การแปรรูปไทเทเนียมการสกัดไทเทเนียมจากแร่และการเตรียมโลหะผสมไทเทเนียมหรือสารประกอบสำหรับใช้ในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ
Titanium (Ti) เป็นโลหะสีเทาที่อ่อนนุ่มเหนียวและมีสีเงินมีจุดหลอมเหