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TITANIO El titanio es un Elemento químico de Número atómico 22 situado en el grupo 4 de la Tabla periódica de elementos y cuyo símbolo químico es Ti. Es un metal de transición abundante en la corteza terrestre; se encuentra, en forma de óxido, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en cenizas de animales y plantas. El metal es de color gris oscuro, de gran dureza, resistente a la corrosión y de propiedades físicas parecidas a las del acero; se usa en la fabricación de equipos para la industria química y, aleado con el hierro y otros metales, se emplea en la industria aeronáutica y aeroespacial.

Historia El titanio (llamado así por los Titanes, hijos de Urano y Gea en la Mitología griega) fue descubierto en Inglaterra por Willian Gregor en 1791, a partir del mineral conocido como Ilmenita (FeTiO3). Este elemento fue descubierto de nuevo 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. Matthew A. Hunter preparó por primera vez titanio metálico puro (con una pureza del 99.9%) calentando tetracloruro de titanio (TiCl4) con Sodio a 700-800 ºC en un reactor de Acero (proceso Hunter). 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, y éste es el método más utilizado hoy en día (proceso Kroll).

Características principales El titanio es un elemento metálico que presenta una estructura hexagonal compacta, es duro, refractario y buen conductor de la electricidad y el calor. Presenta una alta resistencia a la corrosión (casi tan resistente como el platino) y cuando está puro, se tiene un metal ligero, fuerte, brillante y blanco metálico de una relativa baja densidad. Posee muy buenas propiedades mecánicas y además tiene la ventaja, frente a otros metales de propiedades mecánicas similares, de que es relativamente ligero. La resistencia a la corrosión que presenta es debida al fenómeno de pasivación que sufre (se forma un óxido que lo recubre). Es resistente a temperatura ambiente al Ácido sulfúrico (H2SO4) diluido y al Ácido clorhídrico (HCl) diluido, así como a otros ácidos orgánicos; también es resistente a las bases, incluso en caliente. 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.

Abundancia y obtención El titanio como metal no se encuentra libre en la naturaleza, pero es el noveno en abundancia en la corteza terrestre y 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. Se encuentran depósitos importantes en Australia, la región de Escandinavia, Estados Unidos y Malasia. El titanio metal se produce comercialmente mediante la reducción de tetracloruro de titanio con Magnesio (proceso Kroll) o Sodio (proceso Hunter) a unos 800ºC bajo atmósfera inerte de Argón (si no reaccionaría con el Oxígeno y el Nitrógeno del aire). De este

modo se obtiene un producto poroso conocido como esponja de titanio que posteriormente se purifica y compacta para obtener el producto comercial. Con objeto de paliar el gran consumo energético del proceso Kroll (del orden de 1,7 veces el requerido por el aluminio) se encuentran en desarrollo procedimientos de electrólisis en sales fundidas (cloruros u óxidos) que aún no han encontrado aplicación comercial. Si es necesario obtener titanio más puro se puede emplear un método, sólo aplicable en pequeñas cantidades (a escala de laboratorio) mediante el método de Van Arkel-De Boer. Este método se basa en la reacción de titanio con Yodo a una determinada temperatura para dar tetrayoduro de titanio (TiI4) y su posterior descomposición a una temperatura distinta para volver a dar el metal.

Reservas de Titanio

El Bióxido de Titanio Las reservas generales de bióxido de titanio en los países capitalistas son de alrededor de 230 millones de t.; 90 % de estas reservas se ubican en Brasil, Rep. de Sudáfrica, China, Canadá, Noruega, EUA, India, Egipto y Australia. La producción de concentrados de titanio es de 3.5 millones de t. (90 % de ilmenita y 10 % de rutilo). Los principales productores de concentrado de titanio son Australia, EUA y Noruega. El titanio metálico se produce en la EX-URSS, EUA, Inglaterra y Japón. El precio del concentrado de ilmenita es de 55 dólares y el del concentrado de rutilo es de 190 dólares la tonelada. Con 35000 USdólares (2008) la tonelada de metal puro. Como depósitos únicos son los que tienen reservas de decenas de millones de t.; depósitos grandes los que tienen unidades de millones de t.; depósitos pequeños de cientos de miles de t. de bióxido de titanio. Para los depósitos de placer los tamaños son de una tercera parte de los citados. Las leyes son de 10 % de TiO2 para depósitos endógenos. Para placeres más de 10 % de ilmenita o 1.5 % de rutilo. Como elementos nocivos tenemos - Cr,

