Histoire

Le titane a été découvert par le révérend William Gregor en 1791 , minéralogiste et chimiste britannique. En analysant des sables de la rivière Helford dans la vallée de Menachan en Cornouailles, il isola ce qu'il nomma du sable noir, connu aujourd’hui sous le nom d'Ilménite. Suite à plusieurs manipulations physico-chimiques (extraction du fer par des procédés magnétiques et traitement du résidu par de l’acide chlorhydrique), il produisit un oxyde impur d'un métal inconnu. Il nomma cet oxyde menachanite. Indépendamment de cette découverte, quatre ans plus tard, Martin Heinrich Klaproth, professeur de Chimie Analytique à l'Université de Berlin, identifia le même métal. Alors qu'il analysait les propriétés du schörlite rouge, aujourd’hui connu sous le nom de rutile, il conclut que le minerai contenait un métal inconnu identique à celui de Gregor. Il lui donna son nom actuel de « Titane », tiré de la mythologie grecque, en ignorant totalement ses propriétés physico-chimiques. Il a fallu attendre plus d'un siècle après la découverte de Gregor pour que l'américain Matthew Albert Hunter, chercheur au Rensselaer Polytechnic Institute à Troy (New-York), soit capable, en 1910, de produire du titane pur à 99 %. Les premières obtentions de titane par Hunter ne furent pas suivies du moindre développement industriel. En 1939, le procédé industriel de production fut finalement mis au point par Wilhelm Justin Kroll, métallurgiste et chimiste luxembourgeois, consultant au Union Carbide Research Laboratory de Niagara Falls (New-York) par réduction du TiCl4 avec du magnésium

Propriétés Physique de base

Caractéristiques physiques remarquables du titane :

  • Sa masse volumique est environ 60 % de celle de l’acier.

  • Sa tenue à la corrosion est exceptionnelle dans de nombreux milieux tels que l’eau de mer ou l’organisme humain.

  • Ses caractéristiques mécaniques restent élevées jusqu’à une température d’environ 600°C et restent excellentes jusqu’aux températures cryogéniques.

  • Sa transformation en demi-produits et en pièces de formes différentes par les techniques usuelles (forage, emboutissage, filage, coulée, soudage, usinage, etc.) est raisonnablement aisée.

  • Il est disponible sous des formes et des types de produits très variés : lingots, billettes, barres, fils, tubes, brames, tôles, feuillard.

  • Il est amagnétique.

  • Son coefficient de dilatation, légèrement inférieur à celui de l’acier, est moitié moins que celui de l’aluminium. On prendra pour valeur moyenne un coefficient de dilatation de 10,5 ×10-6 K-1.

  • Son module de Young est très proche de celui des structures osseuses.

Propriétés cristallographiques

Le titane pur est le siège d’une transformation allotropique de type martensitique au voisinage de 882 °C. En-dessous de cette température, la structure est hexagonale pseudo-compacte (a=0,295nm ; c = 0,468 nm : c/a = 1,633) et est appelée Ti α (groupe d'espace 194 / P63/mmc). Au dessus de cette température la structure est cubique centrée (a=0,332 nm) et est appelée Ti β. La température de transition α→β est appelée transus β. La température exacte de transformation est largement influencée par les éléments substitutifs et interstitiels. Elle dépend donc fortement de la pureté du métal.

Isotopes

On trouve le titane sous la forme de 5 isotopes dans la nature: 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti, 50Ti. Le 48Ti représente l'isotope majoritaire avec une abondance naturelle de 73,8%. 11 radioisotopes ont été observés, le plus stable le 44Ti possède une demi-vie de 63 ans.

L'activité photocatalytique de TiO2 est fortement affectée par sa cristallinité et dimension particulaire (Pecchi et al, 2001). La modification d'anatase est seulement suffisamment active dans la photocatalyse ayant une énergie Ebg d’espace de bande de 3,2 eV. Hombikat UV-100 TiO2 se compose de la modification pure d'anatase et ses particules ont une superficie de PARI d'environ 186 m2 g-1 (en appliquant la théorie de Brunauer-Emmett-Teller d'adsorption de gaz pour la détermination de l'isotherme d'adsorption). Cependant, la majorité d'investigations ont été effectuées en utilisant Degussa P-25 TiO2. Ce matériel se compose au sujet de l'anatase 80% et du rutile 20% et à une surface spécifique de BET à peu près 55 m2/g. Le diamètre de ses particules se trouve habituellement entre 25 nm et 35 nm

Oxydes

  • Monoxyde de titane TiO

  • Trioxyde de dititane Ti2O3

  • Dioxyde de titane TiO2

  • Trioxyde de titane TiO3

 

Propriétés Mécaniques

 

Érosion

La couche d’oxyde très adhérente et dure explique la longévité de pièces en titane soumises aux chocs de particules en suspension dans les fluides. Cet effet est amplifié par la capacité qu'a cette couche de se régénérer. L'érosion dans l’eau de mer est augmentée par un débit plus élevé ou une granulométrie plus faible.

