تیتانیم چیست

تیتانیم چیست : تیتانیم (Ti ) فلز واسطه ی براق بادوام چکش خوار و نقره‌ای رنگ با عدد اتمی 22 است که دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی و چگالی پایینی است. این عنصر دارای استحکام ویژه ای بوده و بالاترین نسبت مقاومت به چگالی را در برابر دیگر عناصر فلزی دارا است. مقاومت این فلز سبک وزن در حالت ترکیب نشده برابر با فولاد ولی چگالی کمتر از آن دارد. آستانه تحمل مقاومتی این عنصر 430 درجه سانتیگراد می باشد.ین فلز به شدت در برابر خوردگی آب دریا، تیزآب و کلر مقاوم است. تیتانیوم و آلیاژهای آن به سرعت در معرض هوا اکسید می‌شوند. در اثر واکنش تیتانیوم با آب و هوا لایه ای مقاوم به اکسید شدن تشکیل شده و در اثر مرور زمان ضخامت آن افزایش می یابد.    

تیتانیم چیست ؟

افلز تیتانیوم در محیط‌های فرسایشی و در برابر دماهای بسیار بالا مقاوم می‌باشد. مقاومت بالا در برابر گرما و آب و دمای ذوب بالا،‌ این فلز را در دسته فلزات نسوز قرارمی دهد. دو دگرشکلی و پنج ایزوتوپ طبیعی برای این عنصر وجود دارد که تیتانیوم 48 از سایرین فراوان‌تر است .دو عنصر تیتانیم و زیرکونیم تعداد الکترون‌های ظرفیت برابر دارند و در یک گروه جدول تناوبی قرار دارند با این حال در بسیاری ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی متفاوت‌اند. این فلز به سادگی با ماشین‌کاری تغییر شکل می‌دهد. به همین دلیل باید از ماشین‌آلات مرغوب به همراه دستگاه‌های خنک‌کننده در مورد آن استفاده نمود. ماده ابزار در ماشین‌کاری آلیاژهای تیتانیوم باید در دمای بالا سخت باشد، هدایت حرارتی، استحکام کششی، فشاری، برشی، چقرمگی و استحکام خستگی بالایی داشته باشد و واکنش‌شیمیایی با تیتانیوم نداشته باشد. ابزارهای تنگستن کارباید و PCD به عنوان بهترین گزینه‌های ابزاری تیتانیوم مطرح هستند. با حرارت دادن تیتانیوم و ايجاد اكسيد در آن ميتوان این فلز را به رنگهاي دلخواه در آورد.اما اين رنگ ها كم عمق بوده و با خراشيدن از بين ميرود. بنابراين بايد از تيتانيوم رنگي بسيار مراقبت كرد.تیتانیوم در برابر اسیدهای رقیق مقاوم است اما در برابر اسیدهای غلیظ دچار خوردگی می‌شود. فرآیند ذوب این فلز در محیط‌های خنثی یا خلأ امکان‌پذیر است . زیرا از لحاظ ترمودینامیکی به شدت فعال است و در فشار اتمسفر و دمای کمتر از نقطه ذوب می‌سوزد. این فلز در دمای 1200 درجه خود به خود آتش می گیرد و به شدت اشتعال زا است. تیتانیوم از لحاظ مغناطیسی پارامگنتیک بوده و رسانایی الکتریکی و حرارتی نسبتا کمی دارد.      

خواص تیتانیم چیست

• عدد اتمی: 22
• وزن اتمی: 88/47
• وزن مخصوص: 54/4 گرم بر سانتي متر مکعب
• سختي: 6 در مقياس موس
• نقطه جوش: 3287 درجه سانتي گراد
• نقطه ذوب: 1665 درجه سانتي گراد
• مقاومت کششی نهایی: 434 مگاپاسکال

منابع تیتانیم چیست

تیتانیم تقریباً در همهٔ موجودات زنده، سنگ‌ها، آب بدن و خاک‌ها وجود دارد. این عنصر در بسیاری از کانی‌ها به ویژه روتیل (دی اکسید تیتانیوم) و ایلمنایت که در پوستهٔ زمین و سنگ کره پراکنده شده‌اندحضور دارد و به عنوان چهارمین و فراوان‌ترین فلز بعد از آلومینیوم،‌ آهن و منیزیم است؛ از لحاظ زمین شناسی ترکیب‌های تیتانیوم، پراکنده و استخراج آن دشوار است.استخراج تیتانیوم از سنگ معدن آن به وسیله یکی از فرایندهای کرال، هانتر، آرمسترانگ یا کمبریج صورت می گیرد.  

