Il titanio (sopra una foto di una barra di Titanio puro al 99,9%) viene scoperto nel 1791 in una valle della Cornovaglia (Menachan Valley) dal reverendo inglese William Gregor. Il parroco, un mineralogista dilettante istruito al sacerdozio a Bristol e Cambridge, analizzando la sabbia del fiume Herford nei pressi della sua parrocchia, estrae per mezzo di un magnete una polvere nera (che oggi sappiamo essere l’ilmenite, FeTiO₃), la quale viene trattata con acido cloridrico, eliminando il ferro ed ottenendo un residuo marrone rossastro; questo, a sua volta, è disciolto in acido solforico concentrato, permettendo la produzione dell’ossido impuro di un nuovo elemento. Con un’ulteriore procedura spesso utilizzata per ridurre un minerale a metallo (il minerale polverizzato viene fuso con carbone di legna in polvere), Gregor ottiene un nuovo elemento metallico di scarsa purezza. Il religioso propone di chiamare la polvere magnetica “Menaccanite” (dal nome della sua città, Menachan) oppure “Georgium” in onore del re d’Inghilterra. Nel 1795 il chimico tedesco Heinrich Klaproth, analizzando dei minerali provenienti dall’Ungheria, individua lo stesso ossido studiato da Gregor, ora conosciuto come rutilo (TiO₂); egli dimostra che la “Menaccanite” ed il rutilo sono minerali composti da uno stesso elemento metallico, battezzato “titanio” ispirandosi ai Titani, che secondo la mitologia greca erano i giganti, figli primogeniti della terra e del cielo, costretti a vivere nascosti sotto terra, tra le fiamme.

Processi di produzione.

nella foto sopra minerale di titanio metallico

Lo sviluppo di un processo per la produzione di titanio ad elevata purezza a partire dal minerale richiede oltre un secolo, a causa della tendenza di tale metallo a reagire con ossigeno, idrogeno, carbonio ed azoto, formando soluzioni solide interstiziali. Klaproth, Vauquelin ed Heinrich Rose provano ad isolare l’elemento puro, ma senza successo; nel 1825 J. J. Berzelius mette a punto diversi tipi di titanio elementare amorfo molto impuro; nel 1849 Wöhler prova ad eliminare l’aria dal minerale, ma probabilmente produce il nitruro di titanio; nel 1887 Lars Fredrik Nilson ed Otto Pettersson preparano titanio puro al 95% riducendo il tetracloruro di titanio (TiCl₄) con sodio in un cilindro d’acciaio a tenuta stagna; Moissan utilizza il forno elettrico per ottenere titanio puro al 98%. I due processi fondamentali che permettono di preparare titanio ad elevata purezza vengono sviluppati da Hunter nel 1910 e da Kroll nel 1937. Matthew Hunter ottiene per la prima volta titanio metallico puro al 99.9% tramite il riscaldamento di tetracloruro di titanio con del sodio a 700 – 800°C. William Justin Kroll, un rifugiato tedesco negli Stati Uniti, inventa un processo di magnesio-riduzione, che rende possibile la produzione commerciale del titanio metallico puro. Il processo Kroll, nella sua forma originale o con qualche modifica apportata, è tuttora il metodo principale utilizzato per estrarre titanio metallico dai suoi minerali. Oggigiorno, un altro metodo per ottenere titanio metallico puro è la riduzione elettrolitica del tetracloruro di titanio (processo Dow-Howmet). Il prodotto di riduzione dei tre processi (Hunter, Kroll e Dow-Howmet) è poroso (spugna di titanio) e viene convertito in prodotti metallici di titanio attraverso una sequenza di operazioni di fusione e tramite un appropriato processo di deformazione o di colata.

Applicazioni storiche ed attuali.

la maggior parte dei componenti di un motore aeronautico  sono in Titanio

I primi utilizzi applicativi del titanio (fine anni Trenta) riguardano il settore militare: carri armati, aerei, sommergibili, etc. Gli studi sulle possibili applicazioni, iniziati nel periodo fra le due guerre mondiali, sfociano nel secondo dopoguerra con i primi casi d’uso del titanio nell’industria aeronautica ed aerospaziale; nel 1947 sono solo due al mondo i produttori di titanio (Bureau of Mines ed E.I. Du Pont de Nemours Inc.). Negli anni Cinquanta altri cinque gruppi industriali degli Stati Uniti iniziano a produrre titanio, spinti dalla domanda proveniente soprattutto dal settore aerospaziale: nel 1952 il metallo viene impiegato per le palette ed i dischi del compressore del motore Pratt & Whitney J57. Per gli stessi motivi e per la domanda proveniente dal settore militare, anche in altre parti del mondo (Cina, Giappone, Unione Sovietica) iniziano a svilupparsi industrie del titanio. Dalla seconda metà del XX° Secolo, il suo utilizzo aumenta sempre più (negli anni Sessanta si hanno le prime applicazioni nel settore industriale) perchè le elevate proprietà meccaniche e la bassa densità delle leghe di titanio consentono di realizzare strutture con peso inferiore al 50% di quello delle strutture realizzate con acciai convenzionali. Attualmente, grazie soprattutto all’ottimo rapporto resistenza/peso, il titanio viene usato nelle costruzioni aeronautiche, per la realizzazione di componenti per turbine, motori per jet, strutture aeree, etc. È, inoltre, particolarmente indicato in tutti i casi in cui è richiesta una particolare resistenza alla corrosione; viene anche usato per la fabbricazione di contenitori per rifiuti nucleari, di caldaie e tubazioni per i desalinizzatori per la potabilizzazione dell’acqua marina. Anche nel campo delle costruzioni navali il suo utilizzo è in aumento. In chirurgia medica le leghe di titanio, grazie alla loro ottima biocompatibilità, vengono usate con successo per la realizzazione di valvole cardiache, come rivestimento per apparecchi bioimmersi come i pacemakers, articolazioni per le anche, perni per ossa frantumate, apparecchi acustici, etc.; in chirurgia maxillofacciale queste leghe sono impiegate per la realizzazione di lamine di ricostruzione (pelli artificiali). Inoltre, a seguito del suo successo come materiale di rivestimento per il museo di Guggenheim a Bilbao in Spagna, il titanio viene valutato come materiale architettonico; infine, è utilizzato per fare montature per occhiali, pezzi per automobili, motociclette, biciclette, sci, mazze da golf e racchette da tennis. La particolare applicazione del titanio nel settore automobilistico verrà dettagliatamente discussa in seguito. ( continua)

Il museo Guggenheim di Bilbao ha la facciata in altre di Titanio per la sua straordinaria resistenza alla corrosione