جرم اتمی تیتانیوم ساختار اتم تیتانیوم خواص فیزیکی فلز

ابدی، مرموز، کیهانی - همه این و بسیاری از القاب دیگر در منابع مختلف به تیتانیوم اختصاص داده شده است. تاریخچه کشف این فلز بی اهمیت نبود: چندین دانشمند به طور همزمان روی جداسازی عنصر در شکل خالص آن کار کردند. فرآیند مطالعه خواص فیزیکی، شیمیایی و تعیین حوزه های کاربرد آن امروزه. تیتانیوم فلز آینده است؛ جایگاه آن در زندگی انسان هنوز به طور نهایی مشخص نشده است، که به محققان مدرن دامنه عظیمی برای خلاقیت و تحقیقات علمی می دهد.

مشخصه

عنصر شیمیایی در جدول تناوبی مندلیف با نماد Ti مشخص شده است. در زیرگروه ثانویه گروه چهارم دوره چهارم قرار دارد و دارای شماره سریال 22 است. تیتانیوم فلزی سفید نقره ای، سبک و بادوام است. پیکربندی الکترونیکی اتم دارای ساختار زیر است: +22)2)8)10)2، 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. بر این اساس، تیتانیوم دارای چندین حالت اکسیداسیون ممکن است: 2، 3، 4؛ در پایدارترین ترکیبات، چهار ظرفیتی است.

تیتانیوم - آلیاژ یا فلز؟

این سوال خیلی ها را مورد توجه قرار می دهد. در سال 1910، هانتر شیمیدان آمریکایی برای اولین بار تیتانیوم خالص را بدست آورد. این فلز تنها حاوی 1٪ ناخالصی بود، اما مقدار آن ناچیز بود و امکان مطالعه بیشتر خواص آن را فراهم نکرد. پلاستیسیته ماده حاصل فقط تحت تأثیر دماهای بالا به دست آمد؛ در شرایط عادی (دمای اتاق)، نمونه خیلی شکننده بود. در واقع، دانشمندان به این عنصر علاقه ای نداشتند، زیرا چشم انداز استفاده از آن بسیار نامشخص به نظر می رسید. دشواری در به دست آوردن و تحقیق، پتانسیل استفاده از آن را بیشتر کاهش داده است. تنها در سال 1925، شیمیدانان هلندی I. de Boer و A. Van Arkel فلز تیتانیوم را به دست آوردند که خواص آن توجه مهندسان و طراحان را در سراسر جهان به خود جلب کرد. تاریخچه مطالعه این عنصر از سال 1790 آغاز می شود، در این زمان بود که به موازات یکدیگر، مستقل از یکدیگر، دو دانشمند تیتانیوم را به عنوان یک عنصر شیمیایی کشف کردند. هر یک از آنها یک ترکیب (اکسید) از ماده دریافت می کند که قادر به جداسازی فلز به شکل خالص آن نیست. کاشف تیتانیوم را راهب کانی شناس انگلیسی ویلیام گرگور می دانند. دانشمند جوان در قلمرو محله خود، واقع در بخش جنوب غربی انگلستان، مطالعه شن سیاه دره مناکان را آغاز کرد. نتیجه آزاد شدن دانه های براق بود که یک ترکیب تیتانیوم بود. در همان زمان، در آلمان، شیمیدان مارتین هاینریش کلاپروت ماده جدیدی را از ماده معدنی روتیل جدا کرد. در سال 1797 او همچنین ثابت کرد که عناصری که به صورت موازی باز شده اند مشابه هستند. دی اکسید تیتانیوم بیش از یک قرن است که برای بسیاری از شیمیدانان یک معما بوده است؛ حتی برزلیوس نیز قادر به بدست آوردن فلز خالص نبود. آخرین فن آوری های قرن بیستم به طور قابل توجهی روند مطالعه این عنصر را سرعت بخشیده و مسیرهای اولیه استفاده از آن را تعیین کرده است. در عین حال، دامنه کاربرد به طور مداوم در حال گسترش است. دامنه آن را فقط می توان با پیچیدگی فرآیند به دست آوردن چنین ماده ای مانند تیتانیوم خالص محدود کرد. قیمت آلیاژها و فلزات بسیار بالاست، بنابراین امروزه نمی تواند جایگزین آهن و آلومینیوم سنتی شود.

منشاء نام

مناکین اولین نام تیتانیوم بود که تا سال 1795 استفاده می شد. این دقیقاً همان چیزی است که دبلیو گرگور عنصر جدید را بر اساس وابستگی سرزمینی آن نامید. مارتین کلاپروت در سال 1797 نام "تیتانیوم" را به این عنصر اختصاص داد. در این زمان، همکاران فرانسوی او، به رهبری شیمیدان نسبتا معتبر A.L. Lavoisier، نامگذاری مواد تازه کشف شده را مطابق با ویژگی های اساسی آنها پیشنهاد کردند. دانشمند آلمانی با این رویکرد موافق نبود؛ او کاملاً منطقی معتقد بود که در مرحله کشف، تعیین تمام ویژگی های ذاتی یک ماده و انعکاس آنها در نام بسیار دشوار است. با این حال، باید به رسمیت شناخته شود که اصطلاحی که به طور شهودی توسط Klaproth انتخاب شده است، کاملاً با فلز مطابقت دارد - این بارها توسط دانشمندان مدرن تأکید شده است. دو نظریه اصلی در مورد منشاء نام تیتانیوم وجود دارد. این فلز را می‌توان به افتخار ملکه الف‌ها تیتانیا (شخصیتی از اساطیر آلمانی) به این شکل نامگذاری کرد. این نام هم نماد سبکی و هم قدرت ماده است. بیشتر دانشمندان تمایل دارند از نسخه اساطیر یونان باستان استفاده کنند که در آن پسران قدرتمند الهه زمین گایا تیتان نامیده می شدند. این نسخه همچنین با نام عنصر قبلاً کشف شده - اورانیوم پشتیبانی می شود.

بودن در طبیعت

در میان فلزاتی که از نظر فنی برای انسان ارزشمند هستند، تیتانیوم از نظر فراوانی در پوسته زمین در رتبه چهارم قرار دارد. فقط آهن، منیزیم و آلومینیوم دارای درصد بالایی در طبیعت هستند. بیشترین محتوای تیتانیوم در پوسته بازالت، کمی کمتر در لایه گرانیت مشاهده شد. در آب دریا محتوای این ماده کم است - تقریباً 0.001 میلی گرم در لیتر. عنصر شیمیایی تیتانیوم کاملاً فعال است، بنابراین یافتن آن به شکل خالص غیرممکن است. اغلب در ترکیبات با اکسیژن وجود دارد و ظرفیت آن چهار است. تعداد کانی های حاوی تیتانیوم از 63 تا 75 (در منابع مختلف) متغیر است، در حالی که در مرحله فعلی تحقیقات، دانشمندان به کشف اشکال جدید ترکیبات آن ادامه می دهند. برای استفاده عملی، مواد معدنی زیر بیشترین اهمیت را دارند:

ایلمنیت (FeTiO 3).
روتیل (TiO 2).
تیتانیت (CaTiSiO 5).
پروسکایت (CaTiO 3).
مگنتیت تیتانیوم (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) و غیره

تمام سنگ‌های موجود حاوی تیتانیوم به دو دسته پلاسر و سنگ‌های پایه تقسیم می‌شوند. این عنصر یک مهاجر ضعیف است، فقط می تواند به شکل سنگ های شکسته یا حرکت سنگ های سیلتی پایین حرکت کند. در بیوسفر، بیشترین مقدار تیتانیوم در جلبک ها یافت می شود. در نمایندگان جانوران زمینی، این عنصر در بافت های شاخی و مو تجمع می یابد. بدن انسان با وجود تیتانیوم در طحال، غدد فوق کلیوی، جفت و غده تیروئید مشخص می شود.

