تیتانیوم چیست؟
دسترسی سریع به محتوای این مطلب
بشر همواره در تلاش بوده تا بتواند ساخته های دست خود را بهبود دهد و به بهترین کیفیت و کارایی برساند. در این راستا، از مواد و عناصر مختلفی استفاده کرده و آلیاژهای گوناگونی را ایجاد کرده است. یکی از عناصری که نقش موثری در رسیدن به این هدف ایفا کرد، تیتانیوم است. در این مطلب قصد داریم به این سوال پاسخ دهیم که تیتانیوم چیست و چه ویژگی ها و کاربردهایی دارد. پیشنهاد می کنیم ادامه مطلب را از دست ندهید.
فایل صوتی
عنصر تیتانیوم چیست؟
تیتانیوم (Titanium) که با نماد Ti نمایش داده می شود، یکی از فلزات واسطه براق است که با عدد اتمی 22، در جدول تناوبی عناصر جای دارد. این فلز در اواخر قرن هجدهم میلادی و توسط فردی به نام «ویلیام گرگور» بریتانیایی کشف شد؛ اما همچنان تا قرن 20 میلادی استفاده چندانی نداشت. این موضوع بیشتر به دلیل ویژگی های کمتر شناخته شده تیتانیوم تا آن زمان بود.
تیتانیوم یکی از عناصر فراوان پوسته زمین است و به دلیل ویژگی های متعددی که داراست، مصارف گوناگونی دارد. از این فلز و آلیاژهای آن به طور گسترده در صنایع حساس همچون ساخت توربین، موشک، موتور و بدنه هواپیما، خودروهای لوکس یا فرمول یک و … استفاده می شود. اما چه ویژگی هایی موجب چنین کاربرد گسترده ای برای این عنصر شده است؟ خواص تیتانیوم چیست؟
ویژگی های عنصر تیتانیوم
تیتانیوم به عنوان فلزی شناخته می شود که با وجود داشتن وزن کم، استحکام بسیار مناسبی دارد. این فلز در برابر خوردگی مقاومت خوبی از خود نشان می دهد. دلیل این موضوع، ایجاد یک لایه اکسید نازک بر سطح آن است.
عنصر تیتانیوم نسبت به بسیاری از فلزات، رسانایی گرمایی و الکتریکی پایین تری دارد؛ همچنین دمای ذوب بالایی دارد و تا 1600 درجه سانتی گراد نیز مقاوم است. یکی از دلایل کاربرد تیتانیوم در محصولات مختلف و حساس، همین ویژگی ها هستند.
موضوع دیگری که به استفاده از تیتانیوم در صنایع مختلف کمک می کند، خاصیت چکش خواری آن است. این قابلیت موجب شده تا تغییر شکل این فلز به حالت دلخواه، به شکل بهتری صورت پذیرد.
خاصیت فیزیکی دیگری که می توان برای فلز تیتانیوم ذکر کرد، مقاومت کششی آن است. از این نظر، تیتانیوم با فولاد قابل مقایسه و رقابت است. در واقع این دو ماده از نظر مقاومت کششی شرایط تقریبا مشابهی دارند؛ اما مزیت تیتانیوم در وزن کمتر آن است. حتی برخی از آلیاژهای این عنصر، مقاومت بیشتری نسبت به فولاد دارند.
در مجموع بسیاری از فلزاتی که چنین ویژگی هایی دارند، به عنوان فلز قیمتی یا گران بها شناخته می شوند؛ اما تیتانیوم به دلیل داشتن چند مورد از این موارد، کاربرد بیشتری در صنعت دارد.
کاربرد تیتانیوم
فلز تیتانیوم، با توجه به مزیت هایی که دارد در صنایع مختلف مثل پزشکی، هوا وفضا، خودرو سازی، شیمیایی، دفاعی و.. مورد استفاده قرار می گیرد. این فلز، فلزی سبک است که، به دلیل سبک بودن در ساخت هواپیما مورد استفاده قرار می گیرد.
میلگرد یکی دیگر از مواد اصلی در ساخت هواپیماست. این مقاطع به دلیل قابلیت جوشکاری، شکل پذیری، استحکام بالا و.. در ساخت بدنه و بال و سازه های داخلی و سایر قطعات هواپیما به کاربرده می شود. در بال های هواپیما از میلگرد استفاده می کنند. به همین دلیل قیمت میلگرد و تیتانیوم و.. از مواردی اند که با توجه به بودجه مورد نظر در هواپیما سازی در نظر گرفته می شوند.
