התכת טיטניום

חומר הגלם לייצור מתכת טיטניום הוא בעיקר רוטיל, המכיל יותר מ-96% TiO2. חוסר במדינות עפרות רוטיל, כמו ברית המועצות, שימוש באילמניט העשוי מ"סיגי טיטניום גבוה", המכיל כ-90% TiO2. בשנים האחרונות, עקב מחיר הרוטיל הטבעי והידלדלות הרזרבות, מדינות נוטות להשתמש באילמניט העשוי מחומרים עשירים בטיטניום, כלומר סיגים גבוהים בטיטניום וברוטיל מלאכותי.

טיטניום התגלה בשנת 1791, אך הפעם הראשונה לייצור טיטניום טהור היא בשנת 1910, באמצע יותר ממאה שנים. הסיבה היא: טיטניום פעיל מאוד בטמפרטורות גבוהות, קל לשלב אותו עם חמצן, חנקן, פחמן ושאר יסודות, כדי להפיק טיטניום טהור צריך תנאים קשים מאוד.

בתעשייה נעשה שימוש נפוץ בפירוק חומצה גופרתית של אילמניט טיטניום דו חמצני, טיטניום דו חמצני מטיטניום מתכת טיטניום. טיפול בחומצה גופרתית מרוכזת באילמניט טחון (תרכיז), התגובה הכימית הבאה מתרחשת:

FeTiO3 + 3H2SO4 == Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2O

FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O

FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O

על מנת להסיר את הטומאה Fe2(SO4)3, מוסיפים סתימות ברזל ו-Fe3+ מופחת ל-Fe2+, ואז התמיסה מתקררת מתחת ל-273K, מה שמאפשר FeSO4-7H2O (אלום ירוק) להתגבש כתוצר לוואי.

ההידרוליזה של Ti(SO4)2 ו-TiOSO4 זירזה משקע לבן של מטאטיטנט, התגובה הייתה:

Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4

TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

טיטניום דו חמצני מיוצר על ידי חישול חומצה מטאטית:

H2TiO3 == TiO2+H2O

ייצור תעשייתי של מתכת טיטניום בשיטת הפחתת תרמית מתכת להפחתת טיטניום טטרכלוריד. TiO2 (או רוטיל טבעי) ותערובת אבקת פחם מחומם ל 1000 ~ 1100K, הכלרה, ולהפוך את הדור של TiCl4, עיבוי אדים.

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-

הפחתת TiCl4 עם מגנזיום מותך בארגון ב-1070K נותן ספוג טיטניום נקבובי:

TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti

ספוג טיטניום זה נמעך, נמס בכבשן קשת ואקום ולבסוף הופך לחומרי טיטניום שונים.

אפשר גם להגיב: Ti+2I2=TiI4

ה-TiI4 המתקבל מפורק בטמפרטורה גבוהה (בסביבות 1250 מעלות):

TiI4=Ti+2I2

זה מביא למוטות טיטניום טהורים.

מאפיינים ושימושים של טיטניום וסגסוגות טיטניום

טיטניום טהור היא מתכת לבנה-כסופה, בעלת תכונות מצוינות רבות. הצפיפות של טיטניום היא 4.54 גרם/סמ"ק, קלה ב-43% מפלדה, ומעט יותר כבדה ממגנזיום המתכת הקלה היוקרתית. חוזק מכני דומה לפלדה, גדול פי שניים מאלומיניום, גדול פי חמישה ממגנזיום. טיטניום עמיד לטמפרטורות גבוהות, נקודת התכה של 1942K, גבוהה בכמעט 1000K מזהב, בכמעט 500K יותר מפלדה.

טיטניום שייך לתכונות הכימיות הפעילות יותר של המתכת. כאשר מחומם עם O2, N2, H2, S והלוגנים ותפקיד לא מתכתי אחר. אבל בטמפרטורת החדר, משטח טיטניום קל ליצור שכבה דקה מאוד של סרט מגן תחמוצת צפוף, יכול להתנגד לתפקיד של חומצות חזקות ואפילו אקווה רג'יה, מראה עמידות בפני קורוזיה חזקה. לכן, המתכת הכללית בתמיסת החומצה, האלקלי, המלח הופכת מלאת חורים וטיטניום בטוח ומוגן.

טיטניום נוזלי יכול להמיס כמעט את כל המתכות, כך שהוא יכול ליצור סגסוגות עם מגוון מתכות. טיטניום מתווסף לפלדה כדי לייצר פלדת טיטניום, שהיא קשיחה וגמישה. טיטניום ומתכת Al, Sb, Be, Cr, Fe וכו' ליצירת תרכובות מילוי פערים או תרכובות בין-מתכתיות.

סגסוגת טיטניום עשויה ממטוסים מאשר מתכות אחרות העשויות מאותו משקל של המטוס יותר מ-100 נוסעים. עשוי מצוללות, גם עמידות בפני קורוזיה של מי ים, אבל גם עמידות בלחץ עמוק, עומק הצלילה שלו מאשר צוללות נירוסטה גדל ב-80%. יחד עם זאת, טיטניום אינו מגנטי, לא יימצא על ידי מוקשים, יש לו תפקיד אנטי-שומר טוב מאוד.

לטיטניום יש מין "פרו-ביוטי". בגוף האדם, הוא יכול לעמוד בפני קורוזיה של הפרשה ולא רעיל, והוא מותאם לכל שיטת עיקור. לכן, הוא נמצא בשימוש נרחב בייצור ציוד רפואי, ייצור מפרקי ירך מלאכותיים, מפרקי ברכיים, מפרקי כתפיים, מפרקים, מפרקי כפייה, גולגולת, מסתמי לב פעילים, קליפסים לקיבוע עצם. כאשר טבעת סיבי השריר החדשה עטופה ב"עצמות הטיטניום" הללו, עצמות הטיטניום הללו החלו לשמור על הפעילות התקינה של גוף האדם.

טיטניום מופץ באופן נרחב בגוף האדם, ותכולת גוף האדם הרגילה אינה עולה על 15 מ"ג לכל 70 ק"ג ממשקל הגוף, ותפקידו עדיין לא ברור. עם זאת, טיטניום יכול לעורר פגוציטים, כך שתפקיד החסינות אושר.

תרכובות ושימושים של טיטניום

תרכובות טיטניום חשובות כוללות: טיטניום דו-חמצני (TiO2), טיטניום טטרכלוריד (TiCl4), ובריום מטאטיטנאט (BaTiO3).

טיטניום דו חמצני טהור היא אבקה לבנה, היא פיגמנט לבן מצוין, השם המסחרי "טיטניום דו חמצני". יש לו גם את ביצועי הכיסוי של לבן עופרת (PbCO3) וגם את הביצועים המתמשכים של לבן אבץ (ZnO). לכן, לעתים קרובות אנשים מוסיפים טיטניום דו חמצני בצבע, עשוי צבע לבן בדרגה גבוהה; בתעשיית הנייר כחומר מילוי שנוסף למשוט הנייר; תעשיית הטקסטיל כחומר מחצלת לסיבים מלאכותיים.

בתעשיית הטקסטיל כחומר מחצלת לסיבים מעשה ידי אדם; בתעשיית הזכוכית, הקרמיקה, האמייל כתוסף לשיפור הביצועים שלה; משמש כזרז בתגובות כימיות רבות. בתעשייה הכימית מתפתחת היום יותר ויותר, טיטניום דו חמצני ותרכובות טיטניום כמוצרים כימיים משובחים, יש ערך מוסף גבוה, הסיכוי הוא מאוד אטרקטיבי.

טיטניום טטרכלוריד הוא נוזל חסר צבע; נקודת התכה של 250K, נקודת רתיחה של 409K, עם מערכת של ריח מעורר. קל לבצע הידרוליזה במים או באוויר לח ופולט הרבה עשן לבן.

TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl

לכן, TiCl4 משמש בצבא כחומר עשן מלאכותי, כאילו נעשה בו שימוש בלוחמה ימית. בחקלאות, אנשים משתמשים ב-TiCl4 כדי ליצור קרקע ערפל צפופה כדי להפחית את אובדן החום מהאדמה בלילה, וכדי להגן על ירקות ויבולים מנזקי הקור והכפור.

בריום metatitanate נוצר על ידי המסת TiO2 ו- BaCO3 יחד:

TiO2+BaCO3 == BaTiO3 ten CO2-

ל-BaTiO3 המיוצר באופן מלאכותי יש קבוע דיאלקטרי גבוה, עשוי מקבלים בעלי קיבולת גדולה יותר, חשוב מכך, ל-BaTiO3 יש "תכונות פיזואלקטריות" משמעותיות, הלחץ הגבישי יפיק זרם, כוח, וישנה צורה. אנשים מכניסים אותו לגל קולי, הוא בלחץ כדי לייצר זרם, על ידי מדידת עוצמת הזרם ניתן למדוד חוזק קולי. כמעט כל המכשירים האולטראסוניים צריכים להשתמש בו. עם הפיתוח והניצול של טיטנאט, הוא נמצא בשימוש נרחב יותר ויותר בייצור של רכיבים לא ליניאריים, מגברים דיאלקטריים, רכיבי זיכרון מחשבים אלקטרוניים, מיקרו-קבלים, חומרי ציפוי אלקטרוני, חומרי תעופה וחלל, חומרים מגנטיים חזקים, חומרים מוליכים למחצה, מכשירים אופטיים , ריאגנטים וכן הלאה.

התכונות המצוינות של טיטניום, סגסוגות טיטניום ותרכובות טיטניום הובילו לצורך דחוף בהן. עם זאת, עלות הייצור הגבוהה הגבילה את היישום שלהם. אנו מאמינים שבעתיד הקרוב, עם שיפור ושיפור מתמיד של טכנולוגיית התכת טיטניום, היישום של טיטניום, סגסוגות טיטניום ותרכובות טיטניום יהיה מפותח יותר.

מוצרי טיטניום:

טיטניום וסגסוגות טיטניום הם חומרים מבניים קלי משקל חשובים ביותר עם ערך יישום חשוב מאוד ואפשרויות יישום רחבות בתעופה, תעופה וחלל, הנדסת רכב, הנדסה ביו-רפואית ותחומים אחרים.

סוגים: קנוניזציה של טיטניום, טיטניום טהור מבחינה תעשייתית, טיטניום מסוג -טיטניום, טיטניום מסוג + -טיטניום