Titanio

TITANIO (TI)TITANIO (TI)
METODO DE OBTENCIÓN

Equipamiento Industrial : Page 2
Descripción del elemento TitanioDescripción del elemento Titanio

Caracteristicas del TICaracteristicas del TI
 Blanco Plateado
 Brillante
 Es mas duro que el acero, pero un 45%
más ligero.
 Es un 60% más pesado que el aluminio,
pero dos veces mas fuerte.
 Duro y resistente.
 El titanio se encuentra en meteoritos y
en el Sol.
 Se encuentra en cenizas de carbón, en
las plantas y en el cuerpo humano.
 Rocas obtenidas durante la misión lunar
Apolo XVII contenían 12,1% de TiO2
Caracteristicas Fisicas

Caracteristicas del TitanioCaracteristicas del Titanio
 Es un metal de transición.
 Su densidad es 4'54 g/dm3.
 Tiene un punto de fusión de 1800 ºC.
 Su masa atómica es de 47,867 u.
 Es de color plateado grisáceo.
 Resistencia a la tracción : 100kg/mm2.
 Alargamiento : 5%
 Resistividad : 0,8 Ω*mm2/m.
 Forma aleaciones con otros elementos
para mejorar las prestaciones
mecánicas.
 Es resistente a la corrosión.
 Refractario.
 Poca conductividad térmica y eléctrica:
No es buen conductor del calor ni de la
electricidad.
 Es paramagnético, es decir, no se imanta
debido a su estructura electrónica.

 Mecanizado por arranque de viruta
similar al acero inoxidable.
 Permite fresado químico.
 Maleable, permite la producción de
láminas muy delgadas.
 Dúctil, permite la fabricación de alambre
delgado.
 Duro. Escala de Mohs 6.
 Muy resistente a la tracción.
 Gran tenacidad.
 Permite la fabricación de piezas por
fundición y moldeo.
 Material soldable.
 Permite varias clases de tratamientos
tanto termoquímicos como superficiales.
 Mantiene una alta memoria de su forma.
Caracteristicas Mecánicas:

 Se encuentra en forma de óxido, en la
escoria de ciertos minerales y en cenizas
de animales y plantas.
 Presenta dimorfismo, a temperatura
ambiente tiene estructura hexagonal
compacta llamada fase alfa. Por encima
de 882 °C presenta estructura cúbica
centrada en el cuerpo que se conoce
como fase beta.
 La resistencia a la corrosión que
presenta es debido a que se forma un
óxido que lo recubre. Es resistente a
temperatura ambiente al ácido sulfúrico
(H2SO4) diluido y al ácido clorhídrico
(HCl) diluido. Sin embargo se puede
disolver en ácidos en caliente. Asimismo,
se disuelve bien en ácido fluorhídrico
(HF), o con fluoruros en ácidos. A
temperaturas elevadas puede reaccionar
fácilmente con el nitrógeno, el oxígeno,
el hidrógeno , el boro y otros no metales
Caracteristicas Quimicas:

IntroducciónIntroducción
 El titanio (Ti) es un elemento químico de número atómico 22. Se trata de un metal de
transición de color gris plata. Comparado con el acero , es mucho más ligero. Tiene
alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica, pero es mucho más
costoso, lo cual limita su uso industrial.
 Es un metal abundante en la naturaleza, es el cuarto metal más abundante en la
superficie terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. No se encuentra
en estado puro, sino en forma de óxidos. Está presente en la mayoría de las rocas
ígneas y sedimentos derivados de ellas. Se encuentra principalmente en los minerales
anatasa(TiO2), brookita (TiO2), ilmenita (FeTiO3),leucoxeno, perovskita (CaTiO3),
rutilo (TiO2) y titanita (CaTiSiO5); también como titanato y en muchas menas de
hierro. De estos minerales, sólo la ilmenita, el leucoxeno y el rutilo tienen una
significativa importancia económica.Su utilización se ha generalizado con el desarrollo
de la tecnología aeroespacial, donde es capaz de soportar las condiciones extremas
de frío y calor que se dan en el espacio y en la industria química, por ser resistente al
ataque de muchos ácidos. Este metal también tiene propiedades biocompatibles,
dado que los tejidos del organismo toleran su presencia, por lo que con él se fabrican
muchas prótesis e implantes.

