Titanio

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

  • 1791: William Gregor, clérigo y minerólogo inglés, descubrió el titanio al fundir las arenas negras de un arroyo de Manaccan (Cornwall, Inglaterra) en un crisol en medio alcalino, observando que la escoria resultante tenía un brillo metálico interior y no respondía del todo al imán. Fue incapaz de separar el metal de la escoria, pero las extraordinarias propiedades de la arena lo llevaron a concluir que contenían una sustancia no identificada, posteriormente llamada titanio.
  • 1795: Martin Heinrich Klaproth, químico alemán, descubridor también del uranio, empezó a trabajar con los minerales rutilo e ilmenita y, al igual que Gregor, fue incapaz de separar el metal debido a los fuertes enlaces intermoleculares. A este metal lo llamó titanio en honor a los titanes de la mitología griega, hijos de Urano y Gea, símbolo de fuerza bruta y grandeza.
  • 1825: J. J. Berzelius, químico suizo, desarrolló una separación cruda de titanio metálico.
  • 1887: Nilson y Petterson produjeron titanio metálico muy contaminado.
  • 1910: Matthew A. Hunter obtuvo una muestra de titanio puro (con una pureza del 99,90 %), calentando tetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio (entre 700-800 ºC) en un reactor de acero (Método Hunter).
  • 1946: William Justin Kroll, el primero en usar el titanio fuera del laboratorio, desarrolló un método para producirlo comercialmente, llamado Proceso de Kroll. Aun cuando su proceso fue una gran mejora en la extracción, quedaba cloruro residual en la esponja, ya que el magnesio no reaccionaba completamente. Esta contaminación fue eliminada exitosamente con la aplicación de una destilación al vacío. Actualmente el proceso Kroll, combinado con la destilación al vacío, es el método típico para extraer el metal del mineral.
  • 1940-1950: El departamento de defensa de los EEUU determinó que el titanio era el “metal de elección” de la aviación militar. Este reconocimiento se basaba en el hecho de que el titanio estaba comercialmente disponible combinado con sus características metalúrgicas, incluida la relación tenacidad-peso, la resistencia a la corrosión y su comportamiento a altas temperaturas. El primer avión con titanio como principal componente del fuselaje fue el Douglas Aircraft X3 Stilletto, su propósito era estudiar las características de diseño de un avión capaz de volar a velocidades supersónicas.
  • 1950-ACTUALIDAD: La Unión Soviética promovió el empleo de titanio como parte de sus programas militares relacionados con la guerra fría. A lo largo de este período, el gobierno estadounidense consideró el titanio como un metal estratégico manteniendo una reserva de titanio esponja. En 1995, cuando la reserva estuvo en su máximo, contenía 33.400 toneladas. El propósito primario de la reserva era tener titanio esponja disponible para usarse durante una emergencia nacional. Entre 1997 y 2005 la Agencia de Defensa Logística de EEUU vendió toda la reserva de esponja. Durante décadas, el titanio fue considerado un “metal aeroespacial” siendo usado exclusivamente para esta aplicación. Conforme pasó el tiempo, las propiedades de corrosión del metal fueron exploradas en aplicaciones no aeroespaciales, especialmente como un producto para tubería usada en intercambiadores de calor para generación de energía. Esta aplicación resultó ser extremadamente exitosa y se creó el mercado “industrial”. Sin embargo, la evolución industrial del metal no terminó ahí. Conforme el metal se familiarizó con el mercado, fue diseñado para otras aplicaciones, todas basadas en sus únicas características. Se desarrollaron equipos para procesos químicos tales como recipientes de presión, sistemas de bombeo y ósmosis inversa.
    En los últimos años han surgido aplicaciones diversas que serán expuestas posteriormente.

CARACTERÍSTICAS

El Titanio es el cuarto metal estructural más abundante en la superficie terrestre (precedido por el aluminio, el hierro y el magnesio), y el noveno en la gama de metales empleados en la industria. También es el tercer miembro del trío de aleaciones ligeras, junto al aluminio y el magnesio.

Las principales ventajas del titanio sobre otros metales, radican en la alta calidad de sus propiedades mecánicas, físicas y químicas, la amplia gama de aleaciones que forma y su comprobada utilidad en procesos térmicos y de fabricación de piezas y productos, hechos que lo han posicionado rápidamente en el mercado.