Geoquímica y Mineralogía Se conocen cinco isótopos de titanio 46, 47, 48, 49, 50, de estos el más distribuido en la naturaleza es el 48. El clarke del titanio es de 0.45 %; las concentraciones de titanio aumentan en los intrusivos básicos (0.9 %) e intermedios (0.8 %). El coeficiente de concentración del titanio es bajo e igual a 20. Bajo condiciones naturales el titanio es de valencia 4 y se encuentra solo con uniones de oxígeno. El titanio se concentra en rocas tipo gabros, hornblenditas, piroxenitas. Los minerales de titanio son resistentes al intemperismo y por lo tanto forman concentraciones en los placeres. En la actualidad se conocen alrededor de 70 minerales con titanio. En muchos minerales el titanio entra como elemento traza. La explotación industrial de titanio es a partir de la ilmenita (FeTiO3 31.6 %) y del rutilo (TiO2 60 %). En las 33 ilmenitas y rutilos también se encuentran los siguientes elementos: vanadio, escandio, tantalio y niobio. La extración de la ilmenita de la titanomagnetita es posible siempre y cuando el tamaño de la ilmenita sea mayor que 0.3 mm. Una pequeña parte de titanio es extraida de la leucoxena ( la cual es producto de alteración de la ilmenita y la esfena), de la anatasa ( modificación polimórfica de TiO2) y de la loparita (Na,Ce)TiO3 (26.6 % Ti). Según N. Belov, el TiO2 en la forma del rutilo se forma en los medios mineralógicos donde esta presente el Fe, y en su ausencia se forma la anatasa.

Tipos de Depósitos Industriales Depósitos Magmáticos Los depósitos industriales de mayor importancia de titanio están relacionados con grandes plutones de composición anortosítica, los cuales ocupan áreas de cientos a miles de kilómetros cuadrados. En Canadá se conocen Lake Tio y otros; en la EXURSS en siberia oriental Malo-Tagulskoe y otros; Telness en Noruega; Tegavus en los

EUA.

Ejemplos:

Malo-Tagulskoe:

es

un

depósito

de

menas

de

ilmenitatitanomagnetitas, el cual se se localiza en la región de Irkutsk. Se encuentra en un plutón de gabro-anortositas de 200 km_. Los cuerpos metálicos tienen tamaños que van de los 50x100 a 130x850 m. teniendo inclinaciones muy fuertes, los cuerpos se siguen hasta una profundidad de 300 m. El contenido de Fe varía de 20 a 30 %, el contenido de TiO2 en los concentrados de magnetita varía de 12-16 %. Lake Tio: es uno de los depósitos más grandes de menas de hematitailmenita, el cual se ubica en la provincia de Quebec, Canadá, posee reservas de 34 125 millones de t..De el se explotan el 80 % de los concentrados de ilmenita de Canadá, con leyes de 35 % de bióxido de titanio y 40 % de fierro. El depósito se ubica en un plutón de anortositas de forma oval de 150x50 km. Esta compuesto por tres cuerpos en forma de mantos. El cuerpo principal tiene 1 km_ con un espesor de 90 m.. En los cuerpos se encuentran xenolitos de anortositas. Las menas más ricas poseen contenidos de 75 % de ilmenita y 20% de hematita, también están presentes otros minerales como calcopirita, pirita pirrotita. Las leyes son de 32 a 36 % de bióxido de titanio, Fe de 39 a 43 %. Este depósito es considerado como magmático tardío relacionado con fluidos metálicos residuales los cuales se emplazaron en las zonas de debilidad de las anortositas. En los EUA el 50 % de las explotación de ilmenita es obtenido de un depósito parecido Tegavus con reservas de 100 millones de t. con leyes de TiO2 de 9 a 12 %.

Depósitos de Placer Entre los depósitos de titanio de placer encontramos continentales y los más importantes, los que se ubican cercanos a las costas. Este tipo de depósitos son conocidos en Australia occidental, India, Sri Lanka, Sierra Leona, Brasil y EUA. Hay grandes depósitos de arenas con ilmenita en las costas del norte de Groenlandia, en la parte oriental de la isla de Madagascar, en las costas de Mozambique y de Nueva Zelandia. Dentro de las arenas que contienen la ilmenita y el rutilo también encontramos cuarzo, plagioclasas y caolinita. El tamaño de los granos de ilmenita

varía de 0.1 a 0.25 mm., encontrándose leyes del orden de decenas a cientos de kg. por m3.