Equipamiento industrial : Page 8
HistoriaHistoria
Descubrimiento :
 El titanio (llamado así por los Titanes, hijos de Urano y Gea en la mitología griega) fue
descubierto en Inglaterra por William Gregor en 1791, a partir del mineral conocido
como ilmenita (FeTiO3). Este elemento fue descubierto años más tarde por el químico
alemán Heinrich Klaproth, en este caso en el mineral rutilo (TiO2), que fue quien en
1795 le dio el nombre de titanio.
Producción :
 El titanio como metal no se usó fuera del laboratorio hasta que en 1946 William Justin
Kroll desarrolló un método para poder producirlo comercialmente: mediante la
reducción del TiCl4 con magnesio. A este método se le conoce con el nombre de
proceso Kroll. En cuanto a la fabricación de metal de titanio, en la actualidad hay seis
tipos de procesos disponibles, "Kroll" "Hunter", reducción electrolítica, gas reductor ,
plasma y reducción metalotérmica reducida. Destacando el proceso de Kroll, que es
el responsable, hoy en día, de la mayoría del metal de titanio producido en el mundo.

Minerales que contienen TitanioMinerales que contienen Titanio
 La ilmenita (FeTiO3) es un mineral débilmente magnético, de
color negro o gris, que se encuentra en las rocas
metamórficas y en las rocas básicas ígneas (gabro, diabasa,
piroxenita). El nombre deriva de las montañas "Ilme" en
Rusia, uno de sus principales yacimientos. La mayoría de la
ilmenita, sin embargo, está recubierta de sedimentos, como
por ejemplo, de arena de playa. Contiene el 47,34% de FeO y
el 52,66% de TiO2, aunque esta proporción es variable por la
entrada del óxido férrico, reemplazable por magnesio y
manganeso.
 El rutilo es un mineral del grupo IV (óxidos), según la
clasificación de Strunz. Es un óxido de titanio (IV) (TiO2), que
cristaliza de forma tetragonal distorsionada. Puede ser desde
incoloro hasta pardo según la concentración de hierro (III). Se
le halla en los yacimientos de zafiro. Los países productores
de este mineral son Rusia, India y algunos países de
Sudamérica. Además, la Antártida contiene yacimientos.
Ilmenita
Rutilo

Proceso de extracción del mineral Titanio
 El Titanio se a convertido en un
material fundamental en la industria
aeronáutica Por ejemplo , para la
construcción de un avión como el
gigantesco A-380 o el Boeing 787,
hace falta 70 toneladas de este
material.
 El problema es que aunque el titanio
proporciona mejores rendimientos
que los materiales convencionales, a
los precios actuales, es 15 veces mas
caro que el Aluminio.
 La causa de su alto precio es que el proceso de extracción y refino es demasiado
complejo, ya que se requieren por lo menos seis meses para completarlo.

 El proceso comienza con la extracción del mineral de titanio desde los depósitos
arenosos, donde gigantescas maquinas agitan y mezclan arena y agua. Luego
extraen esta mezcla , para derivarla a una planta de tipo espiral o molino húmedo.

 Este funciona como un cedazo para el oro, extrayendo las partículas negras mas
pesadas del mineral de titanio, dejando que estas caigan por la parte de abajo.

 Luego el mineral se purifica en el llamado molino seco, donde se usa un separador
electroestático, para extraer del mineral ilmenita , el resto de los otros metales.

 Pero el rutilo o la ilmenita , los minerales que contienen Titanio, tienen una pureza
máxima del 60% y generalmente menos. Por lo tanto ,para convertirse en un metal
apropiado para su utilización aeroespacial. Debe pasar por un complejo y carísimo
proceso de refino llamado método Kroll.

 Indutria especializada de titanio TIMET, Henderson Nevada. Fabrica 20.000
toneladas anuales de productos de titanio.