 

Résistance et ductilité

Le titane est considéré comme un métal ayant une résistance mécanique importante et une bonne ductilité dans les conditions standard de température. Sa résistance spécifique (rapport résistance à la traction / densité) surclasse l’aluminium et l’acier. Sa résistance est inversement proportionnelle à la température avec un replat entre -25°C et 400°C. En dessous de -50°C, dans les domaines de températures cryogéniques, l’augmentation de résistance est spectaculaire ; néanmoins, elle s’accompagne d’une ductilité très basse. Au dessus de 400°C, la résistance mécanique commence à diminuer. Sans qu’il n’y ait aucun fondement théorique, l’endurance en fatigue vaut environ 70% de la résistance à la traction.

 

Usure et grippage

Jusqu’à ce jour aucune solution satisfaisante n’a encore été mise au point. On a essayé principalement l’oxydation, la nitruration, la boruration et la carburation. On se heurte à de nombreuses difficultés technologiques de réalisation et d’adhérence. Ajoutons que les traitements de surface du titane, modifiant la nature ou la structure de la surface, ne sont à employer qu’avec la plus grande prudence et après une étude approfondie de leur influence ; ils ont généralement un effet néfaste plus ou moins prononcé sur la résistance et la fatigue.

 

Biocompatibilité

Le titane est l’un des métaux les plus biocompatibles, avec l’or et le platine, c’est-à-dire qu’il résiste totalement aux fluides corporels. De plus, il possède une haute résistance mécanique et un module d’élasticité très bas, ce qui le rend compatible avec les structures osseuses. Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé le dioxyde de titane dans le groupe 2B « susceptible d’être cancérigène pour l’humain » : Les études menées ne permettent pas de conclure.

 

Résistance au feu

Sa résistance au feu, notamment d’hydrocarbures, est très bonne. Il a été démontré qu’un tube de 2 mm d’épaisseur pouvait sans dommage ni risque de déformation ou d’explosion supporter une pression de dix atmosphères tout en étant soumis à un feu d’hydrocarbures à une température de 600°C. Cela est dû en premier lieu à la résistance de la couche d’oxyde qui évite la pénétration de l’hydrogène dans le matériau. En outre, la faible conductivité thermique du titane protège plus longtemps les éléments internes d’une élévation de température.

 

 

Lingots du titane

 

Lingots du titane

 

Barres en titane

 

Tôles en titane

 

Plaques en titane

 

Tubes

 

Cuves en titane

 

 
 

 

   

Tôles en titane/titanium sheets

Barres forgés en titane / titanium forged bars

Tubes en titane sans soudure/titanium seamless tubes

Tubes en titane soudés/ titanium welded tubes

Fils en titane/ titanium wire

     

      

   
 

phone:+38(044)201-6224 fax: +38(044)201-6136

 
 

La SARL « FIKO » est la compagnie industrielle, propriétaire de l’usine du titane de production des lingots du titane et de traitement des produits laminés: barres, tôles, plaques, tubes, fils en titane.

 

  La production principale consiste en fabrication des lingots et des bandes de titane pour le traitement en produits laminés de titane : barres, tôles, dalles, tubes, fils.  

  Notre société est représentée sur le marché mondial du titane depuis plus de 15 ans. Nous fournissons les lingots et les bandes de titane ainsi que des produits laminés de titane dans tous les pays du monde par le transport aérien, maritime ou par messagerie. 

La gamme de produits de titane qu’on peut proposer de notre stock à Kiev en Ukraine et à Rotterdam aux Pays-Bas comprends:

     
     

1

2

Lingots du titane/titanium ingots

Grade1, Grade2, Ti6Al/4V, 5Â
Titanium ingots Grade 1 dia 630-800
Titanium ingot Grade 2 dia 630-800

Lingots du titane/titanium slabs

marques Grade1, Grade 2, Ti6Al/4V, ÂÒ1-0, DE4

Barres en titane/titanium bars

Barres en titane à chaud / titatanium hot rolled bars

Diamètre  de 10 mm à 165 mm, laminés à chaud et forgés, différents alliages
Titanium bar VT 1-0
Titanium bars VT 1-0
Titanium bars Grade 1 dia 10-550
Titanium bar Grade 2 dia 10-550

 

Barres en titane à froid/ titanium cold rolled bars

diamètre de 10 mm à 330 mm, laminés à chaud et forgés, différents alliages

Barres forgés en titane / titanium forged bars

diamètre de 60 mm à 330 mm, laminés à chaud et forgés, différents alliages

Barres en alliage de titane/ titanium bars of alloys

Ti6AL4V, Grade 5

Barres forgés en alliage de titane 5B/ titanium 5V forged bars

Diamètre de 510 mm

Barres tournés en titane/

titanium rolled bars

diamètre de 60 mm à 510 mm.

