טיטניום מאפיינים ומאפיינים

מהו טיטניום?

טיטניום הוא מתכת עקשן וקל משקל. סגסוגות טיטניום הם קריטיים לתעשיית התעופה והחלל, בשל תכונות ייחודיות רבות שלהם, משמשים גם יישומים רפואיים, כימיים וצבאיים, כמו גם מוצרי ספורט.

נכסים

• סמל אטומי: Ti
• מספר אטומי: 22
• אלמנט קטגוריה: מתכת מעבר
• צפיפות: 4.506 / cm3
• נקודת התכה: 3034 ° F (1668 ° C)
• נקודת רתיחה: 5949 ° F (3287 ° C)

• קשיותו של מוה: 6

מאפיינים

סגסוגות המכילות טיטניום ידועים חוזק גבוה שלהם, קל, עמידות בפני קורוזיה יוצאת דופן.

למרות היותו חזק כמו פלדה, טיטניום הוא כ 40% משקל קל יותר, אשר, יחד עם ההתנגדות שלה cavitation ושחיקה, עושה את זה מתכת מבנית חיוני עבור מהנדסים וחלל.

טיטניום הוא גם אדיר בהתנגדות שלה קורוזיה על ידי מים וגם מדיה כימית. היא עושה זאת על ידי יצירת שכבה דקה של דו תחמוצת טיטניום (TiO2) על פני השטח שלה כי הוא מאוד קשה עבור חומרים אלה לחדור.

לאחר מודולוס נמוך של גמישות פירושו טיטניום הוא גם לא מאוד גמיש, אבל חוזר הצורה המקורית שלה לאחר כיפוף, וכתוצאה מכך החשיבות שלה כדי לעצב סגסוגות זיכרון.

טיטניום אינו מגנטי ו biocompible (לא רעיל, לא אלרגני), אשר הובילה את השימוש הגובר שלה בתחום הרפואי.

הִיסטוֹרִיָה

השימוש מתכת טיטניום, בכל צורה שהיא, רק התפתח באמת אחרי מלחמת העולם השנייה.

למעשה, טיטניום לא היה מבודד כמו מתכת עד כימאי אמריקאי מתיו האנטר המיוצר על ידי צמצום tetrachloride טיטניום (TiCl4) עם נתרן בשנת 1910; שיטה הידועה כיום בשם תהליך האנטר.

ההפקה המסחרית, לעומת זאת, לא באה עד אחרי ויליאם ג 'סטין Kroll הראה כי טיטניום יכול גם להיות מופחת כלוריד באמצעות מגנזיום בשנות ה -1930.

תהליך Kroll נשאר שיטת הייצור המסחרי החשוב ביותר עד עצם היום הזה.

לאחר שיטת ייצור חסכונית פותחה, השימוש העיקרי הראשון של טיטניום היה מטוסים צבאיים. גם מטוסי צוללות סובייטיות ואמריקניות וגם צוללות (למשל, הצוללות הסובייטיות אלפא ו- Mike Class ו- F100 Super Saber ו- Lockheed A-12) שתוכננו בשנות החמישים והשישים החלו להשתמש בסגסוגות טיטניום. בתחילת שנות השישים, סגסוגות טיטניום החלו להיות בשימוש על ידי יצרני מטוסים מסחריים גם כן.

השדה הרפואי, בעיקר שתלים דנטליים ותותבות, התעורר לתועלתו של הטיטניום, לאחר שמחקריו של הרופא השבדי פר-אינגוואר ברנמרק, שהופיעו בשנות החמישים, הראו כי טיטניום אינו גורם לתגובה חיסונית שלילית בבני אדם, ומאפשר למתכת להשתלב בגופנו בתהליך אוסהאוטגרציה .

הפקה

על אף שטיטניום הוא האלמנט הרביעי הנפוץ ביותר בקרום כדור הארץ (מאחורי אלומיניום , ברזל ומגנזיום), ייצור מתכת טיטניום הוא רגיש ביותר לזיהום, בעיקר על ידי חמצן, אשר מסביר את הפיתוח האחרון יחסית ואת העלות הגבוהה.