مشخصات فیزیکی

تیتانیوم فلزی غیرآهنی با رنگ سفید مایل به نقره ای است که از نظر ظاهری شبیه فولاد است. در دمای 0 0 C چگالی آن 4.517 گرم بر سانتی متر مکعب است. این ماده دارای وزن مخصوص کم است که برای فلزات قلیایی (کادمیم، سدیم، لیتیوم، سزیم) معمول است. از نظر چگالی، تیتانیوم یک موقعیت میانی بین آهن و آلومینیوم را اشغال می کند، در حالی که ویژگی های عملکرد آن بالاتر از هر دو عنصر است. خواص اصلی فلزات که در تعیین دامنه کاربرد آنها مورد توجه قرار می گیرد سختی است. تیتانیوم 12 برابر قوی تر از آلومینیوم، 4 برابر قوی تر از آهن و مس است، اما بسیار سبک تر است. انعطاف پذیری و استحکام تسلیم آن به آن اجازه می دهد تا در دماهای پایین و بالا پردازش شود، مانند سایر فلزات، یعنی با پرچ کردن، آهنگری، جوشکاری و نورد. ویژگی بارز تیتانیوم رسانایی حرارتی و الکتریکی کم آن است، در حالی که این خواص در دماهای بالا تا 500 درجه سانتیگراد حفظ می شود. در میدان مغناطیسی، تیتانیوم یک عنصر پارامغناطیس است، مانند آهن جذب نمی شود و به بیرون رانده نمی شود. مثل مس عملکرد ضد خوردگی بسیار بالا در محیط های تهاجمی و تحت فشار مکانیکی منحصر به فرد است. بیش از 10 سال قرار گرفتن در معرض آب دریا ظاهر و ترکیب صفحه تیتانیوم را تغییر نداد. در این صورت آهن در اثر خوردگی کاملاً از بین می رود.

خواص ترمودینامیکی تیتانیوم

چگالی (در شرایط عادی) 4.54 گرم بر سانتی متر مکعب است.
عدد اتمی - 22.
گروه فلزات - نسوز، سبک وزن.
جرم اتمی تیتانیوم 47.0 است.
نقطه جوش (0 درجه سانتیگراد) - 3260.
حجم مولی سانتی متر 3 / مول - 10.6.
نقطه ذوب تیتانیوم (0 درجه سانتیگراد) 1668 است.
گرمای ویژه تبخیر (کیلوژول بر مول) - 422.6.
مقاومت الکتریکی (در 20 0 C) اهم * سانتی متر * 10 -6 - 45.

خواص شیمیایی

افزایش مقاومت در برابر خوردگی عنصر با تشکیل یک فیلم کوچک اکسید روی سطح توضیح داده می شود. این ماده (در شرایط عادی) از گازهای (اکسیژن، هیدروژن) موجود در اتمسفر اطراف عنصری مانند فلز تیتانیوم جلوگیری می کند. خواص آن تحت تأثیر دما تغییر می کند. هنگامی که به 600 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، واکنشی با اکسیژن رخ می دهد و در نتیجه اکسید تیتانیوم (TiO 2) تشکیل می شود. در صورت جذب گازهای اتمسفر، ترکیبات شکننده ای تشکیل می شود که کاربرد عملی ندارند، به همین دلیل جوشکاری و ذوب تیتانیوم در شرایط خلاء انجام می شود. یک واکنش برگشت پذیر فرآیند انحلال هیدروژن در فلز است که با افزایش دما (از 400 درجه سانتیگراد و بالاتر) فعالتر رخ می دهد. تیتانیوم، به ویژه ذرات کوچک آن (صفحه یا سیم نازک)، در جو نیتروژن می سوزد. واکنش شیمیایی تنها در دمای 700 درجه سانتیگراد امکان پذیر است که منجر به تشکیل نیترید قلع می شود. آلیاژهای بسیار سخت با بسیاری از فلزات تشکیل می دهد و اغلب یک عنصر آلیاژی است. با هالوژن ها (کروم، برم، ید) تنها در حضور یک کاتالیزور (درجه حرارت بالا) و در معرض برهمکنش با ماده خشک است. در این حالت آلیاژهای بسیار سخت و نسوز تشکیل می شوند. تیتانیوم با محلول‌های بیشتر قلیایی‌ها و اسیدها، به استثنای اسید سولفوریک غلیظ (با جوشش طولانی)، اسید هیدروفلوئوریک و اسیدهای آلی داغ (اسید فرمیک، اسید اگزالیک) از نظر شیمیایی فعال نیست.

محل تولد

سنگ معدن ایلمنیت رایج ترین در طبیعت است - ذخایر آنها 800 میلیون تن تخمین زده می شود. ذخایر ذخایر روتیل بسیار معتدل‌تر هستند، اما حجم کل - با حفظ رشد تولید - باید فلزی مانند تیتانیوم را برای 120 سال آینده برای بشریت فراهم کند. قیمت محصول نهایی به تقاضا و افزایش سطح تولید بستگی دارد، اما به طور متوسط در محدوده 1200 تا 1800 روبل / کیلوگرم متغیر است. در شرایط بهبود مداوم فنی، هزینه تمام فرآیندهای تولید با نوسازی به موقع آنها به طور قابل توجهی کاهش می یابد. چین و روسیه بیشترین ذخایر را دارند؛ ژاپن، آفریقای جنوبی، استرالیا، قزاقستان، هند، کره جنوبی، اوکراین و سیلان نیز دارای منابع معدنی هستند. ذخایر در حجم تولید و درصد تیتانیوم در سنگ معدن متفاوت است؛ بررسی های زمین شناسی ادامه دارد، که این امکان را فراهم می کند که کاهش ارزش بازار فلز و استفاده گسترده تر از آن را فرض کنیم. روسیه بزرگترین تولید کننده تیتانیوم است.

اعلام وصول

برای تولید تیتانیوم، بیشتر از دی اکسید تیتانیوم استفاده می شود که حاوی حداقل مقدار ناخالصی است. از غنی سازی کنسانتره ایلمنیت یا سنگ معدن روتیل به دست می آید. در یک کوره قوس الکتریکی، سنگ معدن تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد که با جداسازی آهن و تشکیل سرباره حاوی اکسید تیتانیوم همراه است. روش اسید سولفوریک یا کلرید برای تصفیه کسر بدون آهن استفاده می شود. اکسید تیتانیوم یک پودر خاکستری است (عکس را ببینید). فلز تیتانیوم با پردازش گام به گام آن به دست می آید.