ویژگیهای فلز تیتانیم چیست

• تیتانیوم و آلیاژهای آن فلزی است که به صورت شمش ، ورق ، مقاطع ، لوله ، سیم و ... به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است .
• چگالی تیتانیوم، درحد نصف چگالی فولاد یا سوپرآلیاژهای پایه نیکل میباشد.
• تیتانیوم در گستره ای از شکلها و انواع مختلف موجود است.
• تیتانیوم قابل ریخته­ گری کردن ترجیحا با ریخته­ گری دقیق است.
• تیتانیوم را میتوان با روشهای استاندارد فورج کرده یا روی آن کار مکانیکی انجام داد.
• آلیاژهای تجاری تیتانیوم در دماهایی حدود C 538 تا C 595 ، بسته به ترکیب خود مفید هستند.
• برخی سیستمهای آلیاژی (آلومینایدهای تیتانیوم) ممکن است استحکامهای مفیدی در دماهای بالاتر از این داشته باشند.
• قیمت تیتانیوم درحالیکه تقریبا چهار برابر قیمت فولاد ضدزنگ است قابل مقایسه با قیمت سوپرآلیاژهاست.
• تیتانیوم را میتوان بوسیله جوشکاری گدازشی، لحیمکاری، چسبها، پیونددهی نفوذی و بستها متصل کرد.
• تیتانیوم قابل شکل دهی است و به سهولت ماشینکاری میشود هرچند که باید احتیاط معقولی درنظر گرفته شود.
• تیتانیوم بطور قابل انتظاری مقاوم به خوردگی است.
• تیتانیوم را میتوان بوسیله روش P/M فرآوری نمود (پودر ممکن است هزینه بیشتری داشته باشد اما روش P/M دارای خواص و فرآوری مطلوبتری علاوه بر قابلیت صرفه جویی در هزینه کلی دارد).

فرآیندهای تولید تیتانیم چیست؟

    فرآیندهای تولید تیتانیم به شرح زیر میباشد:

1. فرآیند هانتر
2. فرایند کرال
3. فرآیند آرمسترانگ
4. فرآیند کمبریج

فرآیند هانتر

این فرآیند ناپیوسته عبارت است از کاهش تیتانیوم تترا کلرید به کمک سدیم. این واکنش در راکتور ناپیوسته و محیط خنثی با دمای 1000 درجه سانتی‌گراد انجام می‌گرفت. پس از آن برای شستشوی نمک تشکیل شده از محصول نهایی از هیدروکلریک اسید استفاده می‌شد. این فرآیند منجر به تولید تیتانیوم با درصد خلوص بهتر از فرآیندهای پیشین گردید. اما بعدها فرآیند کرال جایگزین آن شد.    

