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Usos de metal de titânio e dióxido de titânio

Usos de metal de titânio e dióxido de titânio



Aviões de reconhecimento da CIA A-12: Fotografia de um avião de reconhecimento supersônico da CIA A-12 chamado "The Titanium Goose" se preparando para reabastecer em alta altitude. O nome é adequado, pois muitas de suas partes são feitas de titânio. Imagem da Agência Central de Inteligência.

O que é titânio?

O titânio é um metal prateado forte, resistente à corrosão e inerte. É o nono elemento mais abundante na crosta terrestre. Em vez de ocorrer em grandes depósitos, pequenas quantidades de titânio ocorrem em quase todas as rochas.

O titânio é um constituinte importante em um pequeno número de minerais. Cerca de 90% do titânio na crosta terrestre ocorre na ilmenita, um mineral que a maioria das pessoas nunca ouviu falar. É um óxido de ferro e titânio com uma composição química de FeTiO3. O restante do titânio da superfície próxima da Terra está em minerais como anatase, brookita, leucoxeno, perovskita, rutilo e esfeno.

Nitinol 60: O nitinol 60 é uma liga que contém 60% de níquel e 40% de titânio. Normalmente, o aço inoxidável é usado para fazer rolamentos, porque é duro, mas o aço inoxidável está sujeito à corrosão. O nitinol 60 resolveu o problema de corrosão sem perda de força e não reagiu com os lubrificantes dos rolamentos. Imagem da NASA.

Usos do metal titânio

O titânio é um metal familiar. Muitas pessoas sabem que é usado em jóias, próteses, raquetes de tênis, máscaras de goleiro, tesouras, armações de bicicleta, instrumentos cirúrgicos, telefones celulares e outros produtos de alto desempenho. O titânio é tão forte quanto o aço, mas pesa cerca da metade. É duas vezes mais forte que o alumínio, mas apenas cerca de 60% mais pesado.

O titânio combina com ferro, alumínio, vanádio, níquel, molibdênio e outros metais para produzir ligas de alto desempenho. Motores a jato, naves espaciais, equipamentos militares, mancais, armaduras e outros produtos de alta tecnologia precisam de peças fabricadas com essas ligas.

Peças de aeronaves de titânio: O metal e as ligas de titânio fornecem peças de alta resistência, leveza e resistência à corrosão para motores de aeronaves, controles e componentes estruturais. Este NASA F-16XL possui uma luva de titânio para estudos de fluxo laminar cobrindo parte de sua asa esquerda. Imagem da NASA por Jim Ross.

Pintura branca: A maior parte da tinta branca usada hoje contém dióxido de titânio como pigmento. Isso confere à tinta uma cor branca brilhante que é permanente, com opacidade para cobrir em uma camada e um brilho que reflete a luz. Quando a tinta seca, o revestimento mineral que fica na sua parede é dióxido de titânio.

O que é dióxido de titânio?

O dióxido de titânio é um material brilhante, branco e opaco, com uma composição química de TiO2. É produzido oxidando ilmenita ou outros minerais de titânio a altas temperaturas. Em seguida, é moído no pó fino necessário para seus muitos usos.

Cerca de dez vezes mais titânio é usado na forma de dióxido de titânio em comparação com o metal de titânio. A maioria das pessoas nunca ouviu falar em titânio sendo usado dessa forma. Isso ocorre porque o dióxido de titânio é um ingrediente dos produtos, e não um material primário.

Compostos de polimento: O pó de dióxido de titânio é cuidadosamente classificado por tamanho de partícula e vendido como polidor para trabalhos lapidários e metálicos. A imagem é um barril de pedra recém-aberto com uma espessa espuma branca de esmalte.

Usos do dióxido de titânio

O uso mais comum de titânio é como agente clareador, clareador e opacificante. Tintas brancas de alta qualidade geralmente contêm quantidades significativas de dióxido de titânio, que tem o nome de pigmento "branco de titânio". O dióxido de titânio aumenta a brancura e a refletividade da tinta. Quando você entra em uma sala e acende a luz, a tinta é altamente refletiva e torna a sala mais brilhante - porque mais luz está sendo refletida nas superfícies pintadas. O dióxido de titânio também aumenta a opacidade da tinta, permitindo que uma camada cubra o que está abaixo em muitas situações.