Proceso de Obtención del TitanioProceso de Obtención del Titanio
 El proceso Kroll fue el primer proceso que permitió la obtención de
cantidades apreciables de titanio puro, y se sigue utilizando
mayoritariamente en la actualidad. El proceso convencional de extracción
convierte las arenas metalíferas en tetracloruro de titanio, que luego
reacciona con magnesio líquido, para producir titanio metal y cloruro de
magnesio. Ese proceso hay que hacerlo por lotes, por lo que es caro,
intensivo en mano de obra y relativamente lento, logrando al final del
proceso, sólo unas pocas toneladas de titanio en cada reactor. La producción
masiva con este método es difícil, ya que presenta una serie de limitaciones.
Proceso Kroll:

 El proceso consta de los siguientes pasos:
 1 - Obtención de tetracloruro de titanio por cloración a 1000°C, en presencia de
oxido de carbono, mediante la reacción:
2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 C → 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO
 2 - Se purifica el tetracloruro de titanio mediante destilación fraccionada.
 3 - Se reduce el TiCl4 con magnesio o sodio molido en una atmósfera inerte, con
la reacción, si se utiliza el Sodio (Na) en el proceso se producen la siguiente
reacción:
TiCl4 + 4 Na → 4NaCl + Ti
 Si se utiliza el Magnesio (Mg) para purificarlo se produce la siguiente reacción:
TiCl4 + 2 Mg → Ti + 2 MgCl22
Esta proceso se lleva a cabo a una Temperatura aproximada de 800-850ºC
Proceso Kroll:

Proceso de Obtención del Titanio
 Horno para calentar el mineral de Titanio a unos 1000 ° y se le añade Cloro ,formando
de esta manera el Tetracloruro de Titanio (TiCl4).

 4 - El titanio forma una esponja en la pared del reactor, la cual se purifica por
lixiviación con ácido clorhídrico diluido. El MgCl2 se recicla electrolíticamente.
 5 - Se compacta la esponja resultante. Si se reduce el TiCl4 mediante sodio en lugar
de magnesio, la esponja resultante es granular, lo que facilita el proceso de
compactación.
 6 - Se funde la esponja en un horno con un crisol de cobre refrigerado, mediante un
arco eléctrico de electrodo consumible en una atmósfera inerte.
 Una vez llegado a este punto el proceso se terminaría pero en ocasiones se desea
mejorar la pureza y homogeneidad del lingote por lo que se repetiría el paso
anterior, es decir; se realiza un primer procesado en el cual los lingotes se
convierten en productos generales de taller. Se realiza un segundo procesado, en el
que se obtienen las formas acabadas de los productos realizados.
Proceso Kroll:

Proceso de Obtención del Titanio
 El Tetracloruro de Titanio, se enfría y se recoge en forma liquida, para proceder a
separar el Titanio del Cloro.
 Esta es la parte mas cara del proceso, por que para separar el titanio del cloro, se
debe introducir otro metal también muy caro; El magnesio, en donde se calienta la
mezcla combinada de Mg y TiCl4 a una T° de 800 a 900 °C, durante 4 días, lo que
provoca que el Cloro reaccione y se separe del Titanio.

Video

Aplicaciones del TitanioAplicaciones del Titanio
 Aleaciones.
 Turbinas y equipos químicos industriales de aviación, y marinos.
 Aeronáutica y espacial.
 Pigmento blanco (TiO2).
 El tetracloruro de titanio (TiCl4) se usa para irisar el vidrio, cortinas de humo.
 Herramientas.
 Biomédicas.
 Por su buena resistencia al agua del mar se utiliza en ejes de propulsión, aparejos y
otras partes que estén expuestas al agua salada.
Aplicaciones Generales:

Aplicaciones del Titanio MetalicoAplicaciones del Titanio Metalico
 El titanio es un metal compatible con los tejidos del organismo humano que toleran
su presencia sin reacciones alérgicas del sistema inmunitario. Esta propiedad de
compatibilidad del titanio unido a sus cualidades mecánicas de dureza, ligereza y
resistencia han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones médicas, como
prótesis de cadera y rodilla, tornillos óseos…Aleaciones.
Titanio quirúrgico:

 Industria energética: es muy utilizado en la construcción de sistemas de intercambio
térmico en las centrales térmicas eléctricas y nucleares, debido principalmente a sus
características de resistencia mecánica y química.
 Industria automovilística: están incorporando componentes de titanio en los
vehículos que fabrican, con el fin de aligerar el peso de los mismos, así por ejemplo
ya existen muelles y bielas de titanio. Especialmente en el caso de los muelles se
mejora el módulo de Young y una mejor calidad de la suspensión. Aleaciones.

 Industria militar: se emplea como material de blindaje, en la carrocería de vehículos
ligeros, en la construcción de submarinos nucleares y en la fabricación de misiles.