Tôles en titane/titanium sheets

de 0,5 mm à 10 mm en différents alliages
Titanium sheets Grade 1
Titanium sheet Grade 2
Titanium sheets Grade 3

Plaques en titane/titanium plate

 de 11 mm à 80 mm  ÂÒ1-0, ÂÒ6, DE4, ÂÒ20, ÂÒ14, ÑÏ-3Â
Titanium plates Grade 1
Titanium plate Grade 2
Titanium plates Grade 3

 

Tubes en titane sans soudure/titanium seamless tubes

Tubes en titane soudés/ titanium welded tubes

On reçoit des commandes pour la fabrication ou on fournit du stock
Titanium tube Grade 1
Titanium tube Grade 2
Titanium tubes Grade 3

 

Fils en titane/ titanium wire

Fils titane de soudure
Titanium wire Grade 1
Titanium wire Grade 2
Titanium wire Grade 3

 

Cuves en titane/titanium tanks

 On reçoit des commandes pour la fabrication selon les plans du client

 
   
   
ZELM FIKO fournit des produits laminés de titane de son stock et reçoit les commandes pour la fabrication des :
  • barres en titane y compris des barres en titane laminés à chaud, des barres forgés en titane, des barres tournés en titane.

  • tôles en titane de 0,5 à 10,5 mm.

  • plaques en titane de 11 à 100 mm.

  • tubes en titane y comptis des tubes sans soudure et des tubes soudés.

  • fils en titane

  • lingots du titane

  • plaques en titane

  • produits en titane: anneaux, brides, disques, échangeurs de chaleur, cuves en titane, produits fabriqués selon les plans du client.

  • blocs de titane pour la fonte et l’estampage.

En plus, nous offrons les matériels spéciaux pour le domaine chimique et d’autres domaines industriels : les échangeurs de chaleur en titane et inox, les tubes, les tôles, les plaques en titane pour l’équipement industriel de titane.

 

  

En outre, nous pouvons proposer des installations de fusion, des canons électroniques et cathodiques de  600 kW pour la production des lingots du titane, du zirconium, du nickel, du cuivre et d’autres métaux.   Ces installations ont été produites et brevetées à notre usine à Kiev. La capacité de production de ces fours de fusion est de 2,65 tonnes à 12 tonnes de lingots du titane ou d’autres métaux non ferreux par une fusion. Le rendement est de 960 à 4380 tonnes/an.

La qualité est certifiée par TÜV.

 

Selon votre commande on peut:

 1) fabriquer des lingots du titane et des tubes en titane sans soudure;

2) élaborer et fabriquer les matérils en titane, inox et d’autres métaux selon vos plans;

3) élaborer et fabriquer l’installation électronique (d’essais, de laboratoire ou industrielle);

4) fournir des pièces pour l’installation électronique : canon VTP-600, système à vide, système d’alimentation etc.  

 

Lhistoire de la société

 

            En 1990 dans l’institut d’Etat de recherche imeni Patona, l’académicien Tikhanovskyi a commencé des essais de fusion des lingots du titane.

            A partir de 1993 à ÀÎZÒ FIKO on a mis en route la production des lingots du titane. Le collectif de ÀÎZÒ FIKO dirigé par l’académicien Tikhanovskyi a élaboré des technologies de fusion des lingots du titane suivantes :

-la technologie de fusion des lingots du titane de l’éponge de titane.

- la technologie de fusion des lingots du titane des déchets du titane.

- la technologie de fusion des lingots du titane des déchets du titane et de l’éponge de titane.

- la technologie de fusion des lingots du titane des déchets du titane, de l’éponge de titane et de paille de titane.

 - la technologie de fusion des lingots du titane de l’éponge de titane avec l’alliage d’addition.

- la technologie de fusion des lingots du titane des déchets du titane avec l’alliage d’addition.

- la technologie de fusion des lingots du titane des déchets du titane et de l’éponge de titane avec l’alliage d’addition.

- la technologie de fusion des lingots du titane des déchets du titane, de l’éponge de titane avec l’alliage d’addition.

            FIKO a créé son propre bureau d'études dirigé par Monsieur Tour qui élabore l’équipement de fabrication des lingots du titane. 