Ligero, duro, resistente mecánicamente, incluso a elevadas temperaturas, el titanio se utiliza para casos en los que el factor peso es determinante.

Ofrece una gran resistencia a la corrosión y a la oxidación puesto que, gracias a la fuerte afinidad que tiene con el oxígeno, le ayuda a formar una capa fina de óxido transparente y estable, siendo éste uno de los metales más resistentes a los ácidos y por tal razón, se le considera fundamental en procesos metalmecánicos. Además, presenta una menor electronegatividad que otros metales empleados en la construcción como el aluminio, el zinc, el hierro, el plomo y el cobre (ordenados de menor a mayor electronegatividad).
Tiene buena tenacidad, es decir, resistencia a quebrarse o desgarrarse.

Su excelente ductilidad permite obtener alambres e hilos, mientras que su buena maleabilidad, es esencial para conformar hojas delgadas del material. Estas cualidades, junto con su buena soldabilidad, lo hacen muy valioso a nivel tecnológico.

En cuanto a su elasticidad, el titanio ofrece un módulo menor que el del acero, lo cual significa que permite una deformación mayor que otros metales.
Es cien por cien reciclable y no se degrada, además de un metal biocompatible.

El principal inconveniente del titanio y sus aleaciones es su elevado precio.

Algunas obras de referencia:

  • Museo Guggenheim de Bilbao
  • Iglesia del Jubileo en Roma
  • Gran teatro Nacional de Beijing
  • Museo de Arte Frederic C. Hamilton en Denver
  • Fukuoka Dome en Japón
  • Centro de Ciencias de Glasgow
  • Galería de Arte en Ontario
  • Hotel Bodega Marqués de Riscal en La Rioja

BIBLIOGRAFÍA

  • TARÍN REMOHÍ, PASCUAL. “El titanio y sus aleaciones. Aleaciones para Estructuras Aeroespaciales. Materiales Estructurales para Sistemas Propulsivos”. Sección de publicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la UPM. Madrid. Ed. Febrero 1999.
  • TARÍN REMOHÍ, PASCUAL. “Aleaciones de titanio”. Publicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la UPM. Madrid. Setiembre 2010.
  • GONZÁLEZ MORÁN, IRENE. ”Estudio sobre la viabilidad de la introducción de nuevos materiales a base de titanio para la construcción de fachadas”. UPM. 2011.
  • PANIAGUA CAPARRÓN, JOSÉ LEÓN. “Estructuras ligeras. Campo de aplicación de los nuevos materiales estructurales dentro del diseño arquitectónico”. Madrid. 1982.
  • SARMIENTO SANTIAGO, PÁVEL MARTÍN. “Definición y análisis del proceso más ventajoso para la concentración de la Ilmenita presente en la arena de la playa Ventanilla en el Estado de Oaxaca”. UNAM. 2011.
  • LEYENS, CHRISTOPH Y PETERS, MANFRED .”Titanium and titanium alloys”. Wiley – VCH. Agosto 2003.
  • LÜTJERING, GERD Y WILLIAMS, JAMES C. “Titanium. Engineering Materials”. Springer. Junio 2007.
  • FERNANDEZ GALIANO, LUÍS. “Guggenheim Bilbao. Frank Gehry, un museo americano y vasco”. Arquitectura viva. Número 55 Julio-agosto 1997.
  • VARIOS AUTORES. “Enciclopedia de Ciencia y Técnica”. Tomo 13. Titanio. Salvat Editores S.A. 1984.
  • http://www.goodfellow.com/S/Titanio.html
  • http://www.obtesol.es/index.php?option=com_content&task=category&sectionid=4&id=37&Itemid=30
  • http://www.smp.es/propmecti
  • http://www.evek.es/reference/rezka-i-obrabotka-titana.html
  • http://es.wikipedia.org/wiki/Titanio
  • http://quintametalica.com

Trabajo desarrollado para la asignatura “Nuevos materiales y sistemas para la ejecución” de la ETSArquitectura de Coruña durante el curso 2013/2014. Realizado por José Antonio Rodríguez Losada.

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