تم اكتشاف التيتانيوم في كورنوال ، بريطانيا العظمى ، من قبل ويليام جريجور في عام 1791 وسمي من قبل مارتن هاينريش كلابروث على اسم جبابرة الأساطير اليونانية. يوجد العنصر في عدد من الرواسب المعدنية ، خاصة الروتيل والإلمنيت ، والتي يتم توزيعها على نطاق واسع في قشرة الأرض والغلاف الصخري ؛ يوجد في جميع الكائنات الحية تقريبًا ، وكذلك المسطحات المائية والصخور والتربة. يُستخرج المعدن من خاماته المعدنية الرئيسية بواسطة عمليتي Kroll و Hunter. المركب الأكثر شيوعًا ، وهو ثاني أكسيد التيتانيوم ، هو محفز ضوئي شائع ويستخدم في تصنيع الأصباغ البيضاء. تشتمل المركبات الأخرى على رباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl4) ، وهو أحد مكونات مصافي الدخان والمحفزات ؛ وثلاثي كلوريد التيتانيوم (TiCl3) ، والذي يستخدم كعامل مساعد في إنتاج البولي بروبلين.
يمكن تصنيع سبائك التيتانيوم مع الحديد والألمنيوم والفاناديوم والموليبدينوم ، من بين عناصر أخرى ، لإنتاج سبائك قوية وخفيفة الوزن للفضاء (المحركات النفاثة والصواريخ والمركبات الفضائية) والعمليات العسكرية والصناعية (الكيماويات والبتروكيماويات ومحطات تحلية المياه واللب ، والورق) السيارات ، والزراعة (الزراعة) ، والأطراف الاصطناعية الطبية ، وزراعة العظام ، وأدوات وملفات الأسنان وعلاج الجذور ، وزراعة الأسنان ، والسلع الرياضية ، والمجوهرات ، والهواتف المحمولة ، وغيرها من التطبيقات.
أكثر الخصائص المفيدة للمعدن هي مقاومة التآكل ونسبة القوة إلى الكثافة ، وهي أعلى خصائص أي عنصر معدني. في حالته الخالية من الشوائب ، يكون التيتانيوم قويًا مثل بعض أنواع الفولاذ ولكنه أقل كثافة. هناك شكلين متآصلين وخمسة نظائر طبيعية لهذا العنصر ، من 46Ti إلى 50Ti ، مع 48Ti هو الأكثر وفرة (73.8 بالمائة).
الخصائص الفيزيائية
كمعدن ، يتم التعرف على التيتانيوم لنسبة القوة إلى الوزن العالية. إنه معدن قوي ذو كثافة منخفضة وهو مطيل تمامًا (خاصة في بيئة خالية من الأكسجين) ولونه لامع ولونه أبيض معدني. نقطة الانصهار العالية نسبيًا (1668 درجة أو 3 ، 0 34 درجة فهرنهايت) تجعلها مفيدة كمعدن مقاوم للصهر. إنه مغناطيسي وذو موصلية كهربائية وحرارية منخفضة إلى حد ما مقارنة بالمعادن الأخرى. التيتانيوم هو موصل فائق عند تبريده تحت درجة حرارته الحرجة البالغة 0.49 كلفن.
تتمتع درجات التيتانيوم النقية تجاريًا (نقيها بنسبة 99.2 بالمائة) بقوة شد نهائية تبلغ حوالي 434 ميجا باسكال (63 ، 000 رطل لكل بوصة مربعة) ، مساوية لتلك الخاصة بسبائك الفولاذ الشائعة منخفضة الدرجة ، ولكنها أقل كثافة. التيتانيوم أكثر كثافة من الألمنيوم بنسبة 60 بالمائة ، ولكنه أقوى بمرتين من سبائك الألومنيوم 6061- الأكثر استخدامًا. تحقق بعض سبائك التيتانيوم (على سبيل المثال ، بيتا سي) قوة شد تزيد عن 1400 ميجا باسكال (200 ، 000 رطل لكل بوصة مربعة). ومع ذلك ، يفقد التيتانيوم قوته عند تسخينه فوق 430 درجة (806 درجة فهرنهايت).
التيتانيوم ليس صعبًا مثل بعض درجات الصلب المعالج حرارياً ؛ إنه غير مغناطيسي وموصل رديء للحرارة والكهرباء. تتطلب المعالجة بالقطع احتياطات لأن المادة يمكن أن تتلف ما لم يتم استخدام أدوات حادة وطرق تبريد مناسبة. مثل الهياكل الفولاذية ، فإن تلك المصنوعة من التيتانيوم لها حد إجهاد يضمن طول العمر في بعض التطبيقات.
المعدن هو تآصل ثنائي الشكل من شكل سداسي يتغير إلى شكل مكعب (شعرية) محوره الجسم عند 882 درجة (1620 درجة فهرنهايت). تزداد الحرارة النوعية للشكل بشكل كبير حيث يتم تسخينها إلى درجة حرارة التحول هذه ولكنها تنخفض بعد ذلك وتظل ثابتة إلى حد ما بالنسبة للشكل بغض النظر عن درجة الحرارة.
