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Titanio

El elemento titanio (Ti) es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre y es el cuarto elemento metálico más abundante.

El titanio es el número 22 en la tabla periódica, tiene un peso atómico de 47.90 y está representado por el símbolo “Ti”. El elemento en sí se encuentra en las formas de rutilo e ilmenita en la arena de la playa. Hoy en día, el rutilo generalmente se extrae en Australia y Sudáfrica.

🤔 ¿Cómo se produce el titanio?

Para producir el metal, el rutilo se combina con coque o alquitrán y cloro gaseoso y luego se aplica calor creando tetracloruro de titanio (TiCl 4). El TiCl 4 se convierte luego a través de un proceso químico en un producto de “esponja” que luego se funde en forma de lingote. El titanio se funde mediante el proceso de remoción de arcos al vacío (VAR) o mediante la utilización de un proceso de horno de horno frío. Si el grado de titanio que se está fundiendo es un grado “aleado”, los agentes de aleación se agregan durante el proceso de compactación. Luego, el lingote se procesa en varias formas de productos de molino utilizando equipo estándar para trabajar metales.

💰 Precio del Titanio

A pesar de que es el séptimo metal más abundante y el noveno elemento más abundante en general. Casi todas las piezas de roca ígnea lo contienen, pero no es fácil de extraer. De hecho, se descubrió en 1791, pero 119 años más tarde, en 1910, cuando Matthew Hunter del Instituto Politécnico de Rensselaer pudo producir el metal puro. Y otros 20 años tuvieron que pasar antes de que William Kroll pudiera idear un proceso que permitiera la producción a gran escala. El proceso de Kroll todavía se utiliza hoy en día para la producción comercial.

A continuación se muestra el precio histórico de titanio por tonelada métrica.

AñoPrecioPrecio AjustadoVariación
2018480048000.14
201741504249.60.01
201641004294.96-0.27
201552005572.56-0.17
201461006543.58-0.11
201367507356.7-0.24
201283809270.20.11
201174608425.770.04
201071908380.68-0.13
200981309627.97-0.08
2008880010379.73-0.33
20071170014324.74-0.43
20061670021018.920.14
20051440018704.070.34
2004949012745.60.31
200365208993.16-0.12
2002727010258.280
2001726010408.08-0.13
2000824012143.79-0.11
1999917013973.88-0.05
1998966015044.43-0.02
1997981015522.490

Historial de Precios del Titanio

Hay dos formas de calcular el precio de este metal. La mayor parte del mineral de titanio (95% para ser exactos) se utiliza para crear dióxido de titanio (TiO2), que es un pigmento blanco que se usa como aditivo o recubrimiento. Por lo tanto, una forma de determinar el precio del metal es verificar cuánto cuesta el TiO2. Para 2016, Chemours, el mayor productor de TiO2 del mundo, elevó el precio de sus pigmentos a $ 150 por tonelada métrica. Y otros productores han seguido su ejemplo.

Luego está el metal en sí mismo. Mientras que, al igual que otros productos, está sujeto a movimientos de precios, cuando se ajusta a la inflación, el precio generalmente ha tendido a la baja. A partir de enero de 2016, el precio es de $ 3,750 por tonelada métrica. El precio en 2005 fue de $ 21,000 por tonelada.

El titanio como inversión

Como inversión, el titanio se asocia con tecnología de punta. En otras palabras, a medida que el mundo avanza, también lo hace la demanda de este metal de alta tecnología.

La mejor manera de invertir en titanio es comprar y comercializar acciones en compañías que extraen el metal o lo utilizan para producir sus productos. Esta lista también incluirá las compañías que producen TiO2. Mantener estas acciones significa que anticipa una mayor demanda de industrias como la aeronáutica para productos hechos de este metal.

También es posible que compre acciones en fondos cotizados en bolsa. Todos los ETFs que tratan con titanio también tratan con otros metales como el oro o el cobre, por lo que el valor de estas acciones no igualará el precio del titanio solo.

✅ Características del titanio

Las aleaciones que contienen titanio son conocidas por su alta resistencia, peso ligero y excepcional resistencia a la corrosión.

A pesar de ser tan fuerte como el acero, el titanio es un 40 por ciento más liviano en peso, lo que, junto con su resistencia a la cavitación y la erosión, lo convierte en un metal estructural esencial para los ingenieros aeroespaciales.

El titanio también es formidable en su resistencia a la corrosión tanto por el agua como por los medios químicos. Lo hace formando una capa delgada de dióxido de titanio (TiO2) en su superficie que es extremadamente difícil para que estos materiales penetren.

El titanio tiene un módulo de elasticidad bajo, lo cual significa que el titanio no solo es muy flexible, sino que vuelve a su forma original después de doblarse.

Debido a que el titanio, cuando se expone al oxígeno, crea una capa de cerámica como la película de óxido, se presta a aplicaciones en las que la resistencia a la corrosión y la erosión son una preocupación. En caso de que el metal se raye, siempre que esté expuesto al oxígeno, el arañazo se volverá a sellar con la película de óxido.

Usos del titanio

Las características metalúrgicas del titanio lo convierten en el metal de elección para muchas aplicaciones diversas, incluyendo productos aeroespaciales, industriales, de procesos químicos, marinos, médicos, deportivos y de consumo. La aplicación original para este metal fue en la industria aeroespacial militar específicamente debido a sus eficiencias en cualidades estructurales, resultado de la resistencia y densidad del titanio. La densidad del titanio varía según el grado y varía de .160 lb / in3 a .175 lb / in3.

A pesar de la fama del titanio metálico y las aleaciones, el metal se utiliza principalmente para el pigmento de dióxido de titanio (TiO2). Es intensamente blanco y muy opaco, y como tal, alrededor del 80% del consumo de TiO2 es para pinturas, barnices, papel y plásticos. También se usa en esmaltes, esmaltes, tintas, fibras, cosméticos, productos farmacéuticos e incluso en alimentos. La mayoría de las marcas de pasta de dientes contienen TiO2.

Debido a que es altamente refractivo y resistente a los rayos UV, se usa como pintura y como revestimiento para plásticos porque resiste la decoloración. Esta resistencia a los rayos UV también lo convierte en un ingrediente común para los filtros solares.

Y debido a que agregan resistencia a materiales como el grafito, también se usan para equipos deportivos de alta calidad. Algunos palos de golf y cañas de pescar están recubiertos con TiO2.

Luego están las aleaciones, que contienen otros metales como aluminio, acero y acero inoxidable. Estas aleaciones tienen una alta resistencia a la corrosión, la fatiga, el agrietamiento y las altas temperaturas. Estos atributos los hacen ideales para aplicaciones militares de alto estrés, incluyendo aeronaves, barcos navales, misiles y naves espaciales.

Se utilizan para componentes críticos, como el tren de aterrizaje, los sistemas hidráulicos y los ductos de escape de los helicópteros. Se encuentran en los ejes de las hélices de los barcos porque son resistentes a la corrosión en el agua salada, y esa es la misma razón por la que se utilizan para acuarios de agua salada, líneas de pesca e incluso cuchillos para buceadores. Algunos submarinos están incluso hechos con esta aleación.

Estas aleaciones también tienen un amplio uso en entornos industriales. Se utilizan para tuberías y para equipos de proceso debido a su capacidad para resistir sustancias corrosivas.

La industria automotriz también hace uso de estas aleaciones, ya que ofrecen resistencia sin la pérdida de peso que puede reducir la eficiencia y la velocidad del combustible. Dado que el metal es caro, solo se usa para los modelos de alta gama y alto rendimiento. El metal se puede encontrar en los escapes y en las válvulas de admisión.

Incluso algunos equipos deportivos usan estas aleaciones. Aparte de los clubes de golf, tienes raquetas de tenis y palos para hockey, cricket y lacrosse. Las bicicletas de carreras también utilizan estas aleaciones para sus cuadros.