עפרות העיקרי המשמש בייצור העיקרי של טיטניום הם ilmenite, המהווה כ 90% של הייצור, רוטיל, אשר מהווה את 10% הנותרים.

כ 6.3 מיליון טון של מינרל טיטניום להתרכז הופק בשנת 2010, אם כי רק חלק קטן (כ 5%) של טיטניום להתרכז המיוצר כל שנה בסופו של דבר בסופו של דבר מתכת טיטניום. במקום זאת, רובם משמשים לייצור של דו תחמוצת טיטניום (TiO2), פיגמנט הלבנת בשימוש צבעים, מזון, תרופות, קוסמטיקה.

בשלב הראשון של תהליך Kroll, עפרות טיטניום הוא כתוש מחומם עם פחם coking באווירה כלור לייצר tetrachloride טיטניום (TiCl4). הכלוריד נלכד ואז נשלח דרך קונדנסר, אשר מייצרת נוזל כלוריד טיטניום כי הוא יותר 99% טהור.

טיטראכלוריד טיטניום נשלח מכן ישירות לתוך כלי המכילים מגנזיום מותכת. על מנת למנוע זיהום חמצן, זה נעשה אינרטי באמצעות תוספת של ארגון גז.

במהלך תהליך זיקוק כתוצאה, אשר יכול לקחת מספר ימים, הספינה מחומם ל 1832 מעלות (1000 מעלות צלזיוס). מגנזיום מגיב עם כלור טיטניום, הפשטת כלוריד וייצור טיטניום היסודי ומגנזיום כלורי.

טיטניום סיבי המיוצר כתוצאה מכך נקרא ספוג טיטניום. כדי לייצר סגסוגות טיטניום ואת מטילי טיטניום גבוהה טוהר, ספוג טיטניום יכול להימס עם אלמנטים נתוך שונים באמצעות קרן אלקטרונים, קשת פלזמה או ואקום קשת ההתכה.

בתקווה להקטין את עלויות החילוץ של טיטניום, אלקטרוליטי ותהליכים אחרים להפקת מתכת טיטניום להמשיך להיות פעיל מחקר.

בשל האופי האסטרטגי שלה, סטטיסטיקה על ייצור מתכת טיטניום יכול להיות קשה לבוא. עם זאת, ההערכה היא כי סך הייצור בעולם טיטניום ספוג היה כ -150,000 טון בשנת 2010. המדינות המפיקות הגדול ביותר הן סין, יפן, רוסיה, קזחסטן וארצות הברית. גדול טיטניום ספוג המפיקים כוללים VSMPO (רוסיה), טיטניום מתכות קורפ (ארה"ב), RTI Intl. (ארה"ב), Fushun Jinming טיטניום התעשייה (סין), לואיאנג Sunrui Wayi טיטניום ושות '(סין) ו אוסקה טיטניום טכנולוגיה ושות' (יפן).

יישומים

סגסוגות מתכת טיטניום משמשים בעיקר בענפים הבאים:

• חלל
• צבאי
• רְפוּאִי
• כִּימִי
• מוצרי ספורט

במהלך העשורים האחרונים, יצרני מטוסים הפכו יותר ויותר טיטניום כמרכיב מפתח מבניים. מתוך השימושים הראשונים שלה בתחילת שנות ה -60, התוכן הממוצע של טיטניום בחברות התעופה המסחריות של בואינג גדל מכ -2% ממשקל הגוף לכ -15%. יותר...

מקורות

> TIMET וידאו: תהליך Kroll. זמין באתר הבינלאומי טיטניום האגודה: http://www.titanium.org
הסקר הגיאולוגי האמריקאי: טיטניום. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
וולקן, טום. 2010. טיטניום: המתכת של האלים . Hardassetinvestor.com.

> עקוב אחר Terence ב- Google+