Por quase 2000 anos, o "chumbo branco" foi um pigmento importante usado na tinta branca. Em 1904, Sherwin-Williams, um fabricante de tintas, relatou os perigos da tinta que contém pigmento de chumbo. Desde então, os fabricantes de tintas começaram a se afastar dos pigmentos de chumbo, e o pigmento de titânio foi o substituto mais viável. Hoje, a maior parte da tinta branca fabricada possui dióxido de titânio como pigmento.

O dióxido de titânio é pressionado nas fibras de papéis de alta qualidade para melhorar sua brancura, brilho e textura. É adicionado ao leite desnatado para melhorar sua brancura e opacidade. É adicionado a pasta de dente, borracha, plástico, cosméticos, filtro solar e muitos produtos alimentícios pelo mesmo motivo. Estes são materiais usados ​​por quase todas as pessoas na Terra quase todos os dias. Poucas pessoas percebem o papel que o titânio desempenha dentro delas. Pode ser usado em alimentos, cosméticos e outros produtos que as pessoas consomem porque é inerte.

O pó de dióxido de titânio também é classificado para tamanhos de partículas específicos para uso como um composto de polimento. É usado para polir pedras preciosas, metais e outros materiais. Muitas vezes, é menos eficaz do que outros polimentos, mas quando é eficaz pode proporcionar uma economia de custos.

Areia Mineral Pesada: A escavação superficial em Folly Beach, Carolina do Sul, expõe finas camadas de areias minerais pesadas. A maior parte da ilmenita extraída hoje é de areias com alta concentração mineral. Fotografia por Carleton Bern, Estados Unidos Geological Survey.

De onde vem o titânio?

A maior parte do titânio do mundo é produzida pela mineração de areias minerais pesadas. Essas areias ocorrem com gradiente descendente a partir de massas expostas de rochas ígneas, como gabro, norita e anortosita. Essas rochas contêm minerais contendo titânio, como ilmenita, anatase, brookita, leucoxeno, perovskita, rutilo e esfeno.

Quando essas rochas são quebradas pelo desgaste, os minerais de titânio estão entre os mais resistentes. Eles são concentrados pelo clima e transportados a jusante como grãos de areia e lodo. Eventualmente, eles são depositados como areia ao longo da costa de um continente. É aqui que eles geralmente são dragados ou extraídos. A mineração também ocorre em locais do interior onde os minerais de titânio foram depositados durante períodos de nível do mar superior ao que sabemos hoje.

Essas areias minerais pesadas podem conter alguns por cento em peso de ilmenita e outros minerais de titânio. Depois que a areia é extraída, ela vai para uma planta de processamento que recupera minerais contendo titânio. Outros minerais valiosos podem ser recuperados ao mesmo tempo. Eles são então processados ​​ou vendidos para a produção de metal de titânio ou dióxido de titânio. A areia é então devolvida ao local onde foi extraída e a praia é recuperada.

Titânio em sedimentos e solos de corrente: Um mapa mostrando a abundância de titânio, na forma de dióxido de titânio, em sedimentos de corrente e solos de parte do leste dos Estados Unidos. Uma zona rica em titânio correspondente à província fisiográfica de Virginia Blue Ridge mostra valores acima de 3% em peso de dióxido de titânio, United States Geological Survey.

Produção de titânio nos Estados Unidos

Os Estados Unidos usam mais minerais de titânio do que atualmente produzem, tornando-o um importador líquido de titânio. Uma quantidade limitada de dragagem ocorreu na costa atlântica da Flórida. Lá, os sedimentos da costa são dragados e processados ​​para remover areias minerais pesadas. A ilmenita é o principal mineral contendo titânio recuperado por essa atividade.

A mineração em terra ocorreu em vários locais da Virgínia. Lá, um corpo de anortosita contendo ilmenita na província fisiográfica de Blue Ridge foi exposto à erosão. Sedimentos derivados dessa erosão podem conter localmente alguns por cento de minerais pesados ​​em peso, sendo a ilmenita o principal mineral contendo titânio. Esses depósitos foram escavados e processados ​​para remover seu conteúdo mineral pesado. A área onde esta mineração ocorre corresponde a sedimentos e solos ricos em titânio, amostrados, analisados ​​e mapeados pelo National Geochemical Survey (veja o mapa em anexo).

Para atender aos seus requisitos de titânio, os Estados Unidos importam concentrados minerais de titânio. Os principais produtores de titânio incluem: Austrália, Canadá, China, Japão, Quênia, Madagascar, Moçambique, Noruega, Rússia, Arábia Saudita, Senegal, Serra Leoa e África do Sul.