مرحله اول فرآیند تف جوشی سرباره با کک و قرار گرفتن در معرض بخار کلر است. TiCl 4 حاصل هنگام قرار گرفتن در دمای 850 درجه سانتیگراد با منیزیم یا سدیم کاهش می یابد. بسته به جهت استفاده بیشتر، یک آلیاژ یا فلز خالص تشکیل می شود (ناخالصی ها با حرارت دادن به 1000 0 C حذف می شوند). برای تولید ماده ای با کسر ناخالصی 01/0 درصد از روش یدید استفاده می شود. این بر اساس فرآیند تبخیر بخارات آن از یک اسفنج تیتانیوم از قبل با هالوژن است.

حوزه های کاربردی

نقطه ذوب تیتانیوم بسیار بالا است، که با توجه به سبکی فلز، یک مزیت ارزشمند برای استفاده از آن به عنوان یک ماده ساختاری است. بنابراین بیشترین کاربرد را در کشتی سازی، صنعت هوانوردی، ساخت موشک و تولید مواد شیمیایی پیدا می کند. تیتانیوم اغلب به عنوان یک افزودنی آلیاژی در آلیاژهای مختلف استفاده می شود که ویژگی های سختی و مقاومت حرارتی را افزایش می دهند. خواص ضد خوردگی بالا و توانایی مقاومت در برابر اکثر محیط های تهاجمی، این فلز را برای صنایع شیمیایی ضروری می کند. خطوط لوله، ظروف، دریچه های قطع و فیلترهای مورد استفاده در تقطیر و انتقال اسیدها و سایر مواد شیمیایی فعال از تیتانیوم (آلیاژهای آن) ساخته شده اند. هنگام ایجاد دستگاه هایی که در دماهای بالا کار می کنند، تقاضا می شود. از ترکیبات تیتانیوم برای ساخت ابزارهای برش بادوام، رنگ، پلاستیک و کاغذ، ابزار جراحی، ایمپلنت، جواهرات، مواد تکمیلی و استفاده در صنایع غذایی استفاده می شود. توصیف همه جهت ها دشوار است. طب مدرن به دلیل ایمنی کامل بیولوژیکی اغلب از فلز تیتانیوم استفاده می کند. قیمت تنها عاملی است که تا کنون بر وسعت کاربرد این عنصر تأثیر می گذارد. منصفانه است که بگوییم تیتانیوم ماده آینده است که با مطالعه آن بشریت به مرحله جدیدی از توسعه حرکت خواهد کرد.

بخش عمده ای از تیتانیوم صرف نیازهای هوانوردی و فناوری موشکی و کشتی سازی دریایی می شود. این و همچنین فروتیتانیوم به عنوان یک افزودنی آلیاژی برای فولادهای با کیفیت بالا و به عنوان یک عامل اکسید زدا استفاده می شود. تیتانیوم فنی برای ساخت ظروف، راکتورهای شیمیایی، خطوط لوله، اتصالات، پمپ ها، شیرها و سایر محصولاتی که در محیط های تهاجمی کار می کنند استفاده می شود. تیتانیوم فشرده برای ساخت مش ها و سایر قطعات دستگاه های خلاء الکتریکی که در دمای بالا کار می کنند استفاده می شود.

از نظر استفاده به عنوان یک ماده ساختاری، Ti در جایگاه چهارم قرار دارد و بعد از Al، Fe و Mg در رتبه دوم قرار دارد. آلومینیدهای تیتانیوم در برابر اکسیداسیون و مقاوم در برابر حرارت بسیار مقاوم هستند که به نوبه خود استفاده از آنها را در صنعت حمل و نقل هوایی و خودروسازی به عنوان مواد ساختاری تعیین می کند. بی ضرر بودن بیولوژیکی این فلز آن را به ماده ای عالی برای صنایع غذایی و جراحی ترمیمی تبدیل می کند.

تیتانیوم و آلیاژهای آن به دلیل استحکام مکانیکی بالا که در دماهای بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت، استحکام ویژه، چگالی کم و سایر خواص مفید حفظ می‌شوند، به طور گسترده در فناوری استفاده می‌شوند. هزینه بالای این فلز و مواد مبتنی بر آن در بسیاری از موارد با عملکرد بیشتر آنها جبران می شود و در برخی موارد تنها ماده اولیه ای هستند که می توان از آن تجهیزات یا سازه هایی ساخت که می توانند در این شرایط خاص عمل کنند.

آلیاژهای تیتانیوم نقش مهمی در فناوری هوانوردی ایفا می کنند، جایی که آنها در تلاش برای به دست آوردن سبک ترین ساختار همراه با استحکام لازم هستند. Ti در مقایسه با سایر فلزات سبک وزن است، اما در عین حال می تواند در دماهای بالا کار کند. برای ساخت بدنه، قطعات بست، کیت قدرت، قطعات شاسی و واحدهای مختلف از مواد مبتنی بر Ti استفاده می شود. از این مواد در ساخت موتورهای جت هواپیما نیز استفاده می شود. این به شما امکان می دهد وزن آنها را 10-25٪ کاهش دهید. آلیاژهای تیتانیوم برای تولید دیسک ها و پره های کمپرسور، قطعات ورودی هوا و راهنماها در موتورها و بست های مختلف استفاده می شود.

یکی دیگر از زمینه های کاربردی موشک سازی است. به دلیل کارکرد کوتاه مدت موتورها و عبور سریع لایه های متراکم جو در علم موشک، مشکلات استحکام خستگی، استقامت ایستا و تا حدی خزش تا حد زیادی برطرف می شود.

تیتانیوم فنی به دلیل استحکام حرارتی ناکافی برای استفاده در هوانوردی مناسب نیست، اما به دلیل مقاومت فوق العاده بالا در برابر خوردگی، در برخی موارد در صنایع شیمیایی و کشتی سازی ضروری است. بنابراین در ساخت کمپرسورها و پمپ‌ها برای پمپاژ محیط‌های تهاجمی مانند اسید سولفوریک و کلریدریک و نمک‌های آن‌ها، خطوط لوله، شیرهای خاموش، اتوکلاو، انواع ظروف، فیلترها و غیره استفاده می‌شود. فقط Ti دارای مقاومت در برابر خوردگی در محیط هایی مانند کلر مرطوب، محلول های آبی و اسیدی کلر، بنابراین تجهیزات صنعت کلر از این فلز ساخته می شود. همچنین برای ساخت مبدل های حرارتی که در محیط های خورنده کار می کنند، به عنوان مثال، اسید نیتریک (غیر سیگاری) استفاده می شود. در کشتی سازی از تیتانیوم برای ساخت پروانه، آبکاری کشتی ها، زیردریایی ها، اژدرها و غیره استفاده می شود. پوسته ها به این ماده نمی چسبند، که به شدت مقاومت کشتی را در حین حرکت افزایش می دهد.

آلیاژهای تیتانیوم برای استفاده در بسیاری از کاربردهای دیگر امیدوارکننده هستند، اما گسترش آنها در فناوری به دلیل هزینه بالا و فراوانی ناکافی این فلز با مشکل مواجه شده است.