فرایند کرال

اغلب تیتانیوم تولیدی از فرآیند کرال می باشد.دی اکسید تیتانیوم ترکیبی بسیار پایدار است. به همین دلیل برای دستیابی به تیتانیم ابتدا آنرا به تیتانیوم (IV) کلرید که ترکیب ناپایدارتری است تبدیل میکنند. برای این منظور سنگ معدن آنرا به همراه کک در محفظه کلرزن قرار می دهند. حاصل این واکنش، تیتانیوم (IV) کلرید به همراه دی اکسید کربن می باشد.ترکیب تیتانیوم (IV) کلرید تولید شده به منظور حذف وانادیم اکسی کلراید با هیدروژن سولفید یا روغن های معدنی آماده سازی می شود و سپس با استفاده از فرآیند تقطیر، تیتانیوم (IV) کلرید که مایعی فرار است با درجه خلوص 99/9 درصد به دست می آید. پس از گرم کردن تیتانیوم (IV) کلرید بخار آن را از یک راکتور استنلس استیل حاوی منیزیوم گرم شده در محیط آرگون عبور می دهند. حاصل این واکنش‌ کلرید‌های تیتانیوم (II) و تیتانیوم (III) می باشد. پس از گذشت 4 روز خروج از کوره منیزیمی که در واکنش شرکت نکرده است را به همراه کلرید و تیتانیوم خرد می‌کنند و برای حذف منیزیم کلرید با هیدروکلریک اسید رقیق شستشو می‌دهند و یا فرآیند تقطیر خلا با دمای بالا انجام می‌گیرد. منیزیم و کلر تولیدی در این مرحله دوباره در فرآیند به کار گرفته می شود. حاصل این فرآیند تولید فلز تیتانیوم به شکل دانه‌های ریزی است که به آن اسفنج می‌گویند. پس از این مرحله برای جلوگیری از واکنش اسفنج تیتانیومی با نیتروژن و اکسیژن محیط در محیط خلا یا خنثی مانند آرگون مواد بازیافتی این فلز یا فلزات دیگر به منظور تولید آلیاژهای تیتانیوم به فرآیند اضافه می گردد.  

فرآیند آرمسترانگ

می توان در تولید تیتانیوم و آلیاژهای آن به جای استفاده از منیزیم، از سدیم به عنوان عامل کاهنده در یک فرآیند پیوسته استفاده کرد که موجب کاهش هزینه‌ها خواهد بود.تیتانیوم (IV) کلرید به جریان مذاب سدیم وارد می‌شود و کلرید طی فرآیند اکسید و احیا به فلز کاهش پیدا می‌کند. به کمک فیلتراسیون، تیتانیوم و سدیم کلرید جامد از سدیم مذاب خارج می گردد و سپس با شستشو توسط آب تیتانیوم از نمک جدا می گردد. از سدیم و کلر به دست آمده به طور مجدد در فرآیند استفاده می گردد. دانه هاي حاصل از فرآيند كاهش سديم، نسبت به اسفنج تيتانيوم خالص ترند.  

فرآیند کمبریج

در جدیدترین روش تولید تیتانیوم از الکترولیز نمک مذاب استفاده می شود. سنگ معدن روتیل (دی‌اکسید تیتانیوم) را پودر، به گلوله‌هایی تبدیل کرده و داخل حمام مذابی از کلسیم کلرید قرار می‌دهند تا نقش کاتدی را ایفا نماید. سلول را به کمک یک آند کربنی کامل می کنند. با اعمال ولتاژ، تیتانیوم تشکیل شده و یون‌های اکسیدشده به طرف آند کربنی حرکت می‌کنند و موجب تشکیل مونو اکسید و دی‌اکسید کربن خواهد شد. با اعمال ولتاژ بالاتر کلسیم در کاتد رسوب می‌کند و با دی‌اکسید تیتانیوم وارد واکنش می‌شود و تیتانیوم و یون‌های کلسیم پدید می آیند. بدین ترتیب دی‌اکسید تیتانیوم به طور مستقیم به تیتانیوم تبدیل می شود و موجب کاهش خطرات زیست‌محیطی و کاهش هزینه ها می گردد.    

