Ti • Ordnungszahl 22
Titan
Titan ist ein silbergraues, leichtes, hochfestes und korrosionsarmes Konstruktionsmetall.
Reines Titan ist dehnbar und ähnlich stark wie Stahl, aber fast um die Hälfte leichter.
Die Hauptverwendung von Titanmetall ist in der Luft- und Raumfahrt, weil es Leichtigkeit mit hoher Festigkeit kombiniert. Wegen seiner Biokompatibilität ist es auch wichtiges Material für medizinische Implantate.
In der Erdkruste ist Titan weit verbreitet.
Das wichtigste Abbauland von Titanerz ist mit Abstand China, gefolgt von Mosambik und Südafrika.
Weltmarktführer für die Produktion von Reintitan und Titanlegierungen ist der russische Konzern VSMPO-AVISMA.
Wegen seiner strategischen Bedeutung in Anwendungen für das Militär, der Luft- und Raumfahrt ist Titan in vielen Ländern, darunter in der EU, ein kritischer Rohstoff.
Eine Verbindung aus Titan und Sauerstoff wurde 1791 vom englischen Chemiker und Mineralogen William Gregor entdeckt und 1795 unabhängig davon vom deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth wiederentdeckt und benannt.
Das Metall wurde erst 1910 vom neuseeländischen Metallurgen Matthew A. Hunter durch Reduktion von Titantetrachlorid mit Natrium in einem luftdichten Stahlzylinder in reiner Form isoliert. Doch der als Hunter-Verfahren bekannte Prozess erwies sich als sehr ineffizient, weswegen das Element lange Zeit keine industrielle Nutzung fand und nur im Labor verwendet wurde.
1938 revolutionierte der luxemburgische Metallurg William Justin Kroll durch Reduktion von Titan(IV)-chlorid mit Magnesium die Titanherstellung. Das nach ihm benannten Kroll-Verfahren wird bis heute verwendet und ermöglichte die kommerzielle Erschließung von Titan.
Die erste Pilotanlage wurde 1944 in Boulder City in den USA errichtet. Die Geburtsstunde der sowjetischen Titanindustrie war das Jahr 1953 mit der Gründung von VSMPO-AVISMA, die heute weltweit führend ist.
Mehr als 95 Prozent der weltweiten Titanerzrohstoffe werden zur Herstellung von Titaniumdioxid für die Herstellung von Pigmenten, die hauptsächlich in Farben, Papier und Kunststoffen verwendet werden.
Der Rest der Titanerze wird zu Titanschwamm weiterverarbeitet, der das Ausgangsmaterial für Titanmetall und Titan-Eisen-Legierungen ist.
Die wichtigsten Branchen für Titanmetall und Titanlegierungen sind die Luft- und Raumfahrt, die rund die Hälfte des Verbrauchs ausmachen. So wird Titan in Raketen der NASA und SpaceX eingesetzt. In Militärjets und Kampf-U-Booten sind Titanlegierungen ebenfalls von Bedeutung
Aufgrund der Biokompabilität ist Titan ein wichtiges Material für die Medizintechnik: von künstlichen Hüft- und Kniegelenken über Zahnimplantate und Herzschrittmachergehäusen bis hin zu chirurgischen Instrumenten.
In der chemischen Industrie wird Titan wegen seiner hohen Korrosionsbeständigkeit in Rohrleitungen und Behältern für aggressive Chemikalien verwendet.
Die Autoindustrie ist ein weiterer Verbraucher von Titanmaterialien, insbesondere in Hochleistungsmotorien und im Motorsport.
Weitere Anwendungen findet das leichte, aber sehr starke Material in Sportartikeln, Brillengestellen sowie in der Architektur und in Schmuck.
Die beiden wichtigsten kommerziellen Mineralien sind Ilmenit und Rutil. Natürliches Rutil ist mit einem 95-prozentigem Gehalt von Titandioxid deutlich reiner als Ilmenit, dessen Verarbeitung mehr Verfahrensschritte und den Einsatz von umweltschädlichen Chemikalien erfordert. Dennoch dominiert der Abbau von Ilmenit aus Schwersand mit einem Anteil von 90 Prozent die Förderung von Titanerz.
China ist der größte Produzent von Titanerzen aus Ilmenit, gefolgt von Mosambik und Südafrika.
Australien ist der größte Förderer von Rutil, gefolgt von Südafrika.
Über 95 Prozent von Titanmineral geht in die Titandioxid-Herstellung. Der Rest wird für die Produktion von Legierung und Titanmetall genutzt.
Die Herstellung von reinem Titan ist aufgrund seiner Reaktivität schwierig. Titan kann nicht durch die übliche Methode der Reduktion des Oxids mit Kohlenstoff gewonnen werden, da leicht ein sehr stabiles Carbid entsteht und das Metall zudem bei erhöhten Temperaturen stark mit Sauerstoff und Stickstoff reagiert. Daher wurden spezielle Verfahren entwickelt, die Titan nach 1950 von einer Laborkuriosität zu einem wichtigen kommerziell produzierten Konstruktionsmetall machten.
Die globale Jahresproduktion von Titanschwamm, dem Vorprodukt für Titanmetall beläuft sich auf etwa 320.000 Tonnen, während die jährlich Titandioxidproduktion fast 10 Millionen Tonnen erreicht. Bei der Herstellung von Titanschwamm ist China mit 60 Prozent des Weltmarkts führend, gefolgt von Russland, Japan und Kasachstan.
Der größte Einzelproduzent von Titanschwamm ist Pangang aus Sichuan, China. Der japanische Hersteller Toho Titanium und das kasachische Unternehmen Ust-Kamnogorsk sind weitere wichtige Player.
Saudi-Arabien und Indien sind bislang kaum relevante Hersteller, haben aber Pläne ihre Titanschwamm-Produktion deutlich auszubauen.
Nur wenige Werkstoffe verfügen über das Verhältnis von Festigkeit und Gewicht sowie die Korrosionsbeständigkeit von Titanmetall. In hochfesten Anwendungen konkurriert Titan mit Aluminium, Verbundwerkstoffen, intermetallischen Verbindungen, Stahl und Superlegierungen. Aluminium, Nickel, Spezialstähle und Zirkoniumlegierungen können Titan in Anwendungen ersetzen, die Korrosionsbeständigkeit erfordern.
Gemahlenes Calciumcarbonat, gefälltes Calciumcarbonat, Kaolin und Talkum konkurrieren mit Titandioxid als Weißpigment.
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