ترکیبات تیتانیوم نیز به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود. کاربید (TiC) سختی بالایی دارد و در تولید ابزارهای برش و ساینده استفاده می شود. دی اکسید سفید (TiO2) در رنگ ها (به عنوان مثال سفید تیتانیوم) و در تولید کاغذ و پلاستیک استفاده می شود. ترکیبات آلی تیتانیوم (به عنوان مثال تترابوتوکسی تیتانیوم) به عنوان کاتالیزور و سخت کننده در صنایع شیمیایی و رنگ و لاک استفاده می شود. ترکیبات غیر آلی Ti در صنایع الکترونیک شیمیایی و فایبرگلاس به عنوان افزودنی استفاده می شود. دیبورید (TiB 2) یک جزء مهم از مواد فوق سخت برای پردازش فلز است. نیترید (TiN) برای پوشش ابزار استفاده می شود.

بسیاری به تیتانیوم کمی مرموز و کاملاً مطالعه نشده علاقه مند هستند - فلزی که خواص آن تا حدودی مبهم است. فلز هم قوی ترین و هم شکننده ترین است.

قوی ترین و شکننده ترین فلز

توسط دو دانشمند با اختلاف 6 سال کشف شد - W. Gregor انگلیسی و M. Klaproth آلمانی. نام تیتان از یک سو با تایتان های افسانه ای، ماوراء الطبیعه و بی باک و از سوی دیگر با تیتانیا، ملکه پریان مرتبط است.
این یکی از رایج ترین مواد در طبیعت است، اما فرآیند به دست آوردن فلز خالص بسیار پیچیده است.

22 عنصر شیمیایی جدول دی مندلیف تیتانیوم (Ti) متعلق به گروه 4 دوره 4 است.

رنگ تیتانیوم نقره ای-سفید با درخشندگی مشخص است. تابش خیره کننده آن با تمام رنگ های رنگین کمان می درخشد.

این یکی از فلزات نسوز است. در دمای +1660 درجه سانتیگراد (20± درجه سانتیگراد) ذوب می شود. تیتانیوم پارامغناطیس است: در میدان مغناطیسی مغناطیسی نمی شود و از آن رانده نمی شود.
این فلز با چگالی کم و استحکام بالا مشخص می شود. اما ویژگی این ماده این است که حتی حداقل ناخالصی های سایر عناصر شیمیایی به طور اساسی خواص آن را تغییر می دهد. در حضور نسبت ناچیزی از فلزات دیگر، تیتانیوم مقاومت حرارتی خود را از دست می دهد و حداقل مواد غیرفلزی در ترکیب آن آلیاژ را شکننده می کند.
این ویژگی وجود 2 نوع ماده را تعیین می کند: خالص و فنی.

تیتانیوم خالص در مواردی استفاده می‌شود که به یک ماده بسیار سبک که می‌تواند بارهای سنگین و محدوده دمایی فوق‌العاده بالا را تحمل کند، مورد نیاز است.
مواد فنی در جایی استفاده می شود که پارامترهایی مانند سبکی، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی ارزش گذاری می شوند.

این ماده دارای خاصیت ناهمسانگردی است. این بدان معنی است که فلز می تواند مشخصات فیزیکی خود را بر اساس نیروی اعمال شده تغییر دهد. هنگام برنامه ریزی برای استفاده از متریال باید به این ویژگی توجه کنید.

تیتانیوم در صورت وجود ناخالصی های دیگر فلزات قدرت خود را از دست می دهد

بررسی خواص تیتانیوم در شرایط عادی بی اثر بودن آن را تایید می کند. این ماده به عناصر موجود در جو اطراف واکنش نشان نمی دهد.
تغییرات پارامتر زمانی شروع می شود که دما به +400 درجه سانتیگراد و بالاتر برسد. تیتانیوم با اکسیژن واکنش می دهد، می تواند در نیتروژن مشتعل شود و گازها را جذب می کند.
این ویژگی ها دستیابی به یک ماده خالص و آلیاژهای آن را دشوار می کند. تولید تیتانیوم بر اساس استفاده از تجهیزات خلاء گران قیمت است.

تیتانیوم و رقابت با فلزات دیگر

این فلز به طور مداوم با آلیاژهای آلومینیوم و آهن مقایسه می شود. بسیاری از خواص شیمیایی تیتانیوم به طور قابل توجهی بهتر از خواص رقبا هستند:

از نظر مقاومت مکانیکی تیتانیوم 2 برابر آهن و آلومینیوم 6 برابر است. استحکام آن با کاهش دما افزایش می یابد که در بین رقبا مشاهده نمی شود.
ویژگی های ضد خوردگی تیتانیوم به طور قابل توجهی بیشتر از سایر فلزات است.
در دمای محیط، فلز کاملاً بی اثر است. اما زمانی که دما به بالای 200+ درجه سانتی گراد می رسد، این ماده شروع به جذب هیدروژن می کند و ویژگی های آن را تغییر می دهد.
در دماهای بالاتر، تیتانیوم با سایر عناصر شیمیایی واکنش می دهد. استحکام ویژه بالایی دارد که 2 برابر بیشتر از خواص بهترین آلیاژهای آهن است.
خواص ضد خوردگی تیتانیوم به طور قابل توجهی از آلومینیوم و فولاد ضد زنگ بیشتر است.
این ماده جریان الکتریکی را به خوبی هدایت نمی کند. مقاومت الکتریکی تیتانیوم 5 برابر بیشتر از آهن، 20 برابر بیشتر از آلومینیوم و 10 برابر بیشتر از منیزیم است.
تیتانیوم با هدایت حرارتی کم مشخص می شود، این به دلیل ضریب انبساط حرارتی پایین آن است. 3 برابر کمتر از آهن و 12 برابر کمتر از آلومینیوم است.

تیتانیوم چگونه بدست می آید؟

این ماده از نظر توزیع در طبیعت رتبه 10 را دارد. حدود 70 ماده معدنی حاوی تیتانیوم به شکل اسید تیتانیک یا دی اکسید تیتانیوم وجود دارد. رایج ترین آنها و حاوی درصد بالایی از مشتقات فلزی عبارتند از:

ایلمنیت؛
روتیل؛
آناتاز
پروسکایت؛
بروکیت

ذخایر اصلی سنگ معدن تیتانیوم در ایالات متحده آمریکا، بریتانیا، ژاپن، ذخایر بزرگ در روسیه، اوکراین، کانادا، فرانسه، اسپانیا و بلژیک کشف شده است.

