الملف المعدني: خصائص وخصائص التيتانيوم

التيتانيوم هو معدن صهر قوي وخفيف الوزن. سبائك التيتانيوم حاسمة لصناعة الطيران ولكن، نظرا لخصائص فريدة من نوعها عديدة، وتستخدم أيضا في التطبيقات الطبية والكيميائية والعسكرية، وكذلك في السلع الرياضية.

الخصائص:

• الرمز الذري: تي
• العدد الذري: 22
• عنصر الفئة: نقل المعادن
• الكثافة: 4. 506 / cm3
• نقطة الانصهار: 3034 درجة فهرنهايت )
• نقطة الغليان: 5949 ° F (3287 ° C)

• صلابة مو: 6

الخصائص:

تعرف سبائك تحتوي على التيتانيوم لقوتها العالية وخفيفة الوزن ومقاومة التآكل الاستثنائية.

على الرغم من كونها قوية مثل الصلب، التيتانيوم هو حوالي 40٪ أخف وزنا، والتي، جنبا إلى جنب مع مقاومته للتجويف والتآكل، يجعل من المعادن الهيكلية الأساسية لمهندسي الفضاء.

التيتانيوم هو أيضا هائل في مقاومته للتآكل من قبل كل من المياه ووسائل الإعلام الكيميائية. وهي تقوم بذلك عن طريق تشكيل طبقة رقيقة من ثاني أكسيد التيتانيوم (تيو 2) على سطحه، وهو أمر يصعب للغاية على هذه المواد أن تخترقه.

وجود معامل مرونة منخفض يعني أن التيتانيوم ليس أيضا مرنا جدا، ولكن يعود إلى شكله الأصلي بعد الانحناء، مما أدى إلى أهميته لتشكيل سبائك الذاكرة.

التيتانيوم غير مغنطيسي ومتوافق حيويا (غير سامة، غير مسبب للحساسية)، مما أدى إلى زيادة استخدامه في المجال الطبي.

التاريخ:

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

في الواقع، لم يتم عزل التيتانيوم كمعدن حتى أنتج الكيميائي الأمريكي ماثيو هنتر ذلك عن طريق الحد من رابع كلوريد التيتانيوم (TiCl4) مع الصوديوم في عام 1910؛ طريقة تعرف الآن باسم عملية هنتر.

ومع ذلك، لم يأت الإنتاج التجاري حتى بعد أن أظهر ويليام جاستن كرول أن التيتانيوم يمكن أيضا أن تخفض من الكلوريد باستخدام المغنيسيوم في 1930s.

لا تزال عملية كرول أهم طريقة الإنتاج التجاري حتى يومنا هذا.

بعد أن تم تطوير طريقة الإنتاج فعالة من حيث التكلفة، وكان أول استخدام الرئيسي التيتانيوم في الطائرات العسكرية. وقد بدأت كل من الطائرات والسواصات العسكرية السوفيتية والأمريكية (مثل غواصات السوفيتي ألف ومايك كلاس و أوساف F100 سوبر صابر و لوكهيد A-12) التي صممت في 1950s و 1960s الاستفادة من سبائك التيتانيوم. بحلول أوائل 1960s، بدأت سبائك التيتانيوم لاستخدامها من قبل الشركات المصنعة للطائرات التجارية كذلك.

أظهر المجال الطبي، وخاصة زرع الأسنان والأطراف الاصطناعية، فائدة التيتانيوم بعد أن أظهرت دراسة الطبيب السويدي بير إنغفار برانيمارك التي يعود تاريخها إلى الخمسينيات من القرن الماضي أن التيتانيوم لا يسبب أي استجابة مناعية سلبية لدى البشر، مما يسمح للمعدن بالاندماج في أجسادنا وهي عملية وصفها أوسوينتغراشيون .

الإنتاج:

على الرغم من أن التيتانيوم هو رابع العناصر المعدنية الأكثر شيوعا في القشرة الأرضية (خلف الألمنيوم والحديد والمغنيسيوم)، فإن إنتاج معدن التيتانيوم حساس للغاية للتلوث، وخاصة بالأكسجين، التنمية والتكلفة العالية.