ترکیبات تیتانیم چیست ؟

فراوان‌ترین ترکیب تیتانیم فوتوکاتالیست معروف است که از آن در تولید رنگدانه‌های سفید استفاده می‌شود.از خواص دی اکسید تیتانیم می توان به رنگ سفید، ضریب شکست بالا، درخشندگی، خنثی بودن، پایداری شیمیایی و مقاومت سایشی و حرارتی بالای آن، غیر سمی بودن، درجه دیرگدازی بالا و توان زیاد در توزیع و انتشار یکنواخت در ترکیبات دیگر اشاره کرد. به همین دلیل به عنوان عمده‌ترین ماده اولیه رنگ سفید در صنایع رنگ سازی، کاغذسازی، پلاستیک، لاستیک و … شناخته می‌شود.از دیگر ترکیبات تیتانیم می‌توان به تتراکلرید تیتانیم اشاره کرد که از آن در تولید مواد دودزا و فروکافت بهره برده می‌شود. کلرید تیتانیم نیز به عنوان فروکافت در تولید پلی‌پروپیلن مورد استفاده قرار می‌گیرد. تیتانیوم در بیشتر موارد به صورت آلیاژهایی با فلزات دیگر استفاده می‌شود. آلیاژهای تیتانیوم از ترکیب تیتانیم با آهن، آلومینیم، وانادیم، مولیبدن،منگنز، قلع، کروم و زیرکونیم آلیاژی سخت‌تر و سبک‌تر بدست آید که بیشترین کاربرد را در ساخت صنایع هوایی مانند موتور جت، موشک و فضاپیما، بدنه هواپیماها، بخش‌های موتور، چرخدنده‌ها و شیرآلات هیدرولیکی دارد. از دیگر کاربردهای آن در صنایع نظامی و فرایندهای صنعتی (شیمیایی و شیمیایی-نفتی، کارخانه‌های نمک‌زدایی، کاغذ و …) خودروسازی، کشاورزی و ساخت اندام‌های مصنوعی، درون‌کاشت‌های استخوانی، ابزارهای دندان پزشکی و ریشه درمانی، برسازی درون‌کاشت دندانی، کالاهای ورزشی، گوهرسازی، گوشی همراه و … بکار برده شود.    

کاربردهای تیتانیم چیست

تیتانیوم به دو صورت فلزی و دی‌اکسید تیتانیوم به کار برده می شود. اما عمده مصرف آن در صنایع (حدود 95%) علیرغم کمیاب و گرانتر بودن سنگ معدن آن به شکل دی‌اکسید تیتانیوم می‌باشد و مصرف فلز آن به دلیل مشکلات فرآوری آن کاربرد چندانی ندارد. فلز تیتانیوم در موتور و ساختمان داخلی هواپیما، تجهیزات حمل و نقل صنایع شیمیایی، واحدهای مولد برق، صنایع آلیاژی، ساخت زیر دریایی‌ها، کارخانه‌های ساخت مواد شیمیایی، دستگاه‌های خنک‌کننده نیروگاه‌های اتمی و حرارتی و ده‌ها مورد دیگر کاربرد دارد. مصرف عمده دی‌اکسید تیتانیوم در صنایع رنگ‌سازی به عنوان رنگدانه می‌باشد و همچنین این ماده در صنایع سرامیک، پلاستیک، کاغذ و الکترونیک کاربرد دارد.  

صنعت

• تیتانیوم خالص یا آلیاژهای آن با ناخالصی کم در کارخانه‌های سولفور زدایی مشتقات نفتی، در تجهیزات مربوط به چاه‌های نفت و در اتصالات مورد نیاز  مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• فلز تیتانیوم در ساخت قطعات صنعت هوافضا، قسمت‌های حساس ماشین‌آلات، طرح‌های صنعتی و شیمیایی، تجهیزات دریایی، ابزار جراحی و دندانپزشکی استفاده می‌شود.
• به دلیل استحکام بالای این فلز در برابر خوردگی و واکنش‌های شیمیایی استفاده از آن در محیط‌های با خوردگی بالا از قبیل محیط‌ها آب دریا همچون ساخت پروانه کشتی‌ها، واحدهای شیرین‌سازی آب و راکتورهای شیمیایی از این عنصر و آلیاژهای آن استفاده می‌کنند.
• آلیاژهای تیتانیم در بدنه هواپیماهای جنگی، ساخت شفت‌ها (محور) ملخ هواپیما و پروانه کشتی، سفینه‌های فضایی، موشک‌ها، موتور هواپیماها، ادوات رزمی، توربین‌های گازی، دوچرخه و لپ تاپها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

شیشه

• تتراکلرین تیتانیوم تتراکلرین تیتانیوم (TiCl4) یک مایع بی‌رنگ است که برای ساخت شیشه استفاده می‌شود
• از آن جایی که شیشه در هوای مرطوب به شدت بخار می‌کند، به منظور پوشش در برابر بخار استفاده می‌شود.