استخراج تیتانیوم یک فرآیند پرهزینه و کار فشرده است

استخراج فلز از آنها بسیار گران است. دانشمندان 4 روش برای تولید تیتانیوم ابداع کرده اند که هر کدام کاربردی بوده و به طور موثر در صنعت استفاده می شود:

روش منیزیم حرارتی. مواد خام استخراج شده حاوی ناخالصی های تیتانیوم فرآوری شده و دی اکسید تیتانیوم به دست می آید. این ماده در دمای بالا در معرض کلرزنی در معدن یا کلریناتور نمک قرار می گیرد. این فرآیند بسیار کند است و در حضور یک کاتالیزور کربن انجام می شود. در این حالت، دی اکسید جامد به یک ماده گازی - تتراکلرید تیتانیوم تبدیل می شود. مواد حاصل با منیزیم یا سدیم کاهش می یابد. آلیاژ تشکیل شده در طی واکنش در واحد خلاء تا دمای فوق العاده بالا گرم می شود. در نتیجه واکنش، منیزیم و ترکیبات آن با کلر تبخیر می شوند. در پایان فرآیند، یک ماده اسفنج مانند به دست می آید. ذوب شده و تیتانیوم با کیفیت بالا بدست می آید.
روش هیدرید کلسیم سنگ معدن تحت یک واکنش شیمیایی برای تولید هیدرید تیتانیوم قرار می گیرد. مرحله بعدی جداسازی ماده به اجزای آن است. تیتانیوم و هیدروژن در حین گرمایش در واحدهای خلاء آزاد می شوند. در پایان فرآیند، اکسید کلسیم به دست می آید که با اسیدهای ضعیف شسته می شود. دو روش اول مربوط به تولید صنعتی است. آنها امکان به دست آوردن تیتانیوم خالص را در کوتاه ترین زمان ممکن با هزینه های نسبتا کم فراهم می کنند.
روش الکترولیز. ترکیبات تیتانیوم در معرض جریان زیاد هستند. بسته به ماده اولیه، ترکیبات به اجزای کلر، اکسیژن و تیتانیوم تقسیم می شوند.
روش یدید یا پالایش. دی اکسید تیتانیوم به دست آمده از مواد معدنی با بخار ید پاشیده می شود. در نتیجه واکنش، یدید تیتانیوم تشکیل می شود که تا دمای بالا - 1300 ... + 1400 درجه سانتیگراد گرم می شود و در معرض جریان الکتریکی قرار می گیرد. در این مورد، اجزای زیر از ماده منبع جدا می شوند: ید و تیتانیوم. فلز به دست آمده از این روش فاقد ناخالصی و مواد افزودنی است.

مناطق استفاده

استفاده از تیتانیوم به میزان خالص سازی آن از ناخالصی ها بستگی دارد. وجود حتی مقدار کمی از عناصر شیمیایی دیگر در ترکیب آلیاژ تیتانیوم به طور اساسی ویژگی های فیزیکی و مکانیکی آن را تغییر می دهد.

تیتانیوم با مقدار مشخصی ناخالصی تیتانیوم فنی نامیده می شود. مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارد، این ماده سبک وزن و بسیار بادوام است. استفاده از آن به این شاخص ها و سایر شاخص ها بستگی دارد.

در صنایع شیمیاییمبدل‌های حرارتی، لوله‌های با قطرهای مختلف، اتصالات، محفظه‌ها و قطعات پمپ‌ها برای مقاصد مختلف از تیتانیوم و آلیاژهای آن ساخته می‌شوند. این ماده در مکان هایی که به استحکام و مقاومت بالا در برابر اسیدها نیاز است ضروری است.
با حمل و نقلتیتانیوم برای ساخت قطعات و مجموعه های دوچرخه، اتومبیل، واگن های راه آهن و قطار استفاده می شود. استفاده از این ماده باعث کاهش وزن وسایل نورد و خودروها می شود و به قطعات دوچرخه سبکی و استحکام می بخشد.
تیتانیوم از اهمیت بالایی برخوردار است در وزارت نیروی دریایی. قطعات و اجزای بدنه زیردریایی ها، ملخ های قایق ها و هلیکوپترها از آن ساخته می شود.
در صنعت ساختماناز آلیاژ روی-تیتانیوم استفاده می شود. به عنوان ماده تکمیل کننده نما و سقف استفاده می شود. این آلیاژ بسیار بادوام یک ویژگی مهم دارد: می توان از آن برای ساخت قطعات معماری با عالی ترین پیکربندی استفاده کرد. می تواند به هر شکلی باشد.
تیتانیوم در دهه اخیر به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است در صنعت نفت. از آلیاژهای آن در ساخت تجهیزات حفاری فوق عمیق استفاده می شود. این ماده برای تولید تجهیزات برای تولید نفت و گاز دریایی استفاده می شود.

تیتانیوم کاربردهای بسیار وسیعی دارد

تیتانیوم خالص زمینه های کاربردی خاص خود را دارد. در جایی که مقاومت در برابر دماهای بالا لازم است و در عین حال استحکام فلز را حفظ می کند، مورد نیاز است.

در استفاده می شود :

ساخت هواپیما و صنعت فضایی برای ساخت قطعات پوستی، محفظه، عناصر بست، ارابه فرود.
دارو برای پروتزها و ساخت دریچه های قلب و سایر وسایل؛
فناوری کار در ناحیه برودتی (در اینجا از خاصیت تیتانیوم استفاده می شود - با کاهش دما ، استحکام فلز افزایش می یابد و شکل پذیری آن از بین نمی رود).

از نظر درصدی، استفاده از تیتانیوم برای تولید مواد مختلف به صورت زیر است:

60٪ برای تولید رنگ استفاده می شود.
پلاستیک 20٪ مصرف می کند.
13٪ در تولید کاغذ استفاده می شود.
مهندسی مکانیک 7 درصد از تیتانیوم تولیدی و آلیاژهای آن را مصرف می کند.

مواد اولیه و فرآیند تولید تیتانیوم گران است، هزینه های تولید آن با طول عمر محصولات ساخته شده از این ماده جبران و پرداخت می شود، توانایی آن در تغییر نکردن ظاهر آن در کل دوره عملیات.