الخامات الرئيسية المستخدمة في الإنتاج الأولي من التيتانيوم هي إلمينيت، والتي تمثل حوالي 90٪ من الإنتاج، والروتيل، والتي تمثل 10٪ المتبقية.

تم إنتاج حوالي 3 ملايين طن من تركيز المعادن التيتانيوم في عام 2010، على الرغم من أن جزء صغير فقط (حوالي 5٪) من تركيز التيتانيوم ينتج كل عام ينتهي في نهاية المطاف بمعادن التيتانيوم. بدلا من ذلك، يتم استخدام معظم في إنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2)، صبغة تبييض المستخدمة في الدهانات والأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل.

في الخطوة الأولى من عملية كرول، يتم سحق خام التيتانيوم وتسخينها باستخدام فحم الكوك في جو من الكلور لإنتاج رابع كلوريد التيتانيوم (TiCl4). ثم يتم التقاط كلوريد وإرسالها من خلال المكثف، والتي تنتج السائل كلوريد التيتانيوم الذي هو أكثر نقاء 99٪.

ثم يتم إرسال رابع كلوريد التيتانيوم مباشرة إلى الأوعية التي تحتوي على المغنيسيوم المنصهر. من أجل تجنب تلوث الأكسجين، يتم إجراء هذا الخامل من خلال إضافة غاز الأرجون.

خلال عملية التقطير الناتجة، والتي يمكن أن تستغرق عدة أيام، يتم تسخين السفينة إلى 1832 درجة فهرنهايت (1000 درجة مئوية). ويتفاعل المغنيسيوم مع كلوريد التيتانيوم، وتجريد كلوريد وإنتاج التيتانيوم عنصري وكلوريد المغنيسيوم.

ويشار إلى التيتانيوم الليفي الذي ينتج نتيجة لذلك باسم الإسفنج التيتانيوم. لإنتاج سبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم عالية النقاوة، يمكن ذوبان الإسفنج التيتانيوم مع مختلف عناصر السبائك باستخدام شعاع الالكترون، قوس البلازما أو فراغ قوس ذوبان.

على أمل خفض تكاليف استخراج التيتانيوم، لا تزال عمليات التحليل الكهربائي وغيرها من العمليات لإنتاج معدن التيتانيوم يجري بحثها بنشاط.

نظرا لطبيعة الاستراتيجية، يمكن أن يكون من الصعب الحصول على إحصاءات عن إنتاج معدن التيتانيوم. ومع ذلك، يقدر أن إجمالي إنتاج الاسفنج العالمي من التيتانيوم كان حوالي 150 ألف طن في عام 2010. وأكبر البلدان المنتجة هي الصين واليابان وروسيا وكازاخستان والولايات المتحدة. وتشمل منتجي الإسفنج التيتانيوم الكبيرة فسمبو (روسيا)، شركة تيتانيوم ميتالز (الولايات المتحدة الأمريكية)، رتي الدولي. (الولايات المتحدة الأمريكية)، وصناعة فوشون جينمينغ التيتانيوم (الصين)، وشركة لويانغ سونروي واي تيتانيوم (الصين) وشركة أوساكا تيتانيوم للتكنولوجيا (اليابان).

التطبيقات:

سبائك التيتانيوم المعادن تستخدم أساسا في الصناعات التالية:

• الفضاء
• العسكرية
• الطبية
• الكيميائية
• السلع الرياضية

على مدى العقود القليلة الماضية، وقد تحولت الشركات المصنعة على نحو متزايد إلى التيتانيوم كعنصر هيكلي رئيسي. ومنذ أول استخدامات لها في أوائل الستينيات، زاد متوسط ​​محتوى التيتانيوم في شركات طيران بوينغ التجارية من حوالي 2٪ من وزن الجسم إلى حوالي 15٪. المزيد …

المصادر:

تيميت فيديو: عملية كرول.متوفر على الموقع الإلكتروني لرابطة التيتانيوم الدولية: هتب: // ووو. التيتانيوم. أورغ
المسح الجيولوجي الأمريكي: التيتانيوم. هتب: // المعادن. هيئة المسح الجيولوجي الامريكية. غوف / المعادن / الحانات / السلع / التيتانيوم /
فولكان، توم. 2010. التيتانيوم: معدن الآلهة . Hardassetinvestor. كوم.

اتبع تيرينس على Google+