ไทเทเนียมคืออะไร?
คุณสมบัติ
- สัญลักษณ์อะตอม: Ti
- จำนวนอะตอม: 22
- ประเภทสินค้า: เปลี่ยนโลหะ
- ความหนาแน่น: 4.506 / cm3
- จุดหลอมเหลว: 3034 ° F (1668 ° C)
- จุดเดือด: 5949 ° F (3287 ° C)
- ความแข็งของ Moh: 6
ลักษณะ
โลหะผสมที่มีไททาเนียมเป็นที่รู้จักสำหรับความแข็งแรงสูงน้ำหนักเบาและความต้านทาน การกัดกร่อน พิเศษ
แม้จะแข็งแกร่งเท่าเหล็กไททาเนียมมีน้ำหนักเบาประมาณ 40% ซึ่งพร้อมกับความต้านทานต่อการเกิดโพรงอากาศและการกัดเซาะทำให้เป็นโลหะโครงสร้างที่จำเป็นสำหรับวิศวกรด้านอวกาศ
ไททาเนียมยังน่ากลัวในด้านความต้านทานต่อการกัดกร่อนของน้ำและสารเคมี โดยการสร้างไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) บาง ๆ บนผิวของมันซึ่งเป็นสิ่งที่ยากสำหรับวัสดุเหล่านี้ในการเจาะ
มีโมดูลัสโมเลกุลต่ำหมายความว่าไทเทเนี่ยมยังไม่ยืดหยุ่นมาก แต่กลับคืนสู่รูปทรงเดิมหลังจากดัดงอส่งผลให้รูปร่างของหน่วยความจำมีความสำคัญมากขึ้น
ไทเทเนี่ยมเป็นสารที่ไม่เป็นแม่เหล็กและสามารถเข้ากันได้ทางชีวภาพ (ปลอดสารพิษไม่มีภูมิแพ้) ซึ่งนำไปสู่การใช้งานที่เพิ่มมากขึ้นในด้านการแพทย์
ประวัติศาสตร์
การใช้โลหะไททาเนียมในรูปแบบใด ๆ ที่เกิดขึ้นหลังจากสงครามโลกครั้งที่สองเท่านั้น
ในความเป็นจริงไททาเนียมไม่ได้ถูกแยกออกเป็นโลหะจนกระทั่งนักเคมีชาวอเมริกัน Matthew Hunter ผลิตมันขึ้นโดยการลดไทเทเนตไทเทอคลอไรด์ (TiCl4) กับโซเดียมในปี 1910; วิธีการนี้เรียกว่ากระบวนการของ Hunter
อย่างไรก็ตามการผลิตเชิงพาณิชย์ไม่ได้เกิดขึ้นจนกระทั่ง William Justin Kroll แสดงให้เห็นว่าไททาเนียมอาจลดลงจากคลอไรด์โดยใช้ แมกนีเซียม ในทศวรรษที่ 1930
กระบวนการ Kroll ยังคงเป็นวิธีการผลิตที่สำคัญที่สุดในเชิงพาณิชย์มาจนถึงทุกวันนี้
หลังจากที่ได้มีการพัฒนาวิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพแล้วการใช้ไททาเนียมเป็นครั้งแรกในอากาศยานทางทหาร เครื่องบินโซเวียตและเรือดำน้ำของโซเวียตและอเมริการวมทั้งเรือดำน้ำประเภท Mike Class และ USAF F100 Super Saber และ Lockheed A-12 ซึ่งได้รับการออกแบบมาในปี 1950 และ 1960 โดยเริ่มใช้ไทเทเนียมอัลลอยด์ ในช่วงต้นทศวรรษที่ 1960 ไททาเนียมอัลลอยด์เริ่มใช้โดยผู้ผลิตเครื่องบินพาณิชย์เช่นกัน
ด้านการแพทย์โดยเฉพาะทันตกรรมรากฟันเทียมและการทำเทียมช่วยกระตุ้นให้ไทเทเนียมสามารถใช้ประโยชน์ได้หลังจากการศึกษาของแพทย์สวีเดน Per-Ingvar Brånemarkย้อนหลังไปถึงปี 1950 แสดงให้เห็นว่าไททาเนียมไม่ก่อให้เกิดการตอบสนองต่อภูมิคุ้มกันในมนุษย์ทำให้โลหะเข้าสู่ร่างกายของเราในกระบวนการที่เขา เรียกว่า osseointegration
การผลิต
แม้ว่า Titanium เป็นธาตุโลหะที่พบมากที่สุดในโลกสี่ส่วน (อยู่เบื้องหลัง อลูมิเนียม เหล็ก และแมกนีเซียม) การผลิตโลหะไททาเนียมมีความไวต่อการปนเปื้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับออกซิเจนซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาล่าสุดและต้นทุนที่สูง
แร่หลักที่ใช้ในการผลิตไททาเนียมหลักคือ ilmenite ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 90% ของการผลิตและ rutile ซึ่งคิดเป็น 10%
