TITANE

Le titane est l'élément chimique de symbole Ti, de numéro atomique 22 et de poids atomique 48. Il appartient au groupe IVb de la classification périodique. Il fut découvert par William Gregor en 1791 et dénommé par Martin Heinrich Klaproth en 1795.

C'est le neuvième élément par ordre d'abondance dans la croûte terrestre, et la plupart des roches éruptives ou sédimentaires en contiennent. La première utilisation industrielle semble être un additif, parfois en quantité notable, aux fontes et aciers sous forme de ferrotitane au début du xx^e siècle. Ce métal fut une curiosité de laboratoire jusqu'en 1936, date à laquelle Wilhelm J. Kroll montra que le titane ductile pouvait être produit industriellement par réduction de tétrachlorure de titane par le magnésium.

C'est un métal blanc à l'éclat métallique qui présente une densité égale à 4,5, une résistance mécanique assez faible associée à une grande ductilité et une bonne résistance à la corrosion. Ses caractéristiques mécaniques sont fortement augmentées par l'addition d'éléments d'alliages.

Le titane naturel est un mélange de cinq isotopes, tous stables : ⁴⁶Ti (8,25 p. 100), ⁴⁷Ti (7,44 p. 100), ⁴⁸Ti (73,72 p. 100), ⁴⁹Ti (5,41 p. 100) et ⁵⁰Ti (5,18 p. 100). Parmi la vingtaine d’isotopes artificiels connus, ⁴⁴Ti a la plus longue demi-vie (60,0 ans).

Le titane est utilisé principalement sous forme de composés : oxyde (blanc de titane) et carbure ou comme élément d'addition aux alliages métalliques, à l'état pur, sous forme d'alliages à base de titane.

Production du titane

Minerais

Le titane est présent en quantité notable dans les minéraux suivants : rutile (TiO₂), ilménite (FeO.TiO₂), arizonite (Fe₂Ti₃O₉), perovskite (CaTiO₃), sphène (CaTiSiO₅), par exemple. Certains minerais de fer sont titanifères (taux de titane inférieur à 40 p. 100). Seuls le rutile et l'ilménite, titrant respectivement 90 p. 100 (et plus) et de 40 à 60 p. 100 d'oxyde TiO₂, sont utilisés industriellement comme sources de titane. Les principaux pays producteurs d’ilménite sont l'Australie, la Chine, la Norvège, le Vietnam, l’Inde, l’Ukraine, les États-Unis. Les principaux pays producteurs de rutile sont l'Australie, l’Afrique du Sud, la Sierra Leone, les États-Unis, l’Ukraine.

Métallurgie extractive

Les principales étapes de la métallurgie extractive classique sont les suivantes :

– concentration des minerais ;

– chloration en présence de coke vers 800 ⁰C-1 000 ⁰C :

– condensation du tétrachlorure TiCl₄, purification par voie chimique et distillation fractionnée ;

– réduction du tétrachlorure par le magnésium (ou le sodium) vers 800 ⁰C en atmosphère d'argon :

Le titane est obtenu sous forme poreuse (éponge) dont l'excès de chlorure de magnésium est distillé sous vide vers 900 ⁰C-1 000 ⁰C ou lixivié par lavage acide.

Consolidation de l'éponge

L'éponge de titane est consolidée par fusion en four à arc sous vide (ou sous argon) avec électrode consommable ou non consommable, ce qui permet de produire des lingots ou des pièces moulées.

À partir de ce stade, les opérations de transformation à chaud et à froid se font sur des équipements classiques, avec cependant certaines précautions spécifiques, notamment en ce qui concerne l'atmosphère des fours.

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