عنصر 22 (تیتانیوم انگلیسی، تیتان فرانسوی، تیتان آلمانی) در پایان قرن 18 کشف شد، زمانی که جستجو و تجزیه و تحلیل مواد معدنی جدید که هنوز در ادبیات شرح داده نشده است، نه تنها شیمیدانان و کانی شناسان، بلکه دانشمندان آماتور را نیز مجذوب خود کرد. یکی از این آماتورها، کشیش انگلیسی گرگور، در محله خود در دره مناچان در کورنوال، ماسه سیاه مخلوط با ماسه سفید مایل به سفید یافت. گرگور یک نمونه ماسه را در اسید هیدروکلریک حل کرد. در همان زمان 46 درصد آهن از ماسه آزاد شد. گرگور بقیه نمونه را در اسید سولفوریک حل کرد و تقریباً تمام ماده به استثنای 3.5٪ سیلیس به محلول رفت. پس از تبخیر محلول اسید سولفوریک، پودر سفید رنگی به مقدار 46 درصد نمونه باقی ماند. گرگور آن را نوع خاصی از آهک می دانست که در اسید اضافی محلول است و توسط پتاسیم سوزاننده رسوب می کند. گرگور در ادامه مطالعه پودر به این نتیجه رسید که این پودر ترکیبی از آهن با مقداری فلز ناشناخته است. گرگور پس از مشورت با دوستش، هاوکینز، کانی شناس، نتایج کار خود را در سال 1791 منتشر کرد و پیشنهاد کرد که فلز جدید را Menachine به نام دره ای که ماسه سیاه در آن یافت می شود، نامیده شود. مطابق با این، کانی اصلی مناکونیت نام گرفت. کلاپروت با پیام گرگور آشنا شد و مستقل از او شروع به تجزیه و تحلیل ماده معدنی کرد که در آن زمان به عنوان "شرل مجارستانی قرمز" (روتیل) شناخته می شد. به زودی او موفق شد اکسیدی از یک فلز ناشناخته را از ماده معدنی جدا کند، که او آن را تیتانیوم (تیتان) با قیاس با تیتان ها - ساکنان اساطیری باستانی زمین، نامید. کلاپروت عمداً یک نام اساطیری را به جای نامگذاری عناصر با توجه به ویژگی های آنها انتخاب کرد، همانطور که توسط لاووازیه و کمیسیون نامگذاری آکادمی علوم پاریس پیشنهاد شد و منجر به سوء تفاهم های جدی شد. کلاپروت با مشکوک شدن به اینکه مناخین و تیتانیوم گرگور یک عنصر هستند، تجزیه و تحلیل مقایسه ای مناکونیت و روتیل انجام داد و هویت هر دو عنصر را مشخص کرد. در روسیه در پایان قرن نوزدهم. تیتانیوم از ایلمنیت جدا شد و توسط T.E. Lovitz از جنبه شیمیایی مورد مطالعه قرار گرفت. در همان زمان، او به برخی از اشتباهات در تعاریف کلاپروت اشاره کرد. تیتانیوم خالص الکترولیتی در سال 1895 توسط مویسان به دست آمد. در ادبیات روسی اوایل قرن نوزدهم. تیتانیوم گاهی اوقات تیتانیوم نامیده می شود (Dvigubsky، 1824) و پنج سال بعد نام تیتانیوم در آنجا ظاهر می شود.

بنای یادبود به افتخار کاشفان فضا در سال 1964 در مسکو برپا شد. تقریباً هفت سال (1958-1964) برای طراحی و ساخت این ابلیسک صرف شد. نویسندگان باید نه تنها مشکلات معماری و هنری، بلکه مشکلات فنی را نیز حل می کردند. اولین مورد از اینها انتخاب مواد از جمله روکش بود. پس از آزمایش های زیاد، روی ورقه های تیتانیوم جلا داده شده تا درخشندگی مستقر شدیم.

در واقع، تیتانیوم در بسیاری از ویژگی ها و بالاتر از همه در مقاومت در برابر خوردگی، برتر از اکثریت قریب به اتفاق فلزات و آلیاژها است. گاهی اوقات (به ویژه در ادبیات عامیانه) تیتانیوم را فلز ابدی می نامند. اما اجازه دهید ابتدا درباره تاریخچه این عنصر صحبت کنیم.

اکسید شده یا اکسید نشده؟

تا سال 1795 عنصر شماره 22 «مناکین» نام داشت. این همان چیزی است که در سال 1791 توسط شیمی‌دان و کانی‌شناس انگلیسی ویلیام گرگور، که عنصر جدیدی را در کانی مناکانیت کشف کرد (به دنبال این نام در کتاب‌های مرجع کانی‌شناسی مدرن نباشید - مناکانیت نیز تغییر نام داده است، اکنون به آن ایلمنیت می‌گویند، نامیده شد. ).

چهار سال پس از کشف گرگور، شیمیدان آلمانی مارتین کلاپروت عنصر شیمیایی جدیدی را در کانی دیگری - روتیل - کشف کرد و آن را به افتخار ملکه الف تیتانیا (اساطیر آلمانی) نامگذاری کرد.

بر اساس نسخه دیگری، نام عنصر از تیتان ها، پسران قدرتمند الهه زمین گایا (اساطیر یونانی) گرفته شده است.

در سال 1797 معلوم شد که گرگور و کلاپروت همان عنصر را کشف کرده بودند، و اگرچه گرگور قبلاً این کار را انجام داده بود، نامی که کلاپروت به آن داده بود برای عنصر جدید تعیین شد.

اما نه گرگور و نه کلاپروت نتوانستند عنصر عنصری را بدست آورند تیتانیوم. پودر کریستالی سفیدی که آنها جدا کردند، دی اکسید تیتانیوم TiO 2 بود. برای مدت طولانی، هیچ یک از شیمیدانان موفق به کاهش این اکسید و جداسازی فلز خالص از آن نشدند.

در سال 1823، دانشمند انگلیسی W. Wollaston گزارش داد که بلورهایی که او در سرباره متالورژیکی کارخانه مرتیر تیدفیل کشف کرد، چیزی جز تیتانیوم خالص نبود. و 33 سال بعد، شیمیدان معروف آلمانی F. Wöhler ثابت کرد که این کریستال ها دوباره یک ترکیب تیتانیوم هستند، این بار یک کربنیترید فلز مانند.

برای سالهای زیادی اعتقاد بر این بود که فلز تیتانیوم اولین بار توسط برزلیوس در سال 1825 بدست آمد.در کاهش فلوروتیتانات پتاسیم با فلز سدیم. با این حال، امروزه با مقایسه خواص تیتانیوم و محصول به دست آمده توسط برزلیوس، می توان ادعا کرد که رئیس آکادمی علوم سوئد اشتباه کرده است، زیرا تیتابنوم خالص به سرعت در اسید هیدروفلوئوریک (بر خلاف بسیاری از اسیدهای دیگر) حل می شود و برزلیوس تیتانیوم فلزی با موفقیت در برابر عمل خود مقاومت کرد.

در واقع، Ti اولین بار تنها در سال 1875 توسط دانشمند روسی D.K. Kirillov به دست آمد. نتایج این کار در بروشور «تحقیق در مورد تیتانیوم» او منتشر شد. اما کار دانشمند کمتر شناخته شده روسی مورد توجه قرار نگرفت. 12 سال بعد، یک محصول نسبتاً خالص - حدود 95٪ تیتانیوم - توسط هموطنان برزلیوس، شیمیدانان معروف L. Nilsson و O. Peterson به دست آمد که تتراکلرید تیتانیوم را با سدیم فلزی در یک بمب هرمتیک فولادی کاهش دادند.

در سال 1895، شیمیدان فرانسوی A. Moissan، با کاهش دی اکسید تیتانیوم با کربن در یک کوره قوس و قرار دادن مواد حاصل در تصفیه مضاعف، تیتانیوم حاوی تنها 2٪ ناخالصی، عمدتا کربن را به دست آورد. سرانجام در سال 1910 شیمیدان آمریکایی ام. به همین دلیل است که در اکثر کتاب ها اولویت به دست آوردن فلز تیتانیوم به هانتر نسبت داده شده است نه کریلوف، نیلسون یا مویسان.

با این حال، نه هانتر و نه معاصران او آینده بزرگی را برای تایتان پیش بینی نمی کردند. فقط چند دهم درصد ناخالصی ها در فلز وجود داشت، اما این ناخالصی ها تیتانیوم را شکننده، شکننده و برای ماشین کاری نامناسب می کرد. بنابراین، برخی از ترکیبات تیتانیوم زودتر از خود فلز کاربرد پیدا کردند. به عنوان مثال، تتراکلرید Ti به طور گسترده در جنگ جهانی اول برای ایجاد پرده های دود استفاده شد.