روش استخراج و فرآوری تیتانیوم چیست؟
فلز تیتانیوم همانند سایر عناصر، به طور خالص در طبیعت وجود ندارد و معمولا با عناصر دیگری ترکیب شده است. سنگ معدنی تیتانیوم معمولا با عنوان دی اکسید تیتانیوم (TiO2) شناخته می شود. این ماده که با نام «روتیل» یا Rutile نیز شناخته می شود، از نظر فراوانی، جز موارد کمیاب است. بنابراین قیمت بالاتری نسبت به سایر سنگ های معدنی تیتانیومی دارد. اما انواع دیگر سنگ معدنی تیتانیوم چیست؟ آیا سنگ های ارزان تری وجود دارد؟
«ایلمنایت» نام یکی دیگر از سنگ های معدنی تیتانیوم دار است که با فرمول شیمیایی (FeTiO3) شناخته می شود. این سنگ از نظر خلوص، نسبت به روتیل ارزش کمتری دارد و همان طور که از فرمول شیمیایی آن مشخص است، مقادیری از فلز آهن در این سنگ وجود دارد. به همین دلیل، فرآوری آن پیچیده تر است و به زمان بیشتری نیاز دارد. البته فراوانی ایلمنایت از روتیل بیشتر است؛ بنابراین از ارزش کمتری برخوردار است.
اما برای فرآوری سنگ های معدنی تیتانیوم دار، روش های مختلفی همچون هانتر، کرال، آرمسترانگ و کمبریج وجود دارد که دو مورد اول، شناخته شده تر هستند. اما روند فرآوری تیتانیوم چیست؟
تولید تیتانیوم از روش هانتر
هانتر در اوایل قرن 20 میلادی ابداع شد. در این روش، محیطی خنثی با دمای 1000 درجه سانتی گراد فراهم می شود. در این شرایط، سدیم برای کاهش میزان تتراکلرید تیتانیوم (TiCl4) مورد استفاده قرار می گیرد. این فرایند موجب افزایش میزان تیتانیوم خالص به دست آمده در آن زمان شد. اما به مرور فرایند دیگری به نام کرال جایگزین آن شد.
تولید تیتانیوم از روش کرال
روش کرال فرایند نوینی برای استحصال تیتانیوم از سنگ معدنی آن است که خود شامل چهار مرحله است. مرحله اول، کلریناسیون سنگ معدن است که از طریق آن، تیتانیوم (IV) کلرید به دست می آید. برای انجام آن، سنگ معدن را تحت شرایط دمایی خاص (بالای 1000 درجه سانتی گراد) در دستگاه کلرزن قرار می دهند تا واکنش انجام شود.
در گام بعد، پس از آماده سازی تیتانیوم (IV) کلرید، آن را وارد فرایند تقطیر می کنند تا غلظت افزایش یابد و به بالای 99 درصد برسد. قدم سوم، تبدیل تیتانیوم (IV) کلرید به اسفنج تیتانیوم است. پس از انجام این تبدیل، با استفاده از واکنش های بعدی و همچنین قوس الکتریکی، ماده موجود را آماده تبدیل شدن به شمش خواهند کرد.
در مجموع عنصر تیتانیوم یکی از مقاوم ترین فلزات شناخته شده در زمین است که به دلیل ویژگی هایی همچون مقاومت کششی بالا، دمای ذوب بیش از 1600 درجه سانتی گراد، رسانایی حرارتی و الکتریکی کم، خاصیت چکش خواری مناسب و … یکی از گزینه های مناسب برای تولید محصولات حساس است.
این عنصر در طبیعت معمولا به صورت روتیل یا ایلمنایت وجود دارد؛ در واقع هیچ کدام تیتانیوم خالص نیستند. برای دستیابی به تیتانیوم خالص، از فرایندهای مختلفی همچون هانتر و کرال استفاده می شود. در این مطلب، سعی کردیم نکاتی را برای معرفی این عنصر بیان کنیم. اگر سوالی در این زمینه دارید، می توانید در قسمت نظرات، آن را مطرح کنید.
تیتانیوم چیست؟
تیتانیوم عنصری سخت، مقاوم و دارای قابلیت چکش خواری است که به دلیل ویژگی های مختلف، در صنایع گوناگون کاربرد دارد.
عنصر تیتانیوم در طبیعت به چه صورت است؟
این عنصر همچون سایر عناصر به طور خالص وجود ندارد. سنگ تیتانیوم به صورت روتیل یا ایلمنایت در طبیعت یافت می شود.
روش فرآوری تیتانیوم برای رسیدن به عنصر خالص چیست؟
برای دستیابی به تیتانیوم خالص از روش هایی همچون هانتر و کرال استفاده می شود.