También se usa para joyería, especialmente para aquellos que son alérgicos a los metales o que usan sus joyas en lugares como piscinas. Estos también se usan para cajas de relojes, porque son duraderos, resistentes a la abolladura y la corrosión, y muy ligeros.

Finalmente, se utiliza para implantes dentales y biomédicos. Es el metal más biocompatible de todos. No reacciona ni se corroe cuando entra en contacto con fluidos corporales.

Biocompatibilidad del titanio

El titanio es no magnético y biocompatible (no tóxico, no alergénico), lo que ha llevado a su uso creciente en el campo médico. El metal se usa ampliamente en el cuerpo humano, como implantes de cadera y rodilla, casos de marcapasos, implantes dentales y placas craneofaciales para nombrar algunas aplicaciones médicas específicas.

Otras propiedades que hacen del titanio un “metal de elección” es su “apariencia” única, el hecho de que no es magnético, tiene la capacidad de mantener la resistencia a altas temperaturas y tiene un punto de fusión relativamente alto. Además de una alta relación resistencia / peso, la resistencia a la corrosión en muchos entornos oxidantes, como el agua salobre y salada, y la biocompatibilidad incluyen su bajo módulo de elasticidad que le da flexibilidad y buena conductividad térmica.

⚛ Propiedades

  • Número atómico (número de protones en el núcleo): 22
  • Símbolo atómico (en la tabla periódica de elementos): Ti
  • Peso atómico (masa media del átomo): 47.867
  • Densidad: 4.5 gramos por centímetro cúbico
  • Fase a temperatura ambiente: Sólido
  • Punto de fusión: 3.034,4 grados Fahrenheit (1,668 grados Celsius)
  • Punto de ebullición: 5,948.6 F (3,287 C)
  • Número de isótopos: 18; cinco son estables
  • Isótopos más comunes: Titanio-46, Titanio-47, Titanio-48, Titanio-49 y Titanio-50.

⚗ Dióxido de titanio

El dióxido de titanio (TiO2), también llamado óxido de titanio (IV) o titania, es el óxido natural del titanio. Un pigmento blanco, dióxido de titanio se usa en pinturas (como titanio blanco o pigmento blanco 6) y protector solar debido a su capacidad para refractar la luz y absorber los rayos ultravioleta.

Según el estudio geológico de los Estados Unidos, el 95 por ciento del titanio extraído se convierte en pigmentos de dióxido de titanio, y el 5 por ciento restante se destina a la fabricación de productos químicos, metales, carburos y recubrimientos.

El dióxido de titanio también se usa comúnmente en medicina, cosméticos y pasta de dientes, y se usa cada vez más como aditivo alimentario (como E171) para blanquear productos o hacer que se vean más opacos. Algunos de los productos alimenticios más comunes con E171 agregado incluyen glaseado, chicle, malvaviscos y suplementos.

Restricciones sobre el uso de dióxido de titanio

No hay restricciones sobre el uso de dióxido de titanio en productos alimenticios. Sin embargo, un nuevo estudio en ratones, publicado en la revista Gut, muestra que las partículas de dióxido de titanio pueden ser muy dañinas para los intestinos de las personas con ciertas enfermedades inflamatorias del intestino.

Investigadores de la Universidad de Zurich en Suiza encontraron que cuando las células intestinales absorben las partículas de dióxido de titanio, la mucosa intestinal de los ratones que tenían colitis se inflamó y dañó, según el comunicado de prensa del estudio.

Las enfermedades inflamatorias del intestino, como la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerativa, han aumentado en los países occidentales durante muchos años. Estas condiciones se caracterizan por una reacción autoinmune extrema a la flora intestinal. Varios factores juegan un papel en el desarrollo de la enfermedad, incluidos los factores genéticos y ambientales, como el estilo de vida y la nutrición. Ahora, los investigadores suizos han descubierto que las nanopartículas de dióxido de titanio, que se encuentran comúnmente en la pasta de dientes y en muchos productos alimenticios, pueden exacerbar esta reacción inflamatoria en un grado aún mayor.