شماره 22 در پزشکی

در سال 1908، در ایالات متحده آمریکا و نروژ، تولید رنگ سفید نه از ترکیبات سرب و روی، همانطور که قبلا انجام می شد، بلکه از دی اکسید تیتانیوم آغاز شد. با چنین سفیدی می توانید چندین برابر سطوح بزرگتر از همان مقدار سرب یا روی را رنگ کنید. علاوه بر این، سفید تیتانیوم بازتاب بیشتری دارد، سمی نیست و تحت تأثیر سولفید هیدروژن تیره نمی شود. ادبیات پزشکی موردی را توصیف می کند که در آن شخصی 460 گرم دی اکسید تیتانیوم را در یک زمان "گرفت"! (من تعجب می کنم که او آن را با چه اشتباه گرفته است؟) "عاشق" دی اکسید تیتانیوم هیچ احساس دردناکی را تجربه نکرد. TiO 2 در برخی از داروها به ویژه پمادهای ضد بیماری های پوستی موجود است.

با این حال ، این دارو نیست ، بلکه صنعت رنگ و لاک است که بیشترین مقدار TIO 2 را مصرف می کند. تولید جهانی این ترکیب به مراتب از نیم میلیون تن در سال فراتر رفته است. لعاب های مبتنی بر دی اکسید تیتانیوم به طور گسترده ای به عنوان پوشش های محافظ و تزئینی برای فلز و چوب در کشتی سازی، ساخت و ساز و مهندسی مکانیک استفاده می شود. عمر خدمات سازه ها و قطعات به طور قابل توجهی افزایش یافته است. از تیتانیوم سفید برای رنگ آمیزی پارچه ها ، چرم و سایر مواد استفاده می شود.

Ti در صنعت

دی اکسید تیتانیوم بخشی از توده های چینی ، لیوان های نسوز و مواد سرامیکی با ثابت دی الکتریک است. به عنوان پرکننده ای که مقاومت و مقاومت در برابر گرما را افزایش می دهد ، به ترکیبات لاستیکی معرفی می شود. با این حال ، تمام مزایای ترکیبات تیتانیوم در برابر پس زمینه خواص منحصر به فرد فلز خالص تیتانیوم ناچیز به نظر می رسد.

تیتان عنصری

در سال 1925 ، دانشمندان هلندی ون آرکل و د بوئر تیتانیوم خلوص بالا را به دست آوردند - 99.9 ٪ با استفاده از روش یدید (بیشتر در این مورد). برخلاف تیتانیوم به دست آمده توسط هانتر، انعطاف پذیری داشت: می‌توان آن را در سرما جعل کرد، به شکل ورق، نوار، سیم و حتی نازک‌ترین فویل‌ها درآورد. اما این حتی چیز اصلی نیست. مطالعات مربوط به خصوصیات فیزیکوشیمیایی فلز تیتانیوم منجر به نتایج تقریباً خارق العاده ای شده است. به عنوان مثال مشخص شد که تیتانیوم که تقریباً دو برابر آهن سبکتر است (چگالی تیتانیوم 4.5 گرم بر سانتی متر مکعب) از نظر استحکام نسبت به بسیاری از فولادها برتری دارد. مقایسه با آلومینیوم نیز به نفع تیتانیوم بود: تیتانیوم تنها یک و نیم برابر سنگین‌تر از آلومینیوم است، اما شش برابر قوی‌تر است و آنچه به ویژه مهم است، استحکام خود را در دمای 500 درجه سانتی‌گراد حفظ می‌کند. و با افزودن عناصر آلیاژی - تا 650 درجه سانتیگراد)، در حالی که مقاومت آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم در دمای 300 درجه سانتیگراد به شدت کاهش می یابد.

تیتانیوم همچنین از سختی قابل توجهی برخوردار است: 12 برابر سخت تر از آلومینیوم ، 4 برابر سخت تر از آهن و مس است. یکی دیگر از ویژگی های مهم فلز ، قدرت عملکرد آن است. هرچه بیشتر باشد ، قطعات بهتری که از این فلز مقاومت می کند ، در برابر بارهای عملیاتی مقاومت می کند ، شکل و اندازه آنها را طولانی تر می کند. قدرت عملکرد تیتانیوم تقریباً 18 برابر بیشتر از آلومینیوم است.

برخلاف اکثر فلزات، تیتانیوم مقاومت الکتریکی قابل توجهی دارد: اگر رسانایی الکتریکی نقره 100 در نظر گرفته شود، هدایت الکتریکی مس 94، آلومینیوم - 60، آهن و پلاتین - 15، و تیتانیوم - فقط 3.8 است. به سختی نیازی به توضیح نیست که این ویژگی، مانند غیر مغناطیسی تیتانیوم، برای الکترونیک رادیویی و مهندسی برق مورد توجه است.

مقاومت تیتانیوم در برابر خوردگی قابل توجه است. پس از 10 سال قرار گرفتن در معرض آب دریا، هیچ اثری از خوردگی روی صفحه این فلز ظاهر نشد. روتور هلیکوپترهای سنگین مدرن از آلیاژ تیتانیوم ساخته شده است. سکان ها، ایلرون ها و برخی دیگر از قطعات حیاتی هواپیماهای مافوق صوت نیز از این آلیاژها ساخته شده اند. امروزه در بسیاری از کارخانه های شیمیایی می توانید کل دستگاه ها و ستون های ساخته شده از تیتانیوم را پیدا کنید.

نحوه بدست آوردن تیتانیوم

قیمت یکی دیگر از مواردی است که باعث کاهش سرعت تولید و مصرف تیتانیوم می شود. در واقع، هزینه بالا یک نقص ذاتی تیتانیوم نیست. مقدار زیادی از آن در پوسته زمین وجود دارد - 0.63٪. همچنان قیمت بالای تیتانیوم نتیجه دشواری استخراج آن از سنگ معدن است. با میل ترکیبی بالای تیتانیوم برای بسیاری از عناصر و استحکام پیوندهای شیمیایی در ترکیبات طبیعی آن توضیح داده می شود. از این رو پیچیدگی فناوری است. این همان چیزی است که روش حرارتی منیزیم برای تولید تیتانیوم به نظر می رسد که در سال 1940 توسط دانشمند آمریکایی V. Kroll توسعه یافت.

دی اکسید تیتانیوم با استفاده از کلر (در حضور کربن) به تتراکلرید تیتانیوم تبدیل می شود:

HO 2 + C + 2CI 2 → HCI 4 + CO 2.

این فرآیند در کوره های شفت الکتریکی در دمای 800-1250 درجه سانتی گراد انجام می شود. گزینه دیگر کلرزنی نمک های فلزات قلیایی NaCl و KCl در مذاب است.عملیات بعدی (به همان اندازه مهم و پر زحمت) - تصفیه TiCl 4 از ناخالصی ها - با استفاده از روش ها و مواد مختلف انجام می شود. تتراکلرید تیتانیوم در شرایط عادی مایعی با نقطه جوش 136 درجه سانتی گراد است.

