ذوب تیتانیوم

ماده اولیه برای تولید فلز تیتانیوم عمدتا روتیل است که حاوی بیش از 96 درصد TiO2 است. عدم وجود سنگ معدن روتیل در کشورهایی مانند اتحاد جماهیر شوروی، استفاده از ایلمنیت ساخته شده از "سرباره تیتانیوم بالا" که حاوی حدود 90٪ TiO2 است. در سال های اخیر، به دلیل قیمت روتیل طبیعی و ذخایر رو به کاهش، کشورها تمایل دارند از ایلمنیت ساخته شده از مواد غنی از تیتانیوم، یعنی سرباره تیتانیوم بالا و روتیل مصنوعی استفاده کنند.

تیتانیوم در سال 1791 کشف شد، اما اولین بار برای ساخت تیتانیوم خالص در سال 1910، اواسط بیش از صد سال است. دلیل آن این است: تیتانیوم در دماهای بالا بسیار فعال است، ترکیب آن با اکسیژن، نیتروژن، کربن و سایر عناصر آسان است، برای استخراج تیتانیوم خالص شرایط بسیار سختی نیاز است.

در صنعت معمولاً از تجزیه اسید سولفوریک از دی اکسید تیتانیوم ایلمنیت، دی اکسید تیتانیوم از تیتانیوم فلز تیتانیوم استفاده می شود. درمان اسید سولفوریک غلیظ ایلمنیت (کنسانتره)، واکنش شیمیایی زیر رخ می دهد:

FeTiO3 + 3H2SO4 == Ti(SO4){4}} FeSO4 + 3H2O

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

FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

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

برای حذف ناخالصی Fe2(SO4)3، براده های آهن اضافه می شود و Fe{3}} به Fe{4}} کاهش می یابد، سپس محلول تا زیر 273K خنک می شود و اجازه می دهد FeSO4-7H2O (زاج سبز) به عنوان یک محصول جانبی متبلور شود.

هیدرولیز Ti(SO4)2 و TiOSO4 رسوب سفید متاتیتانات را رسوب داد، واکنش به این صورت بود:

Ti(SO4){1}}H2O == TiOSO4+H2SO4

TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

دی اکسید تیتانیوم از طریق جعل اسید متاتیتانیک تولید می شود:

H2TiO3 == TiO2+H2O

تولید صنعتی فلز تیتانیوم با استفاده از روش احیای حرارتی فلز برای کاهش تتراکلرید تیتانیوم. TiO2 (یا روتیل طبیعی) و مخلوط پودر زغال چوب به 1000 ~ 1100K گرم می شود، کلر می شود و تولید TiCl4، تراکم بخار می شود.

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

کاهش TiCl4 با منیزیم مذاب در آرگون در 1070K اسفنج تیتانیوم متخلخل می دهد:

TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti

این اسفنج تیتانیوم خرد شده، در یک کوره قوس خلاء ذوب می شود و در نهایت به مواد تیتانیوم مختلفی تبدیل می شود.

همچنین می توان واکنش نشان داد: Ti+2I2=TiI4

TiI4 به دست آمده در دمای بالا (حدود 1250 درجه) تجزیه می شود:

TiI4=Ti+2I2

این منجر به میله های تیتانیوم خالص می شود.

خواص و کاربردهای تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم

تیتانیوم خالص یک فلز سفید نقره ای است که خواص بسیار خوبی دارد. چگالی تیتانیوم 4.54 گرم بر سانتی‌متر مکعب است، 43 درصد سبک‌تر از فولاد و کمی سنگین‌تر از فلز سبک معتبر منیزیم. استحکام مکانیکی مشابه فولاد است، دو برابر آلومینیوم، پنج برابر بزرگتر از منیزیم. تیتانیوم در برابر دماهای بالا مقاوم است، نقطه ذوب 1942K، تقریبا 1000K بالاتر از طلا، نزدیک به 500K بالاتر از فولاد.

تیتانیوم به خواص شیمیایی فعال تر فلز تعلق دارد. هنگامی که با O2، N2، H2، S و هالوژن و سایر نقش های غیر فلزی گرم می شود. اما در دمای اتاق، سطح تیتانیوم آسان برای تولید یک لایه بسیار نازک از فیلم محافظ اکسید متراکم است، می تواند در برابر نقش اسیدهای قوی و حتی آبزیان مقاومت کند، مقاومت در برابر خوردگی قوی نشان می دهد. بنابراین فلز عمومی موجود در محلول اسید، قلیایی، نمک پر از سوراخ می شود و تیتانیوم سالم و سالم است.

تیتانیوم مایع می تواند تقریباً تمام فلزات را حل کند، بنابراین می تواند آلیاژهایی با فلزات مختلف ایجاد کند. تیتانیوم به فولاد اضافه می شود تا فولاد تیتانیوم تولید شود که سخت و انعطاف پذیر است. تیتانیوم و فلز Al، Sb، Be، Cr، Fe و غیره برای تولید ترکیبات پرکننده شکاف یا ترکیبات بین فلزی.

آلیاژ تیتانیوم ساخته شده از هواپیما نسبت به سایر فلزات ساخته شده از همان وزن هواپیما بیش از 100 مسافر. ساخته شده از زیردریایی ها، هم مقاومت در برابر خوردگی آب دریا، بلکه مقاومت در برابر فشار عمیق، عمق غواصی آن نسبت به زیردریایی های فولادی ضد زنگ 80٪ افزایش یافته است. در عین حال، تیتانیوم غیر مغناطیسی است، توسط معادن پیدا نمی شود، نقش ضد محافظ بسیار خوبی دارد.