 

    En Ukraine ainsi que dans l’Union Soviétique ZELM FIKO était une société privée unique qui élaborait la documentation d’études pour l’équipement de fabrication des lingots du titane et la donnait à des plusieurs usines industrielles qui produisaient des pièces de l’équipement de fabrication des lingots du titane.

  A l’époque la fabrication des lingots du titane de marque ÂÒ1-0 était de préférence.

  Pour la production des lingots du titane des déchets du titane on a élaboré une technologie particulière de préparation des déchets du titane à la fonte en lingots du titane. On prêtait beaucoup d’attention aux technologies de préparation des déchets du titane en lingots du titane parce que la qualité des lingots du titane dépendait directement de la qualité des déchets.

 

            Sur cette étape de son développement FIKO produisait des lingots du titane de 400 mm et de 700 kg à 1100 kg. En vue que les lingots du titane ÂÒ1-0 contiennent 0,7% d’aluminium les consommateurs de l’Europe Occidentale et des Etats-Unis ne voulaient pas les acheter et l’usine risquait d’être fermée.

Pourtant il y a eu des compagnies privées asiatiques qui ont commencé à acheter des lingots du titane de marque ÂÒ1-0 pour ce marché.

 

Compte tenu des prix bas des lingots du titane ÂÒ1-0 produits des déchets du titane par rapport aux lingots du titane produits de l’éponge de titane, le marché de vente des lingots du titane se développait.

   Dans les années 1996-1997 FIKO produit des premiers lots de lingots d’alliages de titane.

 

 Ensuite, on a effectué la modernisation de l’installation de titane après quoi FIKO a commencé à produire des lingots du titane de 630 mm et le poids des lingots du titane augmente à 3200 kg.

          Parallèlement avec la production des lingots du titane, au niveau gouvernemental FIKO essayait de mettre en route la production des produits laminés de titane en Ukraine. L’assistance du gouvernement pour FIKO comme producteur des lingots du titane consistait à ne pas empêcher.

   Dans les années 2004-2006 FIKO a commencé à établir les contactes pour la production de:

-barres en titane des lingots du tiane sur les lignes de production de ÎÀÎ SNPO imeni Frunze et ÎÀÎ Dneprospetstal. Ces entreprises se spécialisent en production des barres inox.  

-tubes en titane à l’Usine des tubes de Nikopol.

-tôles et plaques en titane au combinat métallurgique d'Altchevsk.

Dans les années 1993-1996 la coopération avec d’autres usines a donné à FIKO la possibilité d’offrir à ses consommateurs non seulement des lingots du titane mais aussi des produits laminés faits des lingots du titane de FIKO sur les linges industrielles des usines ukrainiennes.

Déjà à cette époque FIKO fournissait des produits laminés de titane y compris:

-les lingots du titane

-les barres en titane

-les tôles en titane

-les plaques en titane

-les fils en titane

-les tubes en titane

   

Ainsi, ÎÀÎ SNPO imeni Frunze produisait non seulement des barres en titane faits des lingots du titane de FIKO mais elle achetait aussi les barres, les tubes, les produits laminés de titane pour sa propre production des échangeurs de chaleur, des matériels en titane pour l’industrie chimique et pétrochimique.

 

 A cette époque ÎÀÎ SNPO imeni Frunze produisait des lingots du titane de FIKO:

 -les barres forgés en titane

- les barres tournés en titane titane.

    Les dimensions des barres en titane produits par ÎÀÎ SNPO imeni Frunze des lingots du titane de FIKO étaient de 80 mm et plus.

 En vue de la débâcle de l’économie observée à la fin des années 90 en Ukraine et dans les pays de l’UEI FIKO renforce sa collaboration avec ÎÀÎ SNPO imeni Frunze dans les destinations suivantes :

- la coproduction des barres en titane des lingots du titane de FIKO.

-la coparticipation des parites dans les livraisons tender des barres et tubes en titane faits des lingots du titane de FIKO

     Un des premiers contracts de fourniture des tubes en titane a été conclu par ÎÀÎ SNPO imeni Frunze avec l’usine chimique de soude en Bulgarie. Pour la réalisation dudit contrat FIKO a fourni à ÎÀÎ SNPO imeni Frunze des lingots du titane. D’abord ÎÀÎ SNPO imeni Frunze a transformé des lingots du titane de FIKO en barres forgés en titane, puis les a traités en barres tournés en titane qui ont été enfin traités en pièces tubulaires en titane.  

  Dans ce projet participaient trois usines: ZELM FIKO, ÎÀÎ SNPO imeni Frunze et l’Usine des tubes de Nikopol qui produisait des tubes en titane des barres en titane fournis par ÎÀÎ SNPO imeni Frunze qui a produit, à son tour, des barres en titane de lingots du titane de FIKO.