Además, se pueden encontrar concentraciones más altas de partículas de dióxido de titanio en la sangre de pacientes con colitis ulcerosa. Esto significa que estas partículas pueden ser absorbidas de los alimentos en ciertas condiciones de la enfermedad, explican los investigadores en el comunicado de prensa.

Aunque los hallazgos aún no se han confirmado en humanos, los investigadores sugieren que los pacientes con colitis deben evitar la ingestión de partículas de dióxido de titanio.

👩‍🔬 La investigaciones recientes

El dióxido de titanio tenía una gran variedad de funciones en el mundo tecnológico, desde aplicaciones de células solares hasta sensores biocompatibles, dijo Jay Narayan, científico de materiales de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

En 2012, Narayan y sus colegas informaron una manera de “ajustar” el dióxido de titanio, personalizándolo para aplicaciones particulares. Este material viene en dos estructuras cristalinas, llamadas “rutilo” y “anatasa”, cada una de las cuales tiene sus propias propiedades y funciones. Por lo general, al dióxido de titanio le gusta estar en la fase de anatasa por debajo de 932 F (500 C) y se transforma en la fase de rutilo a temperaturas más altas.

Narayan y sus colegas cultivaron el dióxido de titanio cristal por cristal y los alinearon en una plantilla hecha de trióxido de titanio, ya que pudieron establecer la fase del material como rutilo o anatasa a temperatura ambiente, informaron en junio de 2012 en la revista Applied Letras de Física. En un salto aún mayor, los investigadores pudieron integrar este dióxido de titanio en chips de computadora.

“El óxido de titanio también es un muy buen material de sensor, por lo que si se integra con un chip de computadora, actúa como un sensor inteligente”, dijo Narayan a Live Science. Como el sensor es parte del chip, el dispositivo puede responder de manera más rápida y eficiente que si el sensor estuviera separado y tuviera que estar conectado a la parte de cómputo del dispositivo.

Narayan dijo que llevar el producto al mercado requerirá que los costos de fabricación bajen, pero el dióxido de titanio “sintonizable” también tiene otra promesa. Al destellar el material con pulsos de láser de alta potencia, los investigadores pueden crear pequeños defectos, llamados vacantes de oxígeno, donde el material carece de moléculas de oxígeno. El material se puede usar para dividir el agua (H2O) robando el oxígeno y dejando hidrógeno, que luego se puede usar para hacer combustible de hidrógeno.

Energía barata y limpia

“Esta es una fuente de energía barata y limpia”, dijo Narayan. Los nuevos métodos de fabricación e ingeniería están expandiendo los usos del titanio. La Oficina de Investigación Naval anunció en 2012 que se utilizaría un nuevo método de soldadura de titanio para producir un casco de barco de tamaño completo; La construcción es un gran avance, según la Armada, porque el titanio suele ser demasiado caro y difícil de fabricar para la construcción naval. El nuevo método, llamado soldadura por fricción, usa un pasador metálico giratorio para fundir parcialmente los bordes de dos piezas de titanio.

En medicina, los implantes de titanio se usan para reemplazar o estabilizar el hueso roto. Los implantes de titanio diminutos se utilizan incluso para mejorar la audición en personas con sordera. Una barra de titanio con forma de tornillo se perfora en el cráneo detrás de la oreja y se conecta a una unidad externa de procesamiento de sonido. La unidad externa capta sonidos y transmite la vibración a través del implante de titanio hacia el oído interno, evitando cualquier problema en el oído medio.

En 2010, los investigadores anunciaron el desarrollo de “Tifoam”, una estructura de espuma de poliuretano saturada con polvo de titanio. De acuerdo con un estudio realizado en 2013 sobre el material en la revista Acta Biomaterialia, la estructura porosa imita al hueso humano y permite que las células óseas humanas penetren y se fundan con el implante a medida que la persona sana.

 

Fuentes:

TIMET Video: The Kroll Process. Available on the International Titanium Association website: http://www.titanium.org
The US Geological Survey: Titanium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
Vulcan, Tom. 2010. Titanium: The Metal of the Gods. Hardassetinvestor.com.

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