Титан входит в число самых распространённых металлов в земной коре (алюминий - 8,45%; железо - 4,4%; кальций - 3,3%; натрий - 2,6%; калий - 2,5%; магний - 2,1%; титан - 0,61%). Более того, если сравнивать именно процентное содержание, то запасов этого элемента на нашей планете в несколько раз больше, чем меди, цинка, свинца, золота, серебра, платины, хрома, ртути, молибдена, висмута, сурьмы, никеля и олова... вместе взятых!!!
Вроде бы следовало ожидать, что вокруг нас должно быть огромное количество изделий из Ti, тем более, что по своим свойствам это потрясающий металл - невероятно прочный, лёгкий, красивый и т.п.
Но... Признайтесь, вам наверняка придётся напрячь память, чтобы вспомнить, где и что из окружающего вас создано именно из титана.
Всё дело в том, что процесс его получения довольно сложен и дорог.
Впервые чистый Ti был получен русским химиком Дмитрием Кириловым в 1875 году. Каким образом это ему удалось, я затрудняюсь сказать, в источниках об этом нет информации (они должны быть изложены в работе "Исследования над титаном", в которой Кирилов рассказывал о результатах своих опытов по выделению чистого титана).
Чуть позже, в 1885 году французский химик Анри Муассан восстановил титан из его оксида с помощью древесного угля и получил металл 98%-й чистоты. А 99,9% удалось достичь в 1910 году американскому инженеру Хантеру и его коллегам, правда, процесс был весьма трудоёмкий и проходил в стальной толстостенной запаянной ёмкости - бомбе, которая, к слову, в итоге взорвалась. В общем, о промышленном получении Ti таким способом говорить не приходится.
А вот голландским химикам Ван Аркелю и Де Буру повезло больше: в 1925 году посредством разложения четрёхйодидного титана они получили действительно очень чистый металл, с незначительным (менее 0,1%) количеством примесей. Он имел низкую плотность, высокую твердость и прочность, сохраняемые при высоких температурах (до 500° и выше), хорошую пластичность. Всё это позволяло деформировать металл в холодном состоянии, прокатывать в листы и даже в тонкую фольгу, вытягивать в тонкую проволоку.
Однако и тут, к сожалению, о получении больших объёмов Ti речи быть не могло, ибо любая вещь, сделанная "по голландской технологии" была слишком дорогой.
К слову, восстановить титан из хлорида можно и с помощью металлического натрия - в этом заключается суть ПРОЦЕССА ХАНТЕРА, открытого в 1910 году американским химиком Мэтью А. Хантером.
TiCl4(g) + 4 Na (l) → 4 NaCl (l) + Ti (s)
Тут тоже всё дорого, ибо нужен, опять же, натрий, а восстановление идёт в реакторе периодического действия с инертной атмосферой при температуре 1000 °C. Словом, всё сложно и дорого.
И вот в 30-х годах прошлого века люксембургский химик Вильгельм Кролл разработал способ промышленного производства этого металла восстановлением его из четырёххлористого титана с помощью магния.
TiCl4 (жидкость) + 2Mg (расплав) = Ti (твердое) + 2MgCl2 (расплав).
Как нетрудно догадаться, и СПОСОБ КРОЛЛЯ (магниетермия) тоже весьма недёшев, ибо предполагает наличие больших количеств магния - который необходимо как-то получить. А поскольку получают его электролизом, это также сказывается на стоимости конечного продукта.
Тем не менее, другого, более экономически выгодного способа на сегодняшний день не существует. А на выходе получается так называемая "титановая губка" - пористый полуфабрикат, который, кстати, ещё и опасен в обращении, ибо Ti всё-таки металл химически активный, в мелкодисперсном состоянии быстро окисляется, вплоть до самовоспламенения (то есть обладает пирофорностью). Поэтому хранят титановую губку в герметически замкнутых сосудах в аргоновой или гелиевой среде.
Технология производства по СПОСОБУ КРОЛЛЯ за последний век сильно усовершенствована. Но что касается его цены, то вот что говорят непогрешимые источники: в 1947 году 1 тонна Ti стоила 10 000 долларов, в 2023 году тот же объём металла в Интернете предлагают за 5700 долларов. Разница вроде бы небольшая, всего менее чем в два раза, но надо учесть тот факт, что послевоенные доллары были всё-таки не теми, что сейчас.
И всё-таки изделия из этого металла сегодня пусть и дороги, но всё же доступны даже для обывателя. Например, титановые тяпки, лопаты, грабли, вилы и пр. продают на обычных сельских рынках. И они вполне стоят своих денег, это я вам говорю как потребитель.