تیتانیوم یک جنس "پروبیوتیک" دارد. در بدن انسان می تواند در برابر خوردگی ترشح و غیر سمی مقاومت کند و با هر روش استریلیزاسیون سازگار است. بنابراین، به طور گسترده ای در تولید تجهیزات پزشکی، تولید مفاصل ران مصنوعی، مفاصل زانو، مفاصل شانه، مفاصل، مفاصل اجباری، جمجمه، دریچه های فعال قلب، گیره های تثبیت استخوان استفاده می شود. هنگامی که حلقه فیبر ماهیچه ای جدید در این "استخوان های تیتانیومی" پیچیده شد، این استخوان های تیتانیومی شروع به حفظ فعالیت های طبیعی بدن انسان کردند.

تیتانیوم به طور گسترده در بدن انسان توزیع می شود و محتوای طبیعی بدن انسان بیش از 15 میلی گرم در هر 70 کیلوگرم وزن بدن نیست و نقش آن هنوز نامشخص است. با این حال، تیتانیوم می تواند فاگوسیت ها را تحریک کند، به طوری که نقش ایمنی تایید شده است.

ترکیبات تیتانیوم و موارد استفاده

ترکیبات مهم تیتانیوم عبارتند از: دی اکسید تیتانیوم (TiO2)، تتراکلرید تیتانیوم (TiCl4) و متاتیتانات باریم (BaTiO3).

دی اکسید تیتانیوم خالص پودر سفید است، یک رنگدانه سفید عالی است، نام تجاری "دی اکسید تیتانیوم" است. هم عملکرد پوششی سفید سرب (PbCO3) و هم عملکرد ماندگار سفید روی (ZnO) را دارد. بنابراین، مردم اغلب دی اکسید تیتانیوم را به رنگ، ساخته شده از رنگ سفید با درجه بالا اضافه می کنند. در صنعت کاغذ به عنوان پرکننده اضافه شده به پارو کاغذ. صنعت نساجی به عنوان عامل تشک برای الیاف مصنوعی.

در صنعت نساجی به عنوان عامل تشک برای الیاف دست ساز. در صنعت شیشه، سرامیک، میناکاری به عنوان یک افزودنی برای بهبود عملکرد آن؛ به عنوان کاتالیزور در بسیاری از واکنش های شیمیایی استفاده می شود. امروزه در صنعت شیمیایی به طور فزاینده ای در حال توسعه است، دی اکسید تیتانیوم و ترکیبات تیتانیوم به عنوان محصولات شیمیایی خوب، دارای ارزش افزوده بالایی است، چشم انداز بسیار جذاب است.

تتراکلرید تیتانیوم یک مایع بی رنگ است. نقطه ذوب 250K، نقطه جوش 409K، با سیستم بوی تحریک کننده. به راحتی در آب یا هوای مرطوب هیدرولیز می شود و دود سفید زیادی از خود خارج می کند.

TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl

بنابراین، TiCl4 در ارتش به عنوان یک عامل دود مصنوعی استفاده می شود، گویی در جنگ های دریایی استفاده می شود. در کشاورزی، مردم از TiCl4 برای تشکیل یک زمین مه غلیظ استفاده می کنند تا از اتلاف گرما از زمین در شب بکاهند و سبزیجات و محصولات زراعی را از آسیب سرما و یخبندان محافظت کنند.

باریم متاتیتانات از ذوب TiO2 و BaCO3 با هم ساخته می شود:

TiO2+BaCO3 == BaTiO3 ten CO2-

BaTiO3 که به طور مصنوعی تولید می شود دارای ثابت دی الکتریک بالایی است، خازن های ساخته شده دارای ظرفیت بیشتری هستند، مهمتر از آن، BaTiO3 دارای "خواص پیزوالکتریک" قابل توجهی است، فشار کریستال جریان، قدرت تولید می کند و شکل را تغییر می دهد. مردم آن را در موج اولتراسونیک قرار می دهند، برای تولید جریان تحت فشار قرار می گیرد، با اندازه گیری قدرت فعلی می توان قدرت اولتراسونیک را اندازه گیری کرد. تقریباً همه ابزارهای اولتراسونیک باید از آن استفاده کنند. با توسعه و استفاده از تیتانات، بیشتر و بیشتر در ساخت قطعات غیر خطی، تقویت کننده های دی الکتریک، اجزای حافظه الکترونیکی کامپیوتر، میکرو خازن ها، مواد آبکاری الکتریکی، مواد هوافضا، مواد مغناطیسی قوی، مواد نیمه هادی، ابزارهای نوری استفاده می شود. ، معرف ها و غیره.

خواص عالی تیتانیوم، آلیاژهای تیتانیوم و ترکیبات تیتانیوم منجر به نیاز فوری به آنها شده است. با این حال، هزینه بالای تولید، کاربرد آنها را محدود کرده است. ما بر این باوریم که در آینده نزدیک، با بهبود مستمر و افزایش فناوری ذوب تیتانیوم، کاربرد تیتانیوم، آلیاژهای تیتانیوم و ترکیبات تیتانیوم توسعه بیشتری خواهد یافت.

محصولات تیتانیوم:

تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم مواد ساختاری بسیار سبک وزن با ارزش کاربردی بسیار مهم و چشم انداز کاربرد گسترده در هوانوردی، هوا فضا، مهندسی خودرو، مهندسی زیست پزشکی و سایر زمینه ها هستند.

انواع: کانونیزاسیون تیتانیوم، تیتانیوم خالص صنعتی، تیتانیوم نوع، تیتانیوم نوع، + -نوع تیتانیوم