صهر التيتانيوم

المادة الخام لإنتاج معدن التيتانيوم هي الروتيل بشكل أساسي، والذي يحتوي على أكثر من 96% TiO2. تفتقر الدول مثل الاتحاد السوفيتي لخام الروتيل إلى استخدام الإلمنيت المصنوع من "خبث التيتانيوم العالي" والذي يحتوي على حوالي 90% TiO2. في السنوات الأخيرة، وبسبب أسعار الروتيل الطبيعي وتضاؤل ​​الاحتياطيات، اتجهت الدول إلى استخدام الإلمنيت المصنوع من مواد غنية بالتيتانيوم، أي خبث التيتانيوم العالي والروتيل الاصطناعي.

تم اكتشاف التيتانيوم عام 1791، لكن أول مرة يتم فيها تصنيع التيتانيوم النقي كانت عام 1910، أي منذ أكثر من مائة عام. والسبب هو أن التيتانيوم نشط جدًا عند درجات الحرارة المرتفعة، ومن السهل أن يتحد مع الأكسجين والنيتروجين والكربون وعناصر أخرى، ولاستخراج التيتانيوم النقي يتطلب ظروفًا قاسية جدًا.

صناعة تستخدم عادة تحلل حامض الكبريتيك من ثاني أكسيد التيتانيوم الإلمنيت، وثاني أكسيد التيتانيوم من معدن التيتانيوم التيتانيوم. معالجة حامض الكبريتيك المركز للإلمنيت المطحون (المركز) يحدث التفاعل الكيميائي التالي:

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

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

FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O

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

من أجل إزالة الشوائب Fe2(SO4)3، تتم إضافة برادة الحديد ويتم تقليل Fe3+ إلى Fe2+، ثم يتم تبريد المحلول إلى أقل من 273K، مما يسمح بـ FeSO4-7H2O (الشب الأخضر) للتبلور كمنتج ثانوي.

أدى التحلل المائي لـ Ti(SO4)2 وTiOSO4 إلى ترسيب ميتاتيتانات بيضاء، وكان التفاعل:

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

تيوسو4+2H2O == H2TiO3+H2SO4

يتم إنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم عن طريق تزوير حمض الميتاتيتانيك:

H2TiO3 == TiO2+H2O

الإنتاج الصناعي لمعدن التيتانيوم باستخدام طريقة التخفيض الحراري للمعدن لاختزال رابع كلوريد التيتانيوم. يتم تسخين خليط TiO2 (أو الروتيل الطبيعي) ومسحوق الفحم إلى 1000 ~ 1100K، بالكلور، وتوليد TiCl4، وتكثيف البخار.

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

إن اختزال TiCl4 مع المغنيسيوم المنصهر في الأرجون عند 1070 كلفن يعطي إسفنجة تيتانيوم مسامية:

TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti

يتم سحق إسفنجة التيتانيوم هذه، وصهرها في فرن القوس الفراغي، ثم تحويلها في النهاية إلى مواد تيتانيوم مختلفة.

من الممكن أيضًا التفاعل: Ti+2I2=TiI4

يتحلل TiI4 الذي تم الحصول عليه عند درجة حرارة عالية (حوالي 1250 درجة):

TiI4=Ti+2I2

وهذا يؤدي إلى قضبان التيتانيوم النقي.

خصائص واستخدامات التيتانيوم وسبائك التيتانيوم

التيتانيوم النقي هو معدن أبيض فضي، وله العديد من الخصائص الممتازة. تبلغ كثافة التيتانيوم 4.54 جم/سم3، وهو أخف بنسبة 43% من الفولاذ، وأثقل قليلاً من المغنيسيوم المعدني الخفيف المرموق. القوة الميكانيكية تشبه الفولاذ، ضعف حجم الألومنيوم، وخمس مرات أكبر من المغنيسيوم. التيتانيوم مقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة، نقطة الانصهار 1942 كلفن، أعلى بحوالي 1000 كلفن من الذهب، وأعلى بحوالي 500 كلفن من الفولاذ.

ينتمي التيتانيوم إلى الخواص الكيميائية الأكثر نشاطًا للمعدن. عند تسخينه باستخدام O2 وN2 وH2 وS والهالوجينات وغيرها من الأدوار غير المعدنية. ولكن في درجة حرارة الغرفة، من السهل أن ينتج سطح التيتانيوم طبقة رقيقة جدًا من طبقة واقية من الأكسيد الكثيف، ويمكن أن تقاوم دور الأحماض القوية وحتى الماء الملكي، مما يظهر مقاومة قوية للتآكل. ولذلك فإن المعدن العام الموجود في المحاليل الحمضية والقلوية والملحية يصبح مليئاً بالثقوب والتيتانيوم آمن وسليم.

يمكن للتيتانيوم السائل إذابة جميع المعادن تقريبًا، لذلك يمكن أن يشكل سبائك مع مجموعة متنوعة من المعادن. يتم إضافة التيتانيوم إلى الفولاذ لإنتاج فولاذ التيتانيوم، وهو قوي ومرن. التيتانيوم والمعادن Al، Sb، Be، Cr، Fe، وما إلى ذلك لتوليد مركبات ملء الفجوات أو المركبات بين الفلزات.

مصنوعة من سبائك التيتانيوم للطائرات أكثر من غيرها من المعادن المصنوعة من نفس وزن الطائرة التي تتسع لأكثر من 100 راكب. مصنوعة من الغواصات، المقاومة للتآكل بمياه البحر، ولكنها أيضًا مقاومة للضغط العميق، زاد عمق الغوص الخاص بها عن الغواصات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بنسبة 80%. في الوقت نفسه، التيتانيوم غير مغناطيسي، ولن يتم العثور عليه بواسطة المناجم، وله دور جيد جدًا في مكافحة الحارس.

