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Usos de metal de titanio y dióxido de titanio



Aviones de reconocimiento CIA A-12: Fotografía de un avión de reconocimiento supersónico de la CIA A-12 llamado "The Titanium Goose" que se prepara para repostar a gran altitud. El nombre es apropiado ya que muchas de sus partes están hechas con titanio. Imagen de la Agencia Central de Inteligencia.

¿Qué es el titanio?

El titanio es un metal plateado que es fuerte, resistente a la corrosión e inerte. Es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre. En lugar de ocurrir en grandes depósitos, se producen pequeñas cantidades de titanio en casi todas las rocas.

El titanio es un componente importante en una pequeña cantidad de minerales. Alrededor del 90% del titanio en la corteza terrestre ocurre en la ilmenita, un mineral del que la mayoría de la gente nunca ha oído hablar. Es un óxido de hierro y titanio con una composición química de FeTiO3. El resto del titanio cercano a la superficie de la Tierra se encuentra en minerales como anatasa, brookita, leucoxeno, perovskita, rutilo y esfeno.

Nitinol 60: Nitinol 60 es una aleación que contiene 60 por ciento de níquel y 40 por ciento de titanio. Normalmente, el acero inoxidable se utiliza para fabricar rodamientos porque es duro, pero el acero inoxidable está sujeto a la corrosión. Nitinol 60 resolvió el problema de corrosión sin pérdida de resistencia y no reaccionó con lubricantes para rodamientos. Imagen de la NASA.

Usos del metal de titanio

El titanio es un metal familiar. Mucha gente sabe que se usa en joyería, prótesis, raquetas de tenis, máscaras de portero, tijeras, cuadros de bicicleta, herramientas quirúrgicas, teléfonos móviles y otros productos de alto rendimiento. El titanio es tan fuerte como el acero, pero pesa aproximadamente la mitad. Es dos veces más fuerte que el aluminio pero solo un 60% más pesado.

El titanio se combina con hierro, aluminio, vanadio, níquel, molibdeno y otros metales para producir aleaciones de alto rendimiento. Los motores a reacción, las naves espaciales, el equipo militar, los rodamientos, el blindaje corporal y otros productos de alta tecnología necesitan piezas hechas con estas aleaciones.

Piezas de aviones de titanio: El metal y las aleaciones de titanio proporcionan piezas de alta resistencia, ligeras y resistentes a la corrosión para motores de aeronaves, controles y componentes estructurales. Este NASA F-16XL tiene un guante de titanio para estudios de flujo laminar que cubre parte de su ala izquierda. Imagen de la NASA de Jim Ross.

Pintura blanca: La mayor parte de la pintura blanca utilizada hoy en día contiene dióxido de titanio como pigmento. Esto le da a la pintura un color blanco brillante que es permanente, con opacidad para cubrir en una sola capa y un brillo que refleja la luz. Cuando la pintura se seca, el revestimiento mineral que queda en la pared es dióxido de titanio.

¿Qué es el dióxido de titanio?

El dióxido de titanio es un material brillante, blanco y opaco con una composición química de TiO2. Se produce al oxidar ilmenita u otros minerales de titanio a altas temperaturas. Luego se muele en el polvo fino requerido para sus múltiples usos.

Se usa aproximadamente diez veces más titanio en forma de dióxido de titanio en comparación con el metal de titanio. La mayoría de la gente nunca ha oído hablar del titanio que se usa de esta forma. Esto se debe a que el dióxido de titanio es un ingrediente en los productos más que un material primario.

Compuestos de pulido: El polvo de dióxido de titanio se clasifica cuidadosamente por tamaño de partícula y se vende como esmalte para trabajos lapidarios y de metal. La imagen es un barril de roca recién abierto con una espesa espuma blanca de esmalte.

Usos del dióxido de titanio

El uso más común del titanio es como agente blanqueador, abrillantador y opacificador. Las pinturas blancas de alta calidad generalmente contienen cantidades significativas de dióxido de titanio, que tiene un nombre de pigmento de "blanco de titanio". El dióxido de titanio aumenta la blancura y la reflectividad de la pintura. Cuando ingresa a una habitación y enciende la luz, la pintura es altamente reflectante y hace que la habitación parezca más brillante, porque se refleja más luz de las superficies pintadas. El dióxido de titanio también aumenta la opacidad de la pintura, permitiendo que una capa cubra lo que está debajo en muchas situaciones.