-la coproduction et la réalisation des matériels en titane. Pour cela FIKO fournissait à ÎÀÎ SNPO imeni Frunze des lingots du titane, des barres, des tubes et des tôles laminés en titane.

-la livraison des produits laminés de titane en échange aux matériels en titane.

 

Au cours des années 1993-1998 FIKO fournissait des centrifuges en titane à des sucreries. Cela a permis à la société FIKO d’entrer sur le marché des fabricants de sucre et d’acquérir une sucrerie. Dans cette époque peu favorable pour l’industrie ukrainienne la société a pu organiser la fourniture de gaz et des produits pétroliers pour la production du sucre par Gosrezerv de l’Ukraine en échange en produits laminés de titane y compris des lingots du titane, des barres, des tôles, des plaques, des fils et des tubes en titane.

           ÀÎZÒ FIKO a mis des relations étroites et collaborait bien avec l’Usine des tubes de Nikopol. Ainsi, FIKO a fourni des lingots du titane à l’Usine des tubes de Nikopol pour la production des produits laminés de titane suivants:

 

-         les barres forgés en titane des lingots du titane de FIKO.

-         les barres tournés en titane des lingots du titane de FIKO

-         les tubes en titane des lingots du titane de FIKO.

-         les tubes en titane de 0,5mm et plus des lingots du titane de FIKO

-         les tubes en titane de 0,5mm et plus des lingots du titane de FIKO en tolling.

-         les tubes en titane de 0,5mm et plus des lingots du titane de FIKO pour les fournitures tender.

 

En outre, dans les années 90 FIKO en collaboration avec le combinat métallurgique d'Altchevsk a mis en route la production des lingots du titane de FIKO des produits laminés de titane suivants:

-         les tôles en titane des lingots du titane de FIKO.

-         les plaques en titane des lingots du titane de FIKO.

 

      La désagrégation de l’Union Soviétique a provoqué la situation quand les entreprises ont commencé à vendre pour rien des réserves des produits laminés de titane fabriqués et fournis par VSÌPÎ. Des dizaines d’entreprises privées ont commencé à vendre les produits laminés de titane de VSÌPÎ aux prix inférieurs des prix de VSÌPÎ. VSÌPÎ n’a pas pu concourir avec les entreprises privées en fourniture des produits laminés de titane, par exemple à Norilsk Nickel. A la place de VSÌPÎ les autres compagnies russe fournissaient les produits laminés de titane à la commande de Norilsk Nickel et commandaient pour cela des produits laminés de titane à FIKO. Ainsi, FIKO fournissait à travers des compagnies de Moscou à Norilsk Nickel les barres, les tubes, les tôles, les plaques et les fils en titane.

 

  VÑÌPÎ a commencé a perdre ses marchés des produits laminés de titane y compris des marchés des barres, des tubes, des tôles, des plaques, des fils en titane en Russie et dans les pays de l’UEI parce que les entreprises de l’ex-Union Soviétique possédaient de grands stocks des produits laminés de titane et ont commencé à les vendre à des sociétés privées à prix inférieur au prix de revient, au prix égal au prix des déchets du titane.

 

      La situation économique créée par la chute et l’arrêt de plusieurs entreprises industrielles des pays de l’UEI a fait organiser des stocks en gros et vendre par petits lots des produits laminés de titane  : barres, tubes, tôles, plaques, fils en titane.

ÀÎZÒ FIKO a organisé quelques stocks indistriels des produits laminés de titane ou on stocke des produits suivants:

-les barres de titane laminés à chaud.

- les barres forgés en titane.

- les barres tournés en titane.

- les barres en alliages de titane.

- les tubes en titane sans soudure.

- les tubes en titane soudés.

- les tubes en alliages de titane.

- les tôles en titane.

- les plaques en titane.

- les lingots du titane.

- les lingots en alliages de titane.

 Tout cela donne à FIKO la possibilité de réaliser les fournitures des produits laminés de titane en Ukraine ainsi que dans les pays de l’UEI et sur le marché interantional.  

 

 

Propriétés Chimiques

Corrosion classique du titane

Le titane est un métal extrêmement oxydable. Dans la série des potentiels électrochimiques standards, il se place au voisinage de l’aluminium, entre le magnésium et le zinc. Il n’est donc pas un métal noble, son domaine de stabilité thermodynamique ne présente, en effet, aucune partie commune avec le domaine de stabilité thermodynamique de l’eau et est situé fortement au-dessous de ce dernier. L’une des causes de la résistance à la corrosion du titane est le développement d’une couche protectrice passivante de quelques fractions de micromètre, constituée majoritairement d’oxyde TiO2, mais il est reconnu qu’elle peut contenir d’autres variétés. Cette couche est intègre et très adhérente. En cas de rayure de la surface, l’oxyde se reforme spontanément en présence d’air ou d’eau. Il y a donc inaltérabilité du titane dans l’air, l’eau et l’eau de mer. De plus, cette couche est stable sur une large gamme de pH, de potentiel et de température.

