استخراج تيتانيوم Titanium extraction

"Matthew A. Hunter" در سال ۱۹۱۰ بوسیله حرارت دادن TiCl۴ با سدیم در بمب فولادی در دمای ۸۰۰-۷۰۰ درجه سانتی‌گراد برای اولین بار تیتانیم فلزی خالص ( ۹/۹۹% ) تهیه کرد. فلز تیتانیم تا سال ۱۹۴۶ خارج از آزمایشگاه کاربردی نداشت. در این سال ، "William Justin Kroll" اثبات نمود که می‌توان تیتانیم را بوسیله کاهش تتراکلرید تیتانیم با منیزیم بصورت تجاری تولید کرد؛ ( این روش امروزه همچنان مورد استفاده است)

 ● پیدایــــــش

فلز تیتانیم در طبیعت بصورت ترکیب با سایر عناصر وجود دارد و این عنصر ، نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین محسوب می‌شود ( ۰۶/۰% کل جرم ) و در بیشتر سنگهای آذرین و رسوبات آنها یافت می‌شود. بیشتر در مواد معدنی brookite , ilmenite , leucoxene , perovskite , rutile ، anatase و sphene وجود داشته و نیز در سنگ معدن آهن و titanates دیده می‌شود.

از میان این مواد معدنی فقط ilmenite ، leucoxene و rutile از نظر اقتصادی اهمیت دارند. چون تیتانیم به‌راحتی در دماهای زیاد با اکسیژن و کربن واکنش می‌کند، تهیه فلز تیتانیم خالص مشکل است. منابع مهم تیتانیم در استرالیا ، اسکاندیناوی ، آمریکای شمالی و مالزی قرار دارند.

این فلز در شهاب سنگها یافت شده و حضور آن در خورشید و ستارگان M-type نیز شناسایی شده است. سنگهایی که در ماموریت آپولو ۱۷ از ماه آورده شده‌اند، حاوی ۱/۱۲% TiO۲ هستند. بعلاوه تیتانیم در خاکستر ذغال سنگ ، گیاهان و حتی بدن انسان یافت شده است.

 ● خصوصیات قابل توجه

تیتانیم ، عنصر فلزی است که به سبب مقاومت زیاد خود در برابر فرسودگی ( تقریبا" به مقاومت پلاتینیم ) و استحکامی که نسبت به وزن خود دارد، معروف است. فلزی است سبک ، محکم ، قابل ساخت آسان با جرم حجمی پایین ۴۰% ( هم‌چگال با فولاد ) که به شکل خالص کاملا" چکش خوار ، آسان برای کار ، براق و به رنگ نقره‌ای درخشان می‌باشد. نقطه ذوب نسبتا" زیاد این عنصر ، آنرا به یک فلز دیر گداز مفید تبدیل کرده است.

تالیم به سختی فولاد اما ۴۵% سبکتر از آن است و با اینکه ۶۰% سنگین‌تر از آلومینیوم می‌باشد، دو برابر محکم‌تر از آن است. این خصوصیات ، تیتانیم را در برابر انواع معمولی فرسودگی بسیار مقاوم می‌کند. این فلز در معرض هوا یک لایه اکسید بی‌اثری را تولید می‌کند، اما اگر در محیطهای بدون اکسیژن قرار گیرد، انعطاف‌پذیر است.

این فلز که اگر در هوا گرم شود، شروع به سوختن می‌کند، تنها عنصری است که می‌تواند در گاز نیتروژن خالص بسوزد. تیتانیم در مقابل اسید سولفوریک رقیق ، اسید هیدروکلریک ، گاز کلر ، محلولهای کلرید و بیشتر اسیدهای آلی مقاوم است.

تجربیات نشان داده است که تیتانیم بعد از بمباران با دوترون ، بسیار رادیواکتیو شده و عمدتا" ارسال پوزیترون و اشعه‌های نیرومند گاما می‌کند. این عنصر دارای دو گونه است؛ شکل آلفا چهار ضلعی که در دمای ۸۸۰ درجه سانتی‌گراد به‌آرامی به شکل بتا مکعبی تغییر می‌کند. اگر در اثر حرارت سرخ شود، با اکسیژن ترکیب شده و در حرارت ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد با کلر ترکیب می‌گردد.

 ● کاربردهـــــــــا

۱) تقریبا" ۹۵% تیتانیم به شکل دی‌اکسید تیتانیم ( TiO۲) مصرف می‌شود که رنگدانه سفید ثابتی است با قدرت پوشش خوب در رنگها ، کاغذ و پلاستیکها. رنگهایی که با دی‌اکسید تیتانیم ساخته می‌شوند، منعکس‌کننده‌های بسیار خوب پرتو مادون قرمز هستند و بنابراین منجمان ، بطور گسترده ای از آن استفاده می‌کنند

۲) آلیاژهای تیتانیم به علت استحکام ، سبکی ، مقاومت بسیار زیاد در برابر فرسودگی و توانایی تحمل حرارتهای بسیار زیاد در هواپیما و موشک مورد استفاده قرار می‌گیرند، اگرچه کاربردهای آن در محصولات مصرفی مثل چوب گلف ، دوچرخه و کامپیوترهای laptop نیز در حال رواج است. تیتانیم بیشتر با آلومینیوم ، آهن ، منگنز ، مولیبدنم و مواد دیگر آلیاژ می‌سازد

۳) به‌علت مقاومت زیاد آن در برابر آب دریا ، از آن برای ساخت میله‌های پروانه و وسایل کشتی استفاده می‌شود.

۴) برای ساخت سنگ جواهرهای مصنوعی ظریف بکار می‌رود.

۵) مایع بی‌رنگ تتراکلرید تیتانیم ( TiCl۴ ) برایiridize شیشه مورد استفاده قرار می‌گیرد و چون در هوای مرطوب شدیدا" تولید بخار می‌کند، برای ایجاد پرده دود ( جهت استتار ) نیز کاربرد دارد.

۶) علاوه بر اینکه دی‌اکسید تیتانیم ، رنگدانه بسیار مهمی است، چون خودش توانایی محافظت از پوست را دارد، در کرمهای ضد آفتاب بکار برده می‌شود.

۷) چون این فلز از نظر فیزیولوژیکی بی‌اثر محسوب می‌شود، در پیوندهای جایگزینی مفصل مثل لگن مورد استفاده است

۸) به‌علت بی‌اثری و رنگهای جذاب ، استفاده از آن بعنوان زیورآلات بدن رایج شده است.

۹) یکی از کاربردهای بالقوه تیتانیم ، در کارخانه‌های آب‌شیرین‌کن است