الخواص الكيميائية
مثل الألومنيوم والمغنيسيوم ، يتأكسد سطح معدن التيتانيوم وسبائكه فور التعرض للهواء لتشكيل طبقة تخميل رقيقة غير مسامية تحمي المعدن الكتلي من المزيد من الأكسدة أو التآكل. عندما تتشكل لأول مرة ، يبلغ سمك هذه الطبقة الواقية 1-2 نانومتر فقط ولكنها تستمر في النمو ببطء ، لتصل إلى سمك 25 نانومتر في أربع سنوات. تمنح هذه الطبقة التيتانيوم مقاومة ممتازة للتآكل ، أي ما يعادل البلاتين تقريبًا.
التيتانيوم قادر على مقاومة الهجمات عن طريق تخفيف أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك ، ومحاليل الكلوريد ، ومعظم الأحماض العضوية. ومع ذلك ، يتآكل التيتانيوم بواسطة الأحماض المركزة. كما يتضح من إمكانات الأكسدة السلبية ، فإن التيتانيوم عبارة عن معدن ديناميكي حراري شديد التفاعل يحترق في جو عادي عند درجات حرارة أقل من نقطة الانصهار. الذوبان ممكن فقط في جو خامل أو في فراغ. عند 550 درجة (1،022 درجة فهرنهايت) ، فإنه يتحد مع الكلور. كما أنه يتفاعل مع الهالوجينات الأخرى ويمتص الهيدروجين.
يتفاعل التيتانيوم بسهولة مع الأكسجين عند 1200 درجة (2190 درجة فهرنهايت) في الهواء ، وعند 610 درجة (1130 درجة فهرنهايت) في الأكسجين النقي ، مكونًا ثاني أكسيد التيتانيوم. التيتانيوم هو أحد العناصر القليلة التي تحترق في غاز النيتروجين النقي ، حيث يتفاعل عند 800 درجة (1470 درجة فهرنهايت) لتكوين نيتريد التيتانيوم ، مما يسبب التقصف. بسبب تفاعله العالي مع الأكسجين والنيتروجين والعديد من الغازات الأخرى ، فإن التيتانيوم الذي يتبخر من الخيوط هو الأساس لمضخات تسامي التيتانيوم ، حيث يعمل التيتانيوم كزبال لهذه الغازات من خلال الارتباط الكيميائي بها. تنتج هذه المضخات ضغوطًا منخفضة للغاية في أنظمة تفريغ عالية جدًا.
حادثة
التيتانيوم هو العنصر التاسع الأكثر وفرة في القشرة الأرضية (0. 63٪ بالكتلة) وسابع أكثر المعادن وفرة. إنه موجود كأكاسيد في معظم الصخور النارية ، وفي الرواسب المشتقة منها ، وفي الكائنات الحية ، وفي المسطحات المائية الطبيعية. من بين 8 0 نوعًا واحدًا من الصخور النارية التي تم تحليلها بواسطة هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، كان هناك 784 نوعًا من الصخور التي تحتوي على التيتانيوم. نسبته في التربة ما يقرب من 0.5 إلى 1.5 في المائة.
المعادن الشائعة المحتوية على التيتانيوم هي anatase و brookite و ilmenite و perovskite و rutile و titanite (sphene). Akaogiite هو معدن نادر للغاية يتكون من ثاني أكسيد التيتانيوم. من بين هذه المعادن ، فقط الروتيل والإلمنيت لهما أهمية اقتصادية ، ومع ذلك يصعب العثور عليهما بتركيزات عالية. تم استخراج حوالي 6. 0 و 0. 7 ملايين طن من تلك المعادن في عام 2011 ، على التوالي. توجد رواسب الإلمنيت الكبيرة الحاملة للتيتانيوم في غرب أستراليا وكندا والصين والهند وموزمبيق ونيوزيلندا والنرويج وسيراليون وجنوب إفريقيا وأوكرانيا. تم إنتاج حوالي 210 ، 000 طنًا من إسفنج معدن التيتانيوم في عام 2020 ، معظمها في الصين (110 ، 000 طنًا) ، اليابان (50 ، 000 طنًا) ، روسيا (33 ، {{ 15}} ، وكازاخستان (15 ، 000 ر). يقدر إجمالي الاحتياطيات من anatase و ilmenite و rutile بأكثر من 2 مليار طن.
يبلغ تركيز التيتانيوم حوالي 4 بيكومولار في المحيط. عند 100 درجة ، يقدر تركيز التيتانيوم في الماء بأقل من 10−7 م عند الرقم الهيدروجيني 7. تظل هوية أنواع التيتانيوم في المحلول المائي غير معروفة بسبب انخفاض قابليتها للذوبان وعدم وجود طرق طيفية حساسة ، على الرغم من أن 4 زائد حالة الأكسدة مستقرة في الهواء. لا يوجد دليل على وجود دور بيولوجي ، على الرغم من أن الكائنات الحية النادرة معروفة بتركيزات عالية من التيتانيوم.
يوجد التيتانيوم في النيازك ، وقد تم اكتشافه في الشمس وفي النجوم من النوع M (النوع الأكثر برودة) مع درجة حرارة سطح تبلغ 3200 درجة (5790 درجة فهرنهايت). تتكون الصخور التي تم إحضارها من القمر خلال مهمة أبولو 17 من 12.1 بالمائة TiO2. التيتانيوم الأصلي (المعدني النقي) نادر جدًا.
إذا كنت تريد معرفة المزيد من الأخبار عن التيتانيوم ،الرجاء الضغط هنا.
اتصل بنا: zhangjixia@bjygti.com