ในปีพ. ศ. 2553 มีการผลิตแร่ไททาเนียมเข้มข้นประมาณ 6.3 ล้านตันแม้ว่าจะมีเพียงเศษเสี้ยวขนาดเล็ก (ประมาณ 5%) ที่ผลิตในแต่ละปีในไทเทเนี่ยมเมทัล ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ซึ่งเป็นผงสีขาวที่ใช้ในผลิตภัณฑ์สียาอาหารและเครื่องสำอาง
ในขั้นตอนแรกของกระบวนการ Kroll แร่ไททาเนียมถูกบดและให้ความร้อนด้วยถ่านหินโคเคนในบรรยากาศคลอรีนเพื่อผลิตไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (TiCl4) คลอไรด์จะถูกจับและถูกส่งผ่านคอนเดนเซอร์ซึ่งจะเป็นของเหลวไทเทเนียมคลอไรด์ที่บริสุทธิ์กว่า 99%
tetrachloride ไทเทเนียมจะถูกส่งโดยตรงลงในภาชนะที่มีแมกนีเซียมหลอม เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนออกซิเจนนี้จะทำให้เฉื่อยผ่านการเพิ่มก๊าซอาร์กอน
ในระหว่างกระบวนการกลั่นที่เกิดขึ้นซึ่งอาจใช้เวลาหลายวันเรือจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 1832 ° F (1000 ° C) แมกนีเซียมทำปฏิกิริยากับไททาเนียมคลอไรด์ปอกคลอไรด์และผลิตธาตุไทเทเนียมและแมกนีเซียมคลอไรด์
ไททาเนียมที่เป็นเส้นใยที่ผลิตขึ้นจึงเรียกว่าไทเทเนียมฟองน้ำ ในการผลิตโลหะผสมไททาเนียมและแท่งไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงไทเทเนียมฟองน้ำสามารถหลอมด้วยองค์ประกอบผสมต่างๆได้โดยใช้ลำอิเล็กตรอนลำเลียงพลาสมาหรือการหลอมของสูญญากาศอาร์ก
ด้วยความหวังในการลดต้นทุนการสกัดของไทเทเนียมกระบวนการอิเลคโตรไลต์และกระบวนการอื่น ๆ ในการผลิตโลหะไททาเนียมยังคงมีการวิจัยอย่างต่อเนื่อง
เนื่องจากลักษณะเชิงกลยุทธ์สถิติเกี่ยวกับการผลิตโลหะไทเทเนียมอาจเป็นเรื่องยากที่จะเกิดขึ้น อย่างไรก็ตามคาดว่าการผลิตฟองน้ำไททาเนียมทั่วโลกจะมีมูลค่าประมาณ 150,000 ตันในปี 2553 ประเทศผู้ผลิตรายใหญ่ที่สุดคือจีนญี่ปุ่นรัสเซียคาซัคสถานและสหรัฐอเมริกา ผู้ผลิตไทเทเนียมฟองน้ำขนาดใหญ่ ได้แก่ VSMPO (Russia), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (ประเทศจีน), ลั่วหยาง Sunrui Wayi ไทเทเนี่ยม จำกัด (ประเทศจีน) และโอซาก้า Titanium เทคโนโลยี จำกัด (ประเทศญี่ปุ่น)
การประยุกต์ใช้งาน
โลหะผสมไททาเนียมใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่อไปนี้:
- การบินและอวกาศ
- ทหาร
- ทางการแพทย์
- สารเคมี
- สินค้ากีฬา
ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาผู้ผลิตเครื่องบินได้หันมาใช้ไททาเนียมเป็นส่วนประกอบสำคัญ จากการใช้ครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษที่ 1960 ปริมาณไททาเนียมเฉลี่ยในสายการบินพาณิชย์ของโบอิ้งเพิ่มขึ้นจากประมาณ 2% ของน้ำหนักตัวเป็นประมาณ 15% มากกว่า...
แหล่งที่มา
> วิดีโอ TIMET: กระบวนการ Kroll มีอยู่ในเว็บไซต์สมาคมไทเทเนียมนานาชาติ: http://www.titanium.org
การสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐ: ไทเทเนี่ยม http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/titanium/
วัลแคนทอม ไทเทเนียม: โลหะของพระเจ้า Hardassetinvestor.com
> ติดตาม Terence บน Google+