Depósitos de Intemperismo Se conocen costras de intemperismo formadas a partir de rocas de composición gabro-anortositas y rocas metamórficas. Los minerales ilmenita y rutilo que son muy resistente al intemperismo se acumulan durante la removilización de los minerales alterados y que son destruidos facilmente. La composición de las rocas madres influye grandemente en los contenidos de los minerales económicos, por ejemplo: a partir de anortositas se encuentran leyes del orden de 300 a 500 kg./m3 de ilmenita, contrastando con leyes resultantes de rocas metamórficas que se escuentran en el orden de 180 kg./m3. Depósitos Vulcano-sedimentarios Este tipo de depósitos esta relacionado con rocas vulcano-sedimentarias de composición básica y con sus variedades tobáceas, los granos de ilmenita varían de 0.25 a 0.3 mm. Este tipo de depósitos es muy raro, ejemplo de ellos es el depósito Nizhnii Mamon en la región de Voronezh en la parte sur de Rusia. Depósitos Metamorfogénicos Estos depósitos se pueden dividir en metamorfizados y en matamórficos: los metamorfizados están relacionados con antiguos placeres o depósitos magmáticos en gabros los cuales posteriormente sufrieron el metamorfismo. Entre los segundos tenemos el depósito Otanmiaki en Finlandia el cual se ubica en rocas anfibolíticas formadas a partir de gabros con mineralización, las leyes promedian 12 % de TiO2. Los depósitos metamórficos están relacionados con rocas del basamento, por ejemplo con esquistos tenemos el depósito Harbord, en EUA, el cual contiene hasta 20 % de rutilo, también se conoce en México gneises con rutilo hasta 25 % en el

depósito Pluma Hidalgo. También se conocen en las eclogitas del sur de los Urales en Rusia, con leyes de 4.5 % de rutilo.

Isótopos Se encuentran 5 Isótopos estables en la naturaleza: Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 y Ti50, siendo el Ti-48 el más abundante (73,8 %). Se han caracterizado 11 radioisótopos, siendo los más estables el Ti-44, con una vida media de 5,76 minutos y el Ti-52, de 1,7 minutos. Para el resto, sus vidas medias son de menos de 33 segundos, y la mayoría de menos de medio segundo. Los pesos atómicos del titanio varían entre 39,99 y 57,966 uma del Ti-40 y el Ti-58 respectivamente. El modo de desintegración principal de los radioisótopos más ligeros que el isótopo estable más abundante (Ti-48) es la captura electrónica obteniéndose como producto de desintegración isótopos de escandio; mientras que en los isótopos más pesados el modo más habitual es la desintegración beta resultando isótopos de Vanadio.

Aplicaciones Aproximadamente el 95% del titanio se consume como dióxido de titanio (TiO2), un pigmento blanco permanente que se emplea en pinturas, papel y plásticos. Estas pinturas se utilizan en reflectores debido a que reflejan muy bien la radiación infrarroja. • Debido a su resistencia, baja densidad y el que puede aguantar temperaturas relativamente altas, las aleaciones de titanio se emplean en aviones y misiles. También se encuentra en distintos productos de consumo, como palos de golf, bicicletas, etcétera. El titanio se alea generalmente con aluminio, hierro, manganeso, molibdeno y otros metales. Debido a su gran resistencia a la corrosión se puede aplicar en casos en los que va a estar en contacto con el agua del mar, por ejemplo, en aparejos o hélices. También se puede emplear en plantas desalinizadoras. Se emplea para obtener piedras preciosas artificiales.

El tetracloruro de titanio (TiCl4) se usa para irisar el vidrio y debido a que en contacto con el aire forma mucho humo, se emplea para formar artificialmente pantallas de humo. Las aleaciones de titanio se emplean como metal para construir en las industrias de la aviación, construcción de barcos, máquinas energéticas, industria metalúrgica, en donde se emplean por largos períodos, bajo condiciones químicas adversas y en una muy amplia gama de temperaturas desde las más bajas hasta más de 500-600 C. Se emplean aleaciones de titanio-vanadio, titanio-carbón y bióxido de titanio. Se considera que es fisiológicamente inerte, por lo que el metal se emplea en implantes de titanio, consistentes en tornillos de titanio puro que han sido tratados superficialmente para mejorar su oseointegración; por ejemplo, se utiliza en la Cirugía maxilofacial debido a estas buenas propiedades. También por ser inerte y además poder colorearlo se emplea como material de "piercings". Se han empleado láminas delgadas de titanio para recubrir algunos edificios, como por ejemplo el Museo Guggenheim Bilbao. Algunos compuestos de titanio pueden tener aplicaciones en tratamientos contra el Cáncer. Por ejemplo, el cloruro de titanoceno en el caso de tumores gastrointestinales y de mama. Es un metal relativamente nuevo por lo que es de esperar que en el futuro se incrementen sus aplicaciones, especialmente si se abaratan los procedimientos de obtención del metal, que hoy día requieren ingentes cantidades de energía eléctrica (del orden de 1,7 veces la requerida por el aluminio).

Precauciones El polvo metálico es pirofórico. Por otra parte, se cree que sus sales no son especialmente peligrosas. Sin embargo, sus cloruros, como TiCl3 o TiCl4, son considerados como corrosivos. El titanio tiene también la tendencia a acumularse en los tejidos biológicos. En principio, no se observa que juegue ningún papel biológico.