يحتوي التيتانيوم على جنس "مؤيد للحيوية". في جسم الإنسان، يمكنها مقاومة تآكل الإفراز وغير سامة، وهي قابلة للتكيف مع أي طريقة تعقيم. ولذلك، فإنه يستخدم على نطاق واسع في إنتاج المعدات الطبية، وإنتاج مفاصل الورك الاصطناعية، ومفاصل الركبة، ومفاصل الكتف، والمفاصل، والمفاصل القسرية، والجمجمة، وصمامات القلب النشطة، ومقاطع تثبيت العظام. عندما تم لف حلقة الألياف العضلية الجديدة في "عظام التيتانيوم"، بدأت عظام التيتانيوم هذه في الحفاظ على الأنشطة الطبيعية لجسم الإنسان.

يتم توزيع التيتانيوم على نطاق واسع في جسم الإنسان، ولا يزيد محتوى جسم الإنسان الطبيعي عن 15 ملغ لكل 70 كجم من وزن الجسم، ولا يزال دوره غير واضح. ومع ذلك، يمكن للتيتانيوم تحفيز الخلايا البالعة، بحيث يتم تأكيد دور المناعة.

مركبات التيتانيوم واستخداماتها

تشمل مركبات التيتانيوم المهمة: ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2)، ورابع كلوريد التيتانيوم (TiCl4)، وميتاتيتانات الباريوم (BaTiO3).

ثاني أكسيد التيتانيوم النقي هو مسحوق أبيض، وهو صبغة بيضاء ممتازة، والاسم التجاري "ثاني أكسيد التيتانيوم". إنه يتمتع بأداء التغطية للرصاص الأبيض (PbCO3) والأداء الدائم للزنك الأبيض (ZnO). لذلك، غالبًا ما يضيف الناس ثاني أكسيد التيتانيوم إلى الطلاء، المصنوع من طلاء أبيض عالي الجودة؛ في صناعة الورق كمادة حشو تضاف إلى مجداف الورق؛ صناعة النسيج كعامل حصيرة للألياف الاصطناعية.

في صناعة النسيج كعامل حصيرة للألياف من صنع الإنسان؛ في صناعة الزجاج والسيراميك والمينا كمادة مضافة لتحسين أدائها؛ يستخدم كمحفز في العديد من التفاعلات الكيميائية. في الصناعة الكيميائية تتطور بشكل متزايد اليوم، ثاني أكسيد التيتانيوم ومركبات التيتانيوم كمنتجات كيميائية دقيقة، لها قيمة مضافة عالية، والاحتمال جذاب للغاية.

رابع كلوريد التيتانيوم سائل عديم اللون. نقطة الانصهار 250 كلفن، نقطة الغليان 409 كلفن، مع نظام الرائحة المثيرة. من السهل أن يتحلل في الماء أو الهواء الرطب وينبعث منه الكثير من الدخان الأبيض.

TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl

لذلك، يتم استخدام TiCl4 في الجيش كعامل دخان صناعي، كما لو تم استخدامه في الحرب البحرية. وفي الزراعة يستخدم الناس TiCl4 لتكوين أرض ضبابية كثيفة لتقليل فقدان الحرارة من الأرض ليلاً، ولحماية الخضار والمحاصيل من أضرار البرد والصقيع.

يتم تصنيع ميتاتيتانات الباريوم عن طريق صهر TiO2 و BaCO3 معًا:

TiO2+BaCO3 == BaTiO3 عشرة CO2-

يحتوي BaTiO3 المنتج صناعيًا على ثابت عازل عالي، ومكثفات مصنوعة من سعة أكبر، والأهم من ذلك، أن BaTiO3 له "خصائص كهرضغطية" كبيرة، وسينتج الضغط البلوري تيارًا وقوة وسيتغير شكله. يضعه الناس في الموجات فوق الصوتية، ويتم ضغطه لإنتاج التيار، عن طريق قياس القوة الحالية يمكن قياس قوة الموجات فوق الصوتية. يجب على جميع أدوات الموجات فوق الصوتية تقريبًا استخدامها. مع تطوير واستخدام التيتانات، يتم استخدامه على نطاق واسع في تصنيع المكونات غير الخطية، ومكبرات الصوت العازلة، ومكونات ذاكرة الكمبيوتر الإلكترونية، والمكثفات الدقيقة، ومواد الطلاء الكهربائي، والمواد الفضائية، والمغناطيسية القوية، ومواد أشباه الموصلات، والأدوات البصرية. والكواشف وما إلى ذلك.

أدت الخصائص الممتازة للتيتانيوم وسبائك التيتانيوم ومركبات التيتانيوم إلى الحاجة الملحة إليها. ومع ذلك، فإن ارتفاع تكلفة الإنتاج قد حد من تطبيقها. نعتقد أنه في المستقبل القريب، مع التحسين المستمر وتعزيز تكنولوجيا صهر التيتانيوم، سيكون تطبيق التيتانيوم وسبائك التيتانيوم ومركبات التيتانيوم أكثر تطوراً.

منتجات التيتانيوم:

تعتبر سبائك التيتانيوم والتيتانيوم من المواد الهيكلية خفيفة الوزن ذات أهمية كبيرة للغاية ولها قيمة تطبيقية مهمة جدًا وآفاق تطبيق واسعة في الطيران والفضاء وهندسة المركبات والهندسة الطبية الحيوية وغيرها من المجالات.

الأنواع: تقديس التيتانيوم، تيتانيوم نقي صناعيًا، نوع تيتانيوم، نوع تيتانيوم، + -نوع تيتانيوم