Les métaux

Utilisations du titane métallique et du dioxyde de titane



Avions de reconnaissance CIA A-12: Photographie d'un avion de reconnaissance supersonique CIA A-12 nommé "The Titanium Goose" se préparant à faire le plein à haute altitude. Le nom convient car bon nombre de ses pièces sont en titane. Image de la Central Intelligence Agency.

Qu'est-ce que le titane?

Le titane est un métal argenté solide, résistant à la corrosion et inerte. C'est le neuvième élément le plus abondant de la croûte terrestre. Au lieu de se produire dans de grands gisements, de petites quantités de titane se trouvent dans presque chaque roche.

Le titane est un constituant important d'un petit nombre de minéraux. Environ 90% du titane dans la croûte terrestre se trouve dans l'ilménite, un minéral dont la plupart des gens n'ont jamais entendu parler. C'est un oxyde de fer et de titane avec une composition chimique de FeTiO3. Le reste du titane proche de la surface de la Terre se trouve dans des minéraux tels que l'anatase, la brookite, le leucoxène, la pérovskite, le rutile et le sphène.

Nitinol 60: Le nitinol 60 est un alliage contenant 60% de nickel et 40% de titane. Normalement, l'acier inoxydable est utilisé pour fabriquer des roulements car il est dur, mais l'acier inoxydable est sujet à la corrosion. Le nitinol 60 a résolu le problème de corrosion sans perte de résistance et n'a pas réagi avec les lubrifiants pour roulements. Image de la NASA.

Utilisations du titane métal

Le titane est un métal familier. Beaucoup de gens savent qu'il est utilisé dans les bijoux, les prothèses, les raquettes de tennis, les masques de gardien de but, les ciseaux, les cadres de vélo, les outils chirurgicaux, les téléphones portables et autres produits de haute performance. Le titane est aussi solide que l'acier mais pèse environ la moitié. Il est deux fois plus résistant que l'aluminium mais seulement 60% plus lourd.

Le titane se combine avec le fer, l'aluminium, le vanadium, le nickel, le molybdène et d'autres métaux pour produire des alliages haute performance. Les moteurs à réaction, les engins spatiaux, les équipements militaires, les roulements, les gilets pare-balles et autres produits de haute technologie ont besoin de pièces fabriquées avec ces alliages.

Pièces d'avion en titane: Le métal et les alliages de titane fournissent des pièces à haute résistance, légères et résistantes à la corrosion pour les moteurs d'avion, les commandes et les composants structurels. Ce NASA F-16XL possède un gant en titane pour les études de flux laminaire couvrant une partie de son aile gauche. Image de la NASA par Jim Ross.

Peinture blanche: La plupart des peintures blanches utilisées aujourd'hui contiennent du dioxyde de titane comme pigment. Cela donne à la peinture une couleur blanche brillante qui est permanente, avec l'opacité de couvrir en une seule couche et une luminosité qui reflète la lumière. Lorsque la peinture sèche, le revêtement minéral qui reste sur votre mur est du dioxyde de titane.

Qu'est-ce que le dioxyde de titane?

Le dioxyde de titane est un matériau brillant, blanc et opaque avec une composition chimique de TiO2. Il est produit par oxydation de l'ilménite ou d'autres minéraux de titane à des températures élevées. Il est ensuite broyé en poudre fine nécessaire à ses nombreuses utilisations.

Environ dix fois plus de titane est utilisé sous forme de dioxyde de titane par rapport au titane métallique. La plupart des gens n'ont jamais entendu parler de titane utilisé sous cette forme. En effet, le dioxyde de titane est un ingrédient des produits plutôt qu'un matériau primaire.

Composés de polissage: La poudre de dioxyde de titane est soigneusement classée en fonction de la taille des particules et vendue comme produit de polissage pour les travaux lapidaires et métalliques. L'image est un baril de culbuteur de roche juste ouvert avec une épaisse mousse blanche de vernis.

Utilisations du dioxyde de titane

L'utilisation la plus courante du titane est comme agent blanchissant, éclaircissant et opacifiant. Les peintures blanches de haute qualité contiennent généralement des quantités importantes de dioxyde de titane, qui porte le nom de pigment «blanc de titane». Le dioxyde de titane augmente la blancheur et la réflectivité de la peinture. Lorsque vous entrez dans une pièce et que vous allumez la lumière, la peinture est très réfléchissante et rend la pièce plus lumineuse, car plus de lumière est réfléchie par les surfaces peintes. Le dioxyde de titane augmente également l'opacité de la peinture, permettant à une couche de couvrir ce qui se trouve en dessous dans de nombreuses situations.