Поскольку титан, как уже было сказано, распространён широко и повсеместно, месторождения его есть во многих странах на всех континентах. Но наиболее богатые запасы титансодержащих минералов - Россия, Канада, Австралия, Китай, Норвегия, ЮАР, Вьетнам, Индия, Мозамбик и Украина.
При этом больше всего его добывают в Индии, Австралии, Китае и Южной Африке, а вот лидерами переработки являются США, Япония, Китай и Россия. То есть наша страна, наряду с Китаем, имеет возможность осуществлять полный цикл производства, от добычи руды на собственных месторождениях до выпуска титановой губки и готовых изделий из титана.
До недавнего времени огромные объёмы титановой губки у нас закупали США, в первую очередь, для производства самолётов Boeing. Но с 2022 года было заявлено о прекращении поставок, хотя в полной мере заместить Россию в этом деле американцам так и не удалось. Airbus оказались хитрее и отказываться не стали. Но внутри нашей страны излишкам титана, который ранее шёл на экспорт, до сих пор не удалось пристроить - слишком дорого.
Вот если бы кто-то предложил более дешёвый способ его получения...
Уильям Джастин Кролл, он же Гийом Джастин Кролл (24 ноября 1889 – 30 марта 1973) - люксембургский металлург.
Сразу оговорюсь: вот он, типичный пример того, что и в миниатюрно-карликовых государствах появляются гении, способные изменить судьбу всего человечества. ХИЛТИ были в Лихтенштейне, Кролл - в Люксембурге. И имя их известно миллионам.
Родился в городе Эш-сюр-Альзетт, учился в школе "Атенеум", затем окончил металлургический факультет Технической высшей школы Шарлоттенбург в Берлине. Там же защитил докторскую диссертацию.
Работая в Германии, изобрел и запатентовал очень эффективный подшипниковый сплав на основе свинца (коммерческое название Lurgi metal). и он был награжден различными патентами, связанными с металлургией.
В Австрии разработал сплавы на основе алюминия, используемые в основном для изготовления литых поршней.
В 1923 году Кролл вернулся в Люксембург и открыл частную лабораторию, где изобрел нержавеющую сталь с осадочным упрочнением. Для этого ему понадобилось добавить туда небольшое количество титана. Как раз в этот момент Кролл и заинтересовался этим металлом, начал изучать его свойства и способы получения.
В 1938 году полученный по его технологии титан впервые подвергли механической обработке на заводе Cerametal в Берельданже, Люксембург. После этого Кролл полетел в США, демонстрируя тамошним промышленникам полученные им образцы. И подал заявку на патент. Однако тогда это никого не заинтересовало особо.
Во время Второй мировой войны, в 1940 году, Кролл решил эмигрировать в Соединенные Штаты - и вовремя, ибо буквально через несколько месяцев нацисты вторглись на его родину. А в Штатах ему, наконец, выдали патент 2 205 854 на разработанный метод производства титана и его сплавов. После чего Кролл подал заявление ещё и на получение гражданства США, а потом поступил на работу инженером-консультантом в Union Carbide Research Laboratories.
Правда, Америка очень скоро его сильно огорчила. Когда в декабре 1941 года США объявили войну нацистам, правительство США аннулировало патент Кролла как подпадающий под действие закона о хранении собственности иностранцев. В результате он семь лет ходил по судам и, между прочим, отсудил не только право на патент, но и солидную компенсацию в более чем 1 миллион долларов. Которую, впрочем, пришлось потратить на возмещение судебных издержек.
А вот истинное уважение и признание пришло к нему после того как Пентагон, наконец, оценил все преимущества титана в военном деле. В конце 1948 года Dupont de Nemours начала промышленное производство титана с использованием ПРОЦЕССА КРОЛЛА.
Сам же металлург к тому времени уже переключился на разработку технологии производства другого перспективного металла - циркония. Его, кстати, он тоже предложил получать ровно тем де самым методом - с помощью магния из хлорида циркония.
А в Европу он вернулся лишь в 1961 году, правда, почему-то не в Люксембург, а в Брюссель, где и провёл последние годы жизни.
В Соединенных Штатах его помнят и любят, там до сих пор действует Институт Кролла при Колорадской горной школе, основанный в 1974 году - сразу после смерти учёного, согласно его завещанию. И своё наследство он тоже передал властям штата Колорадо, для создания Центра передового опыта в области добывающей металлургии.
Вы можете поддержать канал, перечислив любую доступную вам сумму на кошелёк ЮMoney 4100 1102 6253 35 (или на карту Райффайзенбанка 2200 3005 3005 2776). И поучаствовать в создании книги по материалам этих статей. Заранее всем спасибо!