прочность золоту и для создания авторских украшений на основе титана. Кроме того, этот материал активно применяется любителями пирсинга.
Создатели современного спортивного инвентаря закупают титан для производства велосипедов, теннисных ракеток, хоккейных масок, удочек, туристической посуды, фонарей, каркасов палаток и даже подков для скаковых лошадей.
В некоторых моделях 3D-принтеров допускается возможность работы с титановым порошком.
Даже скульпторы и архитекторы не проходят мимо этого материала (например, памятники Гагарину и Покорителям космоса в Москве).
Военные предъявляют существенный спрос на титан. Пластины для бронежилетов, а также некоторые детали огнестрельного оружия изготавливают из этого металла.
СССР стал первой страной, которая в 50-х годах стала использовать его в подводных лодках и другой военной технике. Затем США, осознав его стратегическую важность, начали применять титан в военном (а позже и в гражданском) самолётостроении. Первопроходцем использования элемента в автопроме стала компания Volkswagen в начале 2000-х годов.
Интересно, что в США более 70% металлического титана идёт в аэрокосмическую отрасль, в то время как большая его часть в Китае потребляется химическим машиностроением.
Производство диоксида титана
По данным U. S. Geological Survey, совокупные мировые мощности по производству диоксида титана составляют 9,4 млн. тонн. Планетарными лидерами являются: Китай (5 млн. тонн, 53%), США (1,37 млн. тонн, 15%) и Германия (472 тыс. тонн, 5%).
В России производство данного продукта находится на достаточно скромном уровне - 55 тыс. тонн.
Интересно, что поскольку самое крупное предприятие-производитель Восточной Европы находится в Крыму, а данные для подобной статистики собираются путём опроса, то эти объёмы записываются обеим сопредельным странам.
Проблемы с обеспечением водой и сырьём сказывались на работе данного комбината, и он приостанавливал свою работу. Именно тогда в наших магазинах в большом количестве появилась кремовая бумага.
Россия зависит от импортных поставок диоксида титана (общая сумма - $214 млн.). Крупнейшими поставщиками являются: Китай (40%), Мексика (16%) и Германия (13%).
Производство металлического титана
Процесс получения металлического титана из руды достаточно трудоёмкий и дорогостоящий. Всего в мире производится 260 тыс. тонн титановой губки (первичная форма металлического титана). По сравнению с 2021 годом производство выросло на 20 тыс. тонн (8%).
Россия является крупным экспортёром. В 2021 году отгрузила металлический титан в различных формах на сумму $325 млн. Основными направлениями экспорта являются: США (34%), Германия (30%) и Китай (10%).
Необходимо добавить, что в 2022 году США и Евросоюз отказались вводить санкции против российского экспорта титана.
Добыча
Титан никак не относится к редким элементам (9-е место по распространённости). Месторождения разбросаны по всему миру и делятся на коренные и рассыпные. Последние залегают ближе к поверхности и больше подвержены разрушительному воздействию. Руды в них менее качественные, но извлекать их проще. Что касается коренных месторождений, то они, как правило, требуют масштабных взрывных работ.
Из всех минеральных форм для коммерческой добычи пригодны, главным образом, ильменит (назван в честь Ильменского хребта на Южном Урале) и рутил. Соотношение добываемой руды сильно в пользу первого (15:1).
Всего добывается 8,9 млн. тонн ильменита в год (в пересчёте на диоксид титана). Страны-лидеры: Китай (38%), Мозамбик (13%) и ЮАР (10%).
Рутил извлекается в объёме 590 тыс. тонн. Главные добывающие государства: Австралия (32%), Сьерра-Леоне (22%) и ЮАР (16%).
U. S. Geological Survey показывает, что крупнейшими запасами ильменита обладает Китай (190 млн. тонн, 29% мировых подтверждённых запасов). Главные мировые резервы рутила сосредоточены в Австралии (31 млн. тонн, 63%).
В космосе этого элемента также предостаточно. Образцы лунного грунта, доставленные на Землю, содержали свыше 12% диоксида титана.
Перспективы России
Современной России и её ближайшим соседям досталась система народного хозяйства СССР, в которой действовала своя экономическая логика, предусматривавшая концентрацию добычи руды на Украине (рассыпные месторождения в Днепропетровской и Житомирской областях).
До 2021 года включительно ильменит и рутил импортировались в Россию из Украины (45%), Вьетнама (22%), Мозамбика (22%) и других стран.
Несмотря на то что Россия потенциально входит в мировую тройку по запасам титановых руд, единственное российское месторождение в Томской области (рассыпное) было запущено только в 2021 году и удовлетворяет крайне незначительную часть внутренних потребностей.
Также в разной стадии подготовки находятся рудники в Мурманской и Тамбовской областях.
Но настоящей кладовой российского титана является Республика Коми (около 80% внутренних запасов), в том числе Пижемское месторождение – одно из крупнейших в мире.
Сейчас начата реализация проекта его комплексной разработки, которая включает, помимо собственно добычи и обогащения титановой руды, строительство железной дороги (559 км) и глубоководного порта Индига в незамерзающем устье одноимённой реки Ненецкого автономного округа.
Как только проект будет реализован, проблемы с титановым сырьём решатся на ближайшие несколько сотен лет.
Но и это лишь полдела. Без многократного увеличения внутреннего спроса на металлический титан (за счёт роста высокотехнологичного машиностроения) ни о какой индустриализации 2.0 говорить не придётся.
Возможно, Вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.