Durante casi 2000 años, el "plomo blanco" fue un pigmento importante utilizado en la pintura blanca. En 1904, Sherwin-Williams, un fabricante de pinturas, informó sobre los peligros de la pintura que contiene pigmento de plomo. A partir de ese momento, los fabricantes de pinturas comenzaron a alejarse de los pigmentos de plomo, y el pigmento de titanio fue el reemplazo más viable. Hoy, la mayor parte de la pintura blanca fabricada tiene dióxido de titanio como pigmento.

El dióxido de titanio se presiona en las fibras de los papeles de alta calidad para mejorar su blancura, brillo y textura. Se agrega a la leche descremada para mejorar su blancura y opacidad. Se agrega a la pasta de dientes, caucho, plásticos, cosméticos, protector solar y muchos productos alimenticios por la misma razón. Estos son materiales utilizados por casi todas las personas en la Tierra casi todos los días. Pocas personas se dan cuenta del papel que juega el titanio dentro de ellos. Se puede usar en alimentos, cosméticos y otros productos que las personas consumen porque es inerte.

El polvo de dióxido de titanio también se clasifica a tamaños de partícula específicos para su uso como compuesto de pulido. Se utiliza para pulir piedras preciosas, metales y otros materiales. A menudo es menos efectivo que otros pulimentos, pero cuando es efectivo puede proporcionar un ahorro de costos.

Arena mineral pesada: La excavación superficial en Folly Beach, Carolina del Sur, expone delgadas capas de arenas minerales pesadas. La mayor parte de la ilmenita extraída hoy proviene de arenas con una fuerte concentración de minerales. Fotografía de Carleton Bern, Servicio Geológico de los Estados Unidos.

¿De dónde viene el titanio?

La mayor parte del titanio del mundo se produce mediante la extracción de arenas minerales pesadas. Estas arenas se presentan en gradiente descendente de las masas expuestas de roca ígnea como el gabro, la norita y la anortosita. Estas rocas contienen minerales que contienen titanio, como ilmenita, anatasa, brookita, leucoxeno, perovskita, rutilo y esfeno.

Cuando estas rocas se descomponen por la intemperie, los minerales de titanio se encuentran entre los más resistentes. Se concentran por la intemperie y se transportan río abajo como granos de arena y limo. Finalmente, se depositan como arena a lo largo de la costa de un continente. Aquí es donde generalmente se dragan o se extraen. La minería también ocurre en lugares del interior donde se depositaron minerales de titanio durante períodos de nivel del mar más altos de lo que conocemos hoy.

Estas arenas minerales pesadas pueden contener un pequeño porcentaje en peso de ilmenita y otros minerales de titanio. Después de que se extrae la arena, se dirige a una planta de procesamiento que recupera minerales que contienen titanio. Otros minerales valiosos podrían recuperarse al mismo tiempo. Luego se procesan o venden para la producción de titanio metálico o dióxido de titanio. La arena se devuelve al lugar donde se extrajo y se recupera la playa.

Titanio en sedimentos y suelos de arroyos: Un mapa que muestra la abundancia de titanio, en forma de dióxido de titanio, en sedimentos de corrientes y suelos de parte del este de los Estados Unidos. Una zona rica en titanio correspondiente a la provincia fisiográfica de Virginia Blue Ridge muestra valores superiores al 3% en peso de dióxido de titanio, United States Geological Survey.

Producción de titanio en los Estados Unidos

Estados Unidos usa más minerales de titanio de los que produce actualmente, lo que lo convierte en un importador neto de titanio. Se ha producido una cantidad limitada de dragado en la costa atlántica de Florida. Allí, los sedimentos de la costa se dragan y procesan para eliminar arenas minerales pesadas. La ilmenita es el principal mineral que contiene titanio recuperado por esta actividad.

La minería en tierra ha ocurrido en numerosos lugares en Virginia. Allí, un cuerpo de anortosita con ilmenita en la provincia fisiográfica de Blue Ridge ha sido expuesto por la erosión. Los sedimentos derivados de esta erosión pueden contener localmente un pequeño porcentaje de minerales pesados ​​en peso, siendo la ilmenita el principal mineral que contiene titanio. Estos depósitos han sido excavados y procesados ​​para eliminar su contenido mineral pesado. El área donde ocurre esta minería corresponde a sedimentos y suelos de corrientes ricas en titanio muestreados, analizados y mapeados por el National Geochemical Survey (ver mapa adjunto).

Para cumplir con sus requisitos de titanio, Estados Unidos importa concentrados minerales de titanio. Los principales productores de titanio incluyen: Australia, Canadá, China, Japón, Kenia, Madagascar, Mozambique, Noruega, Rusia, Arabia Saudita, Senegal, Sierra Leona y Sudáfrica.