شکستن پیوند بین تیتانیوم و کلر آسان تر از اکسیژن است. این را می توان با استفاده از منیزیم توسط واکنش انجام داد

TiCl 4 + 2Mg → T + 2MgCl2.

این واکنش در راکتورهای فولادی در دمای 900 درجه سانتی گراد انجام می شود. نتیجه یک اسفنج به اصطلاح تیتانیوم آغشته به منیزیم و کلرید منیزیم است. آنها در یک دستگاه خلاء مهر و موم شده در دمای 950 درجه سانتیگراد تبخیر می شوند و اسفنج تیتانیوم پس از پخت یا ذوب به یک فلز فشرده تبدیل می شود.

روش حرارتی سدیم برای تولید فلز تیتانیوم، اصولاً تفاوت چندانی با روش حرارتی منیزیم ندارد. این دو روش بیشترین کاربرد را در صنعت دارند. برای به دست آوردن تیتانیوم خالص تر، روش یدید پیشنهاد شده توسط ون آرکل و دی بوئر هنوز استفاده می شود. اسفنج تیتانیوم متالوترمیک به یدید TiI 4 تبدیل می شود که سپس در خلاء تصعید می شود. در راه، بخار یدید تیتاپ با سیم تیتانیومی مواجه می شود که تا دمای 1400 درجه سانتی گراد گرم شده است. در این حالت یدید تجزیه می شود و لایه ای از تیتانیوم خالص روی سیم رشد می کند. این روش تولید تیتانیوم کم بهره وری و گران است، بنابراین در صنعت به میزان بسیار محدودی استفاده می شود.

با وجود نیروی کار و شدت انرژی تولید تیتانیوم، در حال حاضر به یکی از مهم ترین زیربخش های متالورژی غیر آهنی تبدیل شده است. تولید جهانی تیتانیوم با سرعت بسیار بالایی در حال توسعه است. این را می توان حتی از روی اطلاعات تکه تکه ای که به چاپ می رسد قضاوت کرد.

مشخص است که در سال 1948 تنها 2 تن تیتانیوم در جهان ذوب شد و 9 سال بعد - در حال حاضر 20 هزار تن بود. . 24.4 هزار تن تیتانیوم ... به نظر می رسد تا همین اواخر، تیتانیوم را یک فلز کمیاب می نامیدند - اکنون مهم ترین ماده ساختاری است. این را می توان تنها با یک چیز توضیح داد: ترکیبی نادر از خواص مفید عنصر شماره 22. و طبیعتاً نیازهای فناوری.

نقش تیتانیوم به عنوان یک ماده ساختاری، اساس آلیاژهای با مقاومت بالا برای حمل و نقل هوایی، کشتی سازی و موشک، به سرعت در حال افزایش است. بیشتر تیتانیوم ذوب شده در جهان در آلیاژها استفاده می شود. آلیاژی شناخته شده برای صنعت هوانوردی که از 90% تیتانیوم، 6% آلومینیوم و 4% وانادیم تشکیل شده است. در سال 1976، گزارش هایی در مطبوعات آمریکا در مورد آلیاژ جدیدی برای همین منظور ظاهر شد: 85٪ تیتانیوم، 10٪ وانادیم، 3٪ آلومینیوم و 2٪ آهن. آنها ادعا می کنند که این آلیاژ نه تنها بهتر است، بلکه مقرون به صرفه تر است.

به طور کلی، آلیاژهای تیتانیوم شامل عناصر بسیاری از جمله پلاتین و پالادیوم هستند. دومی (در مقدار 0.1-0.2٪) مقاومت شیمیایی در حال حاضر بالای آلیاژهای تیتانیوم را افزایش می دهد.

استحکام تیتانیوم نیز با "افزودنی های آلیاژی" مانند نیتروژن و اکسیژن افزایش می یابد. اما همراه با استحکام، آنها سختی و از همه مهمتر شکنندگی تیتانیوم را افزایش می دهند، بنابراین محتوای آنها به شدت تنظیم می شود: بیش از 0.15٪ اکسیژن و 0.05٪ نیتروژن به آلیاژ مجاز نیست.

با وجود این واقعیت که تیتانیوم گران است، جایگزینی آن با مواد ارزان‌تر در بسیاری از موارد مقرون به صرفه است. در اینجا یک مثال معمولی است. بدنه یک دستگاه شیمیایی ساخته شده از فولاد ضد زنگ 150 روبل و یک دستگاه ساخته شده از آلیاژ تیتانیوم 600 روبل قیمت دارد. اما در عین حال، یک راکتور فولادی تنها 6 ماه و یک راکتور تیتانیوم - 10 سال دوام می آورد. هزینه های جایگزینی راکتورهای فولادی و خرابی تجهیزات اجباری را اضافه کنید - و آشکار می شود که استفاده از تیتانیوم گران قیمت می تواند سود بیشتری نسبت به فولاد داشته باشد.

متالورژی از مقادیر قابل توجهی تیتانیوم استفاده می کند. صدها نوع فولاد و آلیاژهای دیگر وجود دارند که حاوی تیتانیوم به عنوان یک افزودنی آلیاژی هستند. برای بهبود ساختار فلزات، افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی معرفی شده است.

برخی از واکنش های هسته ای باید تقریباً در خلاء مطلق انجام شوند. با استفاده از پمپ های جیوه می توان خلاء را به چند میلیاردم جو رساند. اما این کافی نیست و پمپ های جیوه توانایی بیشتری ندارند. پمپاژ بیشتر هوا توسط پمپ های تیتانیوم ویژه انجام می شود. علاوه بر این، برای دستیابی به خلاء بیشتر، تیتانیوم ریز پراکنده روی سطح داخلی محفظه که در آن واکنش ها انجام می شود، اسپری می شود.

تیتانیوم اغلب فلز آینده نامیده می شود. حقایقی که علم و فناوری قبلاً در اختیار دارند ما را متقاعد می کنند که این کاملاً درست نیست - تیتانیوم قبلاً فلز فعلی شده است.

پروسکایت و اسفن. ایلمنیت - متاتیتانات آهن FeTiO 3 - حاوی 52.65 درصد TiO2 است. نام این ماده معدنی به دلیل یافتن آن در اورال در کوه های ایلمن است. بزرگترین محل شن های ایلمنیت در هند یافت می شود. یکی دیگر از مواد معدنی مهم، روتیل، دی اکسید تیتانیوم است. تیتانومگنتیت ها، مخلوط طبیعی ایلمنیت با مواد معدنی آهن نیز از اهمیت صنعتی برخوردار هستند. ذخایر غنی از سنگ معدن تیتانیوم در اتحاد جماهیر شوروی، ایالات متحده آمریکا، هند، نروژ، کانادا، استرالیا و سایر کشورها وجود دارد. چندی پیش، زمین شناسان یک ماده معدنی جدید حاوی تیتانیوم را در منطقه بایکال شمالی کشف کردند که به افتخار فیزیکدان شوروی، آکادمیسین L. D. Landau، landauite نام گرفت. در مجموع، بیش از 150 معدن سنگ معدن و ذخایر قابل توجه تیتانیوم در سراسر جهان شناخته شده است.