 Industria aeronáutica y espacial: Debido a su fuerza, baja densidad y el que puede
soportar temperaturas relativamente altas, las aleaciones de titanio se emplean en
aviones y cohetes espaciales. El titanio y sus aleaciones se aplican en la construcción
aeronáutica básicamente para construir forjados estructurales de los aviones, discos
de ventilación, álabes y palas de turbinas.

 Construcción naval: La propiedad que tiene el titanio de ser resistente a la
corrosión permite que algunas de sus aleaciones sean muy utilizadas en
construcción naval donde se fabrican hélices y ejes de timón, intercambiadores de
calor, condensadores y conducciones en centrales que utilizan agua de mar como
refrigerante, porque el contacto con el agua salada no le afecta.

 Industria relojera: Los relojes deportivos que requieren un material resistente a
menudo usan el titanio, un metal fuerte, blanco. Los relojes de pulsera de titanio son
de peso ligero, fuertes y resisten la corrosión.
 Joyería: Metal seminoble en el ámbito de la joyería y de la bisutería. Así es posible
encontrar pulseras, pendientes, anillos, etc., fabricados en este metal. Para mejorar el
aspecto superficial del titanio se le somete a diferentes tipos de procesos que
refuerzan su belleza.
 Instrumentos deportivos: Con titanio se producen actualmente distintos productos
de consumo deportivo como palos de golf, bicicletas, cañas de pescar, etc.
 Decoración: También se han empleado láminas delgadas de titanio para recubrir
algunos edificios, como por ejemplo el Museo Guggenheim de Bilbao.

Museo Guggenheim de Bilbao

Aplicaciones del Titanio no MetálicoAplicaciones del Titanio no Metálico
 Es un líquido entre incoloro y amarillo. No se encuentra de forma natural y es
producido a partir de minerales que contienen titanio.
 Se emplea en la fabricación de titanio metálico o para obtener bióxido de titanio. Se
degrada rápidamente en el aire, por lo que no suele ser tóxico, sin embargo, es muy
irritante a los ojos, la piel, membranas mucosas y los pulmones.
 Algunos compuestos de titanio pueden tener aplicaciones en tratamientos contra el
cáncer. Por ejemplo, en el caso de tumores gastrointestinales y de mama.
Tetracloruro de titanio:

 Se encuentra en una forma negra o de color castaño conocida como rutilo. Las formas
naturales que se encuentra menos en la naturaleza son la anatasita y la brooquita.
Ambos son de color blanco.
Dióxido de titanio:

 Los pigmentos de dióxido de titanio se utilizan en la producción de pinturas y plásticos
papel, tintas de impresión, cosméticos, productos textiles, farmacéuticos y
alimentarios. El dióxido de titanio es el pigmento más habitualmente utilizado en el
mundo.
 En artes gráficas donde se precisan pequeños espesores de recubrimientos se
utilizan pigmentos de dióxido de titanio muy finos.
 El dióxido también se ha empleado como agente blanqueador y opacador en esmaltes
de porcelana, dando un acabado final de gran brillo, dureza y resistencia.
Aplicaciones del Dióxido de titanio:

ALEACIONES DEL TITANIOALEACIONES DEL TITANIO
 Son aquéllas en las que el principal componente es el hierro. Gran interés como
material para la construcción de diversos equipos y su producción es muy
elevada, debido a:
 -Abundancia de hierro en la corteza terrestre.
 -Técnica de fabricación del acero mas económica.
 -Alta versatilidad.
 -Inconveniente: fácil corrosión.
Aleaciones férreas:

Equipamiento industrial : Page 38
ALEACIONES DEL TITANIOALEACIONES DEL TITANIO
 Se distinguen aleaciones moldeables, que no se deforman suficientemente y
aleaciones hechurables, en función de la facilidad de deformación.
 - Titanio comercialmente puro: este metal es relativamente débil, pierde su resistencia
a temperaturas elevadas, pero tiene una gran resistencia a la corrosión. Las
aplicaciones incluyen cambiadores de calor, tuberías, reactores, bombas y válvulas.
 - Aleaciones de titanio alfa: tienen adecuada resistencia a la corrosión y a la oxidación,
mantienen bien su resistencia a elevadas temperaturas, tienen conveniente
soldabilidad y normalmente poseen aceptable ductilidad y conformabilidad.
 - Aleaciones de titanio beta: sus aplicaciones incluyen los sujetadores de alta
resistencia, vigas y otros elementos para su uso aeroespacial.
 - Aleaciones de titanio alfa-beta. Las aleaciones alfa-beta pueden tratarse
térmicamente para obtener altas
Aleaciones no férreas:

PROCESOS TECNOLÓGICOS DEL TITANIOPROCESOS TECNOLÓGICOS DEL TITANIO
 Se realiza cuando se trata de piezas de diseño complejo que hace difícil el forjado o
mecanizado de las mismas. Se utilizan diversas piezas fundidas, desde muy
voluminosas hasta muy pequeñas de aplicaciones biomédicas.
 Hay dos métodos principales para la fundición de piezas:
 Fundición por moldeo de grafito apisonado, recomendado para la fundición de piezas
de gran tamaño por ser el procedimiento más económico porque no hay necesidad de
fabricar moldes especiales.
 Fundición a la cera perdida, es el método más apropiado para fundir piezas pequeñas
y de gran precisión con acabados de alta calidad.
 La verificación de piezas fundidas se realiza mediante líquidos penetrantes, rayos X o
ultrasonidos.
Fundición:

 Es un proceso de conformado por deformación plástica que puede realizarse en
caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación
de fuerzas de compresión. Se utiliza para dar una forma y unas propiedades
determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes
presiones.
Ejemplos:
 Bielas de motores de automóviles de competición
 Prótesis e implantes médicos
 Cabezas de palos de golf
 Turbinas de turbo-compresores
 Accesorios para tuberías
 Para cabeceros de cama o elementos decorativos como figuras de adorno
Forja:

 A la hora de afrontar la soldadura de
piezas de titanio hay que tener en
cuenta que si se supera la
temperatura de fusión, puede sufrir
una decoloración porque reacciona
fácilmente en contacto con los gases
atmosféricos. Esta decoloración
puede suponer pérdida de ductilidad
y de resistencia mecánica. Por lo
tanto es muy importante que en la
soldadura se proteja la zona de
soldadura con gases inertes.
Embutición:Soldadura:
 La embutición es una técnica para moldear
metales en caliente en un sola operación
con la acción conjunta de una prensa y el
molde o troquel adecuado a la pieza que se
quiere fabricar. Para facilitar la embutición
es necesario que el material tenga una gran
elongación a la tracción.
 La técnica consiste colocar la pieza a
moldear entre las dos mitades del troquel o
molde, calentando a la temperatura que
permita la mejor plasticidad del material. Se
insufla argón en la parte superior del molde
forzando la lámina de titanio hacia la parte
interior del troquel.

 La pulvimetalurgia o metalurgia de polvos es un proceso de fabricación que,
partiendo de polvos finos y tras su compactación para darles una forma determinada
(compactado), se calientan en atmósfera controlada (sinterizados)para la obtención
de la pieza.
 La pulvimetalurgia del titanio se utiliza para la fabricación de piezas complejas de
espesores muy pequeños.
 Otros procesos son la extrusión, mecanizado, fresado químico o rectificación de
precisión.
Pulvimetalurgia:

Productores Mundiales de Oxido de TitanioProductores Mundiales de Oxido de Titanio
 El titanio es el noveno elemento más abundante
en la corteza terrestre (supone el 0,63% del peso
total). Sin embargo, en la naturaleza siempre se
encuentra unido químicamente a otros elementos,
formando minerales en los que la fracción de
titanio suele ser pequeña.
 De todos los minerales de titanio, solo el rutilo y la
ilmenita son explotables económicamente y esto
sólo cuando la concentración de titanio es
suficientemente alta. Existen depósitos
significativos de titanio en forma de ilmenita en
Australia occidental, Canadá, Nueva Zelanda,
Noruega y Ucrania. Se extraen grandes
cantidades de rutilo en Norteamérica y Sudáfrica.
Las reservas conocidas de titanio se estiman en
unas 600 millones de toneladas (expresadas
como TiO2).

El titanio tiene un nivel bajo de toxicidad y no es
cancerígeno. La sobreexposición al polvo de
titanio puede ocasionar dolor en el pecho, tos o
dificultad para respirar. En contacto con la piel o los
ojos puede generar irritación.
Titanio y Toxicidad

Hoja Datos de Seguridad
HDS:

HDS:

FIN
MUCHAS GRACIAS
NOMBRE: CHRISTIAN GAETE LABRAÑA
INGENIERIA DE EJECUCIÓN INDUSTRIAL

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