خصائص وخصائص التيتانيوم

ما هو التيتانيوم؟

التيتانيوم هو معدن قوي وخفيف الوزن. تعد سبائك التيتانيوم من العوامل الحاسمة لصناعة الطيران ، ولكن ، بسبب خصائصها الفريدة العديدة ، تُستخدم أيضًا في التطبيقات الطبية والكيميائية والعسكرية ، وكذلك في السلع الرياضية.

الخصائص

• الرمز الذري: Ti
• العدد الذري: 22
• فئة العنصر: المعادن الانتقالية
• الكثافة: 4.506 / سم 3
• نقطة الانصهار: 3034 درجة فهرنهايت (1668 درجة مئوية)
• نقطة الغليان: 5949 درجة فهرنهايت (3287 درجة مئوية)

• صلابة محمد: 6

مميزات

من المعروف أن السبائك التي تحتوي على التيتانيوم تتميز بقوتها العالية وخفة وزنها ومقاومتها للتآكل الاستثنائي.

على الرغم من كونه قويًا مثل الفولاذ ، فإن التيتانيوم يكون وزنه أخف بنسبة 40٪ ، مما يجعله ، إلى جانب مقاومته للتجويف والتعرية ، مادة معدنية أساسية لمهندسي الفضاء.

التيتانيوم هو أيضا هائلة في مقاومته للتآكل من قبل كل من وسائل الإعلام والكيميائية. ويقوم بذلك عن طريق تشكيل طبقة رقيقة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) على سطحه يصعب للغاية اختراق هذه المواد.

إن وجود معامل مرونة منخفض يعني أن التيتانيوم ليس مرنا للغاية ، ولكنه يعود إلى شكله الأصلي بعد الانحناء ، مما يؤدي إلى أهميته في تشكيل سبائك الذاكرة.

التيتانيوم هو غير مغناطيسي ومتوافق حيويًا (غير سام ، وغير مثير للحساسية) ، مما أدى إلى استخدامه المتزايد في المجال الطبي.

التاريخ

استخدام معدن التيتانيوم ، في أي شكل من الأشكال ، وضعت فقط حقا بعد الحرب العالمية الثانية.

في الواقع ، لم يتم عزل التيتانيوم كمعدن حتى أنتج الكيميائي الأمريكي ماثيو هنتر ذلك بخفض رباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl4) بالصوديوم في عام 1910 ؛ طريقة تعرف الآن باسم عملية هنتر.

غير أن الإنتاج التجاري لم يأت إلا بعد أن أظهر ويليام جوستين كرول أن التيتانيوم يمكن أيضًا أن ينخفض ​​من الكلوريد الذي يستخدم المغنسيوم في ثلاثينيات القرن العشرين.

تظل عملية كرول أهم طريقة للإنتاج التجاري حتى يومنا هذا.

بعد تطوير طريقة إنتاج فعالة من حيث التكلفة ، كان أول استخدام رئيسي للتيتانيوم في الطائرات العسكرية. بدأت كل من الغواصات والغواصات العسكرية السوفييتية والأمريكية (مثل الغواصات السوفييتية ألفا ومايك كلاس ، وصاروخ يو إس إف سوبر 100 صابر ولوكهيد أ -12) المصممين في الخمسينات والستينات من القرن العشرين في استخدام سبائك التيتانيوم. وبحلول أوائل الستينات ، بدأت شركات تصنيع الطائرات التجارية في استخدام سبائك التيتانيوم.

استيقظ المجال الطبي ، وخاصة زراعة الأسنان والأطراف الصناعية ، لفائدة التيتانيوم بعد أن أظهرت الدراسات التي أجراها الطبيب السويدي بير إنغفار برانامارك والتي يعود تاريخها إلى خمسينيات القرن العشرين أن التيتانيوم لا يحفز الاستجابة المناعية السلبية لدى البشر ، مما يسمح للمعادن بالاندماج في أجسادنا في عملية يسمى osseointegration .

إنتاج

على الرغم من أن التيتانيوم هو رابع العناصر المعدنية الأكثر شيوعًا في القشرة الأرضية (خلف الألمنيوم والحديد والمغنيسيوم) ، إلا أن إنتاج معدن التيتانيوم حساس للغاية للتلوث ، لا سيما بالأكسجين ، وهو ما يمثل تطورًا حديثًا نسبيًا وتكلفة عالية.

الخامات الرئيسية المستخدمة في الإنتاج الأولي من التيتانيوم هي ilmenite ، والتي تمثل حوالي 90 ٪ من الإنتاج ، و rutile ، والتي تمثل 10 ٪ المتبقية.

تم إنتاج حوالي 6.3 مليون طن من تركيز معدن التيتانيوم في عام 2010 ، على الرغم من أنه لا يوجد سوى جزء صغير (حوالي 5 ٪) من تركيز التيتانيوم ينتج كل عام ينتهي في نهاية المطاف في معدن التيتانيوم. بدلا من ذلك ، يستخدم معظمها في إنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) ، وهو صباغ مبيض يستخدم في الدهانات والأطعمة والأدوية ومستحضرات التجميل.

في الخطوة الأولى من عملية كرول ، يتم تكسير خام التيتانيوم وتسخينه باستخدام فحم الكوك في جو كلور لإنتاج رباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl4). يتم بعد ذلك التقاط كلوريد وإرساله عبر مكثف ، ينتج عنه سائل كلوريد تيتانيوم أكثر نقاءًا بنسبة 99٪.

ثم يتم إرسال رابع كلوريد التيتانيوم مباشرة إلى السفن التي تحتوي على المغنيسيوم المنصهر. من أجل تجنب تلوث الأكسجين ، فإن هذا يجعل خاملًا من خلال إضافة غاز الأرجون.

خلال عملية التقطير الناتجة ، والتي يمكن أن تستغرق عدة أيام ، يتم تسخين الوعاء إلى 1832 درجة فهرنهايت (1000 درجة مئوية). يتفاعل المغنسيوم مع كلوريد التيتانيوم ، ويخرج الكلوريد وينتج عنصري التيتانيوم وكلوريد المغنيسيوم.

يُشار إلى التيتانيوم الليفي الناتج نتيجة لإسفنجة التيتانيوم. لإنتاج سبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم عالية النقاوة ، يمكن إذابة اسفنجة التيتانيوم بعناصر مختلفة من السبائك باستخدام شعاع الإلكترون ، قوس البلازما أو ذوبان الفراغ القوسي.

على أمل تقليل تكاليف استخراج التيتانيوم ، لا تزال الأبحاث الكهربائية وغيرها من العمليات لإنتاج معدن التيتانيوم تبحث بنشاط.

بسبب طبيعتها الاستراتيجية ، يمكن أن يكون من الصعب الحصول على إحصاءات حول إنتاج معدن التيتانيوم. ومع ذلك ، يقدر أن إجمالي إنتاج الإسفنج العالمي من التيتانيوم كان حوالي 150،000 طن في عام 2010. أكبر الدول المنتجة هي الصين واليابان وروسيا وكازاخستان والولايات المتحدة. ومن بين كبار منتجي الإسفنج في التيتانيوم: VSMPO (روسيا) ، Titanium Metals Corp. (الولايات المتحدة الأمريكية) ، RTI Intl. (الولايات المتحدة الأمريكية) ، فوشون جينمينغ صناعة التيتانيوم (الصين) ، لويانغ Sunrui وى تيتانيوم شركة (الصين) وأوساكا تيتانيوم التكنولوجيا المحدودة (اليابان).

تطبيقات

تستخدم سبائك التيتانيوم المعدنية في المقام الأول في الصناعات التالية:

• الفضاء
• الجيش
• طبي
• المواد الكيميائية
• بضائع رياضيه

على مدى العقود القليلة الماضية ، تحول مصنعو الطائرات بشكل متزايد إلى التيتانيوم كمكون هيكلي رئيسي. من الاستخدامات الأولى في أوائل الستينات ، زاد متوسط ​​محتوى التيتانيوم في الخطوط الجوية التجارية لشركة بوينج من حوالي 2٪ من وزن الجسم إلى 15٪ تقريبًا. أكثر من...

مصادر

> TIMET فيديو: عملية كرول. متاح على موقع International Titanium Association: http://www.titanium.org
هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية: تيتانيوم. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
فولكان ، توم. 2010. التيتانيوم: معدن الآلهة . Hardassetinvestor.com.

> اتبع Terence على Google+