Pendant près de 2000 ans, le "blanc de plomb" a été un pigment important utilisé dans la peinture blanche. En 1904, Sherwin-Williams, un fabricant de peinture, a signalé les dangers de la peinture contenant du pigment au plomb. À partir de ce moment, les fabricants de peinture ont commencé à s'éloigner des pigments de plomb, et le pigment de titane était le remplacement le plus viable. Aujourd'hui, la plupart des peintures blanches fabriquées contiennent du dioxyde de titane comme pigment.

Le dioxyde de titane est pressé dans les fibres des papiers de haute qualité pour améliorer leur blancheur, leur brillance et leur texture. Il est ajouté au lait écrémé pour améliorer sa blancheur et son opacité. Il est ajouté au dentifrice, au caoutchouc, aux plastiques, aux cosmétiques, à la crème solaire et à de nombreux produits alimentaires pour la même raison. Ce sont des matériaux utilisés par presque toutes les personnes sur Terre presque tous les jours. Peu de gens réalisent le rôle que le titane joue en eux. Il peut être utilisé dans les aliments, les cosmétiques et autres produits que les gens consomment car il est inerte.

La poudre de dioxyde de titane est également classée selon des tailles de particules spécifiques pour une utilisation comme composé de polissage. Il est utilisé pour le polissage des pierres précieuses, des métaux et d'autres matériaux. Il est souvent moins efficace que les autres vernis, mais lorsqu'il est efficace, il peut permettre de réaliser des économies.

Sable minéral lourd: Le fait de creuser à faible profondeur à Folly Beach, en Caroline du Sud, expose de minces couches de sables minéraux lourds. La plupart de l'ilménite extraite aujourd'hui provient de sables à forte concentration minérale. Photographie de Carleton Bern, United States Geological Survey.

D'où vient le titane?

La majeure partie du titane mondial est produite par l'extraction de sables minéraux lourds. Ces sables se trouvent dans le gradient descendant des masses exposées de roches ignées telles que le gabbro, la norite et l'anorthosite. Ces roches contiennent des minéraux titaniques tels que l'ilménite, l'anatase, la brookite, le leucoxène, la pérovskite, le rutile et le sphène.

Lorsque ces roches sont décomposées par les intempéries, les minéraux de titane sont parmi les plus résistants. Ils sont concentrés par les intempéries et transportés en aval sous forme de grains de sable et de limon. Finalement, ils sont déposés sous forme de sable le long du littoral d'un continent. C'est là qu'ils sont généralement dragués ou extraits. L'exploitation minière se produit également à l'intérieur des terres où des minéraux de titane ont été déposés pendant des périodes de niveau de la mer plus élevées que ce que nous connaissons aujourd'hui.

Ces sables minéraux lourds pourraient contenir quelques pour cent en poids d'ilménite et d'autres minéraux de titane. Une fois le sable extrait, il est acheminé vers une usine de traitement qui récupère les minéraux contenant du titane. D'autres minéraux précieux pourraient être récupérés en même temps. Ils sont ensuite transformés ou vendus pour la production de titane métallique ou de dioxyde de titane. Le sable est ensuite renvoyé à l'endroit où il a été extrait et la plage est récupérée.

Titane dans les sédiments et les sols des ruisseaux: Une carte montrant l'abondance de titane, sous forme de dioxyde de titane, dans les sédiments et les sols des cours d'eau d'une partie de l'est des États-Unis. Une zone riche en titane correspondant à la province physiographique de Virginia Blue Ridge montre des valeurs de plus de 3% en poids de dioxyde de titane, United States Geological Survey.

Production de titane aux États-Unis

Les États-Unis utilisent plus de minéraux de titane qu'ils n'en produisent actuellement, ce qui en fait un importateur net de titane. Un nombre limité de dragages a eu lieu au large de la côte atlantique de la Floride. Là, les sédiments riverains sont dragués et traités pour éliminer les sables minéraux lourds. L'ilménite est le principal minéral contenant du titane récupéré par cette activité.

L'exploitation terrestre a eu lieu à de nombreux endroits en Virginie. Là, un corps anorthosite contenant de l'ilménite dans la province physiographique de Blue Ridge a été exposé à l'érosion. Les sédiments dérivés de cette érosion peuvent contenir localement quelques pour cent de minéraux lourds en poids, l'ilménite étant le principal minéral contenant du titane. Ces gisements ont été excavés et traités pour éliminer leur contenu minéral lourd. La zone où cette exploitation minière a lieu correspond aux sédiments fluviatiles riches en titane et aux sols échantillonnés, analysés et cartographiés par le National Geochemical Survey (voir la carte jointe).

Pour répondre à ses besoins en titane, les États-Unis importent des concentrés minéraux de titane. Les principaux producteurs de titane comprennent: l'Australie, le Canada, la Chine, le Japon, le Kenya, Madagascar, le Mozambique, la Norvège, la Russie, l'Arabie saoudite, le Sénégal, la Sierra Leone et l'Afrique du Sud.