صنایع دارویی

• پودر دی‌اکسید تیتان،دارای مصارف دارویی و آرایشی نیز می باشد.و اثراتی همانند اکسیدروی بر روی پوست بدن ایجاد میکنند.
• از پودر دی‌اکسید تیتان در ساخت قاب کپسول‌های دارویی و پوشش قرص‌ها نیز استفاده می‌شود.
• آلیاژهای تیتانیوم در پزشکی به منظور جراحی‌های لگن و زانو،تهیه پروتزهای آن،ایمپلنت‌های دندان مورد استفاده قرار می گیرد.
• دی اکسید تیتان برای التیام سوزش‌های پوستی مورد استفاده قرار می‌گیرد
• دی اکسید تیتان منعکس‌کننده اشعه ماوراء بنفش خورشید است.و در ساختن کرم‌ها و لوسیون‌های ضد آفتاب (ضد سوختگی) استفاده می‌شود.

کاربردهای دیگر تیتانیم چیست

• در تزیین ساختمان‌های مرتفع از ورقه‌های تیتانیوم خالص استفاده می‌ شود.
• به دلیل استحکام بالای این فلز، استفاده از آن در جواهرسازی رایج است.
• در ساخت ساعت‌های مچی، مجسمه‌ها و مبلمان نیز این عنصر پرکاربرد است.
• تیتانات باریم مادهٔ فروالکتریک با ثابت دی‌الکتریک نسبتاً بالا در نیمه‌هادی‌ها و پیزوالکتریک‌ها به کار برده می‌شود.
• آلکالی‌های تیتانیوم به عنوان پلیمریزاسیون و کاتالیزور به کار برده می شود.
• رشته‌های تیتانیومی،به دلیل واکنش‌پذیری بالای با اکسیژن،نیتروژن وبرخی گازهای دیگر،در پمپ‌های خلا و بمنظور واکنش با این گازها استفاده میشود.
• رنگ‌ها با وجود اکسید تیتانیوم یک بازتابنده بسیار عالی اشعه مادون قرمز را می‌سازد و بنابراین به‌طور گسترده‌ای توسط اختر شناسان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• پودر دی‌اکسید تیتان خالص به عنوان رنگدانه در فراورده‌های غذایی کاربرد دارد.
• خواص دی‌اکسید تیتانیوم سبب شده تا از آن در کاغذ،رنگ،پلاستیک،لاستیک،سرامیک، پارچه و تهیه الیاف مصنوعی استفاده شود.
• ایلمنیت همچنین در تهیه اکسید تیتانیم که در صنایع رنگ سازی، کاغذسازی و پلاستیک به عنوان ماده رنگی، براق کردن سطح فلزات، لعاب، لاستیک سازی، شیشه، فایبرگلاس، سرامیک، الکتروسرامیک و . . . مصرف می‌شود، کاربرد دار

موارد احتیاطی تیتانیم چیست

تیتانیم ماده‌ای غیر سمی است و حتی در مقادیر زیاد، سمی محسوب نمی‌شود. ای عنصر نقش خاصی را در بدن انسان ایفا نمیکند. میزان مصرف روزانه این عنصر باعث تجمع در بافت‌ها نمی شود مگر در مواردی که بافت شامل سیلیکا باشد.حرارت پودر یا تراشه های این فلز در حضور هوا، خاصیتی انفجاری ایجاد می کند که آب و دی‌اکسید کربن در خاموش کردن آن تاثیری ندارند.ترکیب کلرید با این عنصر موجب بروز شعله‌های تیتانیوم-کلرید می‌شود. از این رو باید از آن جلوگیری شود.