Des conditions très réductrices, ou des environnements très oxydants, ou encore la présence d’ions fluor (agent complexant), diminuent le caractère protecteur de cette couche d’oxyde ; les réactifs d’attaque pour relever les micrographies sont le plus souvent à base d’acide fluorhydrique. Lors d’une réaction par cet acide, il y a formation de cation titane (II) et (III). La réactivité des solutions acides peut néanmoins être réduite par l’adjonction d’agents oxydants et/ou d’ions lourds métalliques. L’acide chromique ou nitrique et les sels de fer, nickel, cuivre ou chrome sont alors d’excellents agents inhibiteurs. Cela explique pourquoi le titane peut être utilisé dans des procédés industriels et des environnements où les matériaux conventionnels se corroderaient. On peut bien entendu modifier les équilibres électrochimiques par adjonction d’éléments d’addition qui réduisent l’activité anodique du titane ; cela conduit à améliorer la tenue à la corrosion. Selon les desiderata de modifications, on ajoute des éléments spécifiques. Une liste non exhaustive de quelques adjuvants classiques est reprise ci-dessous :

Ces trois méthodes peuvent être combinées.

 

Corrosion spécifique du Titane

Le titane est très peu sensible aux modes particuliers de corrosion tels que la corrosion caverneuse ou la corrosion par piqûre. Ces phénomènes ne sont observés qu’en cas d’utilisation dans un domaine proche d’une limite pratique de tenue à la corrosion générale. Les risques de corrosion sous contrainte apparaissent dans les conditions suivantes :

  • à froid dans l’eau de mer (en présence d’entailles aiguës seulement) ;

  • dans certains milieux particuliers tels que le méthanol anhydre ;

  • à chaud, en présence de NaCl fondu.

Les deux structures allotropiques se distinguent au niveau de la résistance à ce dernier type de corrosion ; le titane α y est fort sensible alors que le β quasiment pas.

Le procédé Kroll et l'Obtention du Titane Haute pureté

Le procédé Kroll

La première étape consiste à opérer une carbochloration sur le dioxyde de titane. Le produit est obtenu par action du chlore gazeux sur l’oxyde vers 800°C, le tout sur lit fluidisé selon la réaction :

TiO2(s) + 2 C(s) + 2 Cl2(g) → TiCl4(g) + 2 CO(g)

Le tétrachlorure de titane, dont la température d’ébullition est de 136°C, est récupéré par condensation, décanté, filtré et purifié par distillation fractionnée. Le procédé de réduction qui s’ensuit consiste alors à faire réagir ce tétrachlorure en phase gazeuse sur du magnésium liquide selon la réaction :

TiCl4 (g) + 2 Mg (l) → 2MgCl 2 (l) + Ti (s)

La réaction est réalisée sous vide ou sous gaz inerte (argon). Le chlorure de magnésium est séparé par décantation, puis, dans une seconde étape, par distillation sous vide vers 900-950°C, ou par lavage à l’acide. Le titane obtenu est un solide poreux faisant penser à une éponge, d’où son nom d’éponge de titane.

Depuis le début de sa mise en exploitation industrielle en 1945, le procédé Kroll n’a pas subi d’évolution notable dans son principe physico-chimique, si ce n’est dans le rendement de la réaction.

 

Élaboration du titane haute pureté

Une fois l’éponge obtenue, on la broie afin d’obtenir des copeaux de titane. Ce lot est ensuite homogénéisé dans un mélangeur soit sous gaz neutre soit sous aspiration violente, de manière à prévenir toute inflammation des fines de titane (particules d’une centaine de micromètre) pouvant conduire à la formation d’oxynitrure de titane fragilisant et insoluble dans le bain liquide. Le lot homogène est ensuite introduit dans la matrice d’une presse où il est comprimé à froid, sous forme de cylindre dense appelé compact. La densité relative du compact autorise alors toute manutention en vue de constituer une électrode par empilement de ces compacts, étage par étage, et soudage entre eux par plasma ou faisceau d’électrons. On fabrique ainsi une électrode primaire.

Par la suite on fusionne les électrodes de titane par refusion à l’arc sous vide (VAR : Vacuum Arc Remelting). Cela revient à créer un arc électrique de faible voltage et haute intensité (30 à 40 V ; 20000 à 40000 A) entre le bas de l’électrode de titane et un creuset en cuivre refroidi par eau. Le bas de l’électrode s’échauffe et sa température passe au-delà du liquidus ; les gouttelettes de métal tombent alors dans un puits liquide contenu dans une gaine de métal que l’on nomme la peau du lingot. On refond ainsi le lingot plusieurs fois selon la pureté désirée. A chaque refusion, on augmente le diamètre des lingots ; ces derniers pèsent couramment entre 1 et 10 tonnes et ont un diamètre de 0,5 à 1 mètre.

Composés

Bien que le titane métallique soit assez rare de par son prix, le dioxyde de titane est bon marché et largement répandu comme pigment blanc pour les peintures et les plastiques. La poudre de TiO2 est chimiquement inerte, résiste à la lumière du soleil et est très opaque. Le dioxyde de titane pur possède un indice de réfraction très haut, et une dispersion optique plus élevée que celle du diamant.

Précautions, toxicologie

Lorsqu'il est sous forme métallique divisée le titane est très inflammable, mais on considère généralement que les sels de titane sont sans danger. Les composés chlorés comme le TiCl4 et le TiCl3 sont corrosifs. Le titane peut s'accumuler dans les tissus vivants qui contiennent du silicium, mais il ne possède aucun rôle biologique connu.

Occurrence et Production

On trouve du titane dans les météorites, dans le soleil et dans les étoiles de type M. Les roches ramenées depuis la lune par la mission apollo 17 sont composées à 12,1% de TiO2. On en trouve également dans le charbon, les plantes et même dans le corps humain.

Sur terre, le titane n’est pas une substance rare. Il est le dixième élément le plus abondant de la croûte terrestre, sa teneur moyenne y est de 0,63 %, Seuls les éléments suivants le précèdent par ordre décroissant : l'azote, l’oxygène, le silicium, l’aluminium, le fer, le magnésium, le calcium, le sodium et le potassium. La plupart des minéraux, roches et sols contiennent de petites quantités de titane. On dénombre 87 minéraux ou roches contenant au moins 1% de titane pur. Les minerais riches en titane sont par contre très peu nombreux, à savoir, l’anatase (TiO2), la brookite(TiO2), l’ilménite (Fe(TiO3)2) et ses altérations par carence de fer : le leucoxène, la perovskite (CaTiO3), le rutile (TiO2), la sphène ou titanite (CaTiO(SiO4)) et la titanomagnétite (Fe(Ti)Fe2O4).

La majorité du titane sur terre se trouve sous forme d’anatase ou de titanomagnétite, mais ces derniers ne peuvent être exploités avec les technologies actuelles de manière rentable. Seuls l’ilménite, le leucoxène et le rutile sont intéressants économiquement, étant donné la facilité avec laquelle ils peuvent être traités.

On trouve des gisements de titane en Australie, Scandinavie, Amérique du Nord, Malaisie, la Russie, Chine, Afrique du Sud et Inde.

La réserve mondiale totale, à savoir celle qui n’est pas encore technologiquement et économiquement exploitable, est estimée à 2 milliards de tonnes. Les réserves prouvées de rutile et d’ilménite, calculées en pourcentage de TiO2 utilisable et technologiquement extractible en 2005, sont estimées à 600 millions de tonnes.

 

L'élément titane est plus utilisé comme dioxyde de titane, pigment blanc que comme métal titane même si le métal est promis à un brillant avenir.

 

TiO2 : les performances de TiO2 le classent comme le meilleur des pigments blancs, ses applications sont aussi variées que diverses.
Les trois applications essentielles (environ 80 % aussi bien en Europe de l'Ouest qu'aux USA) se situent dans les domaines des peintures, des plastiques et de la papeterie; mais TiO2 est aussi utilisé dans les matériaux de construction, les émaux (émaillage sur tôle), les céramiques, les électrodes, les encres, les cosmétiques, la pharmacie.
Utilisations en tant que catalyseur.

Titane : Sa densité ( d = 4,54) et sa température de fusion (tF = 1660 °C) apporte des solutions pour l'allègement des structures qui constitue une exigence permanente pour le domaine aéronautique et aérospatial ains que pour les transports terrestres.

Issus de minerais tels que l'ilménite ou le rutile, les oxydes de titane se sont imposés comme les plus performants et les plus utilisés des pigments blancs.

Principe des procédés d'obtention
 

  • Procédé " au sulfate" (capacité mondiale installée fin 1988 et projets en démarrage : 1972 kt)

  • Procédé "au coke"
    L'ilménite n'étant en fait que l'association des deux oxydes FeO et TiO2, de stabilité très différente, la réduction spécifique de FeO par voie ignée dans un four permet d'obtenir l'oxyde de titane :

    Le diagramme d'Ellingham permet de comprendre cette préparation.
     

    Il suffit d'opérer à 1000°C par exemple pour que le coke réduise l'oxyde ferreux et non l'oxyde de titane


     
  • Procédé "au chlore" (capacité mondiale installée fin 1988 et projets en démarrage : 1905 kt)


Matières premières
 

  • ilménite FeIITiIVO3
    titanate de fer (II) constituant le plus abondant avec des teneurs en TiO2 allant de 45 à 65 %. Ce minerai contient aussi du fer (III)

  • rutile TiO2
    état naturel avec des teneurs en TiO2 allant de 90 à 98 % ou obtenu synthétiquement ( teneur en TiO2 : 85 à 90 %) à partir de l'ilménite par élimination du fer qui est transformé suivant les divers procédés utilisés en FeCl2 ; Fe(OH)3 ; FeSO4 ; etc.

  • anatase TiO2
    état naturel avec teneur en TiO2 allant de 30 à 40 %
    La forme rutile est beaucoup plus abondante que la forme anatase; l'anatasz et le rutile sont quadratiques mais non isomorphes; le rutile est la forme stable à haute température et la maille cristalline peut être stabilisée à l'oxyde de zinc ZnO.

  • slags ( ou laitiers tétanifères)
    il s'agit de minerais (ilménites) en provenance du Canada ou d'Afrique du Sud utilisés par les usines métallurgiques qui en extraient le fer par réduction par le carbone au four électrique à 1200-1600 °C. Les scories de ces minerais se trouvent donc enrichies en titane (à peu près 80 %) et contiennent encore environ 15 % de fer.


Schémas technologiques ; conditions opératoires
 

  • Procédé "au sulfate"

    Il utilise l'ilménite ou les slags. Le minerai est finement broyé puis attaqué ( réaction exothermique) par de l'acide sulfurique concentré dans des tours d'attaque où s'effectue la dissolution. Les résidus et boues inattaqués sont éliminés et la solution est traitée par du fer métallique (feuillards) afin de réduire les ions ferriques ( 2 Fe3+ + Fe = 3 Fe2+ ) ce qui évitera la précipitation ultérieure d'hydroxyde ferrique Fe(OH)3 ( le même résultat peut être obtenu en réduisant Fe(III) par une solution de Ti(III). Une cristallisation provoque alors la précipitation de l'heptahydrate FeSO4,7 H2O qui est séparé par essorage ; le sulfate de titanyle TiOSO4 reste en solution et après filtration soignée et concentration par évaporation sous vide, la solution (220-250 g /L en TiO2) est hydrolysée par la vapeur d'eau qui élève la température vers 95 - 110 °C.


    L'ajout de germes permet d'orienter la précipitation vers la forme anatase ou rutile. Le gel d'hydrolyse séparé des eaux-mères est traité par une solution réductrice de Ti(III) pour éliminer les métaux lourds éventuellement adsorbés. Il est lavé, conditionné, avec des additifs de pigmentation, calciné à des températures de l'ordre de 800-1000 °C et broyé à sec. On obtient ainsi le pigment de base.

  • Procédé "au chlore"

    Il utilise le rutile (naturel ou synthétique) ; les slags à haute teneur en TiO2 (85 %); des leucoxènes (ilménites altérées : teneur en TiO2 : 80-90 %).

    Pour réaliser la carbochloration, on introduit le rutile, sous forme poudreuse dans un réacteur. Il forme alors un lit fluidisé par injection de chlore gazeux. Le réacteur est chauffé à 650 °C. Du carbone finement broyé est alors introduit. Il s'enflamme et maintient une température de 800 °C.


    TiCl4 est un halogénure covalent donc de bas point d'ébullition (teb = 136 °C); il peut être aisément séparé par distillation fractionnée des chlorures tels que FeCl3, SiCl4, puis condensé et stocké à l'état liquide.
    La seconde phase a lieu dans un réacteur préchauffé vers 1000 °C où la réaction exothermique

    porte la température vers 1400 °C.
     

  • Traitements ultérieurs

    La nature des applications industrielles nécessite un certain nombre de traitements particuliers destinés à augmenter la stabilité des pigments vis-à-vis de la lumière et des intempéries et leur dispersibilité dans les peintures et plastiques.

    Ajouts d'agents bleuissants ou d'azurants optiques

    Les pigments de TiO2 peuvent présenter une tonalité légèrement jaunâtre (plus prononcée avec les rutiles que les anatases) due à l'absorption par les deux formes cristallines dans la zone bleue du spectre visible.
    Les deux méthodes classiques permettant de remédier à cet inconvénient sont le "bleuissement" (on rajoute des traces de colorants bleu ou violet ou de noir de carbone absorbant eux-mêmes dans la zone complémentaire et entraînant donc une perte de luminosité) ou l'ajout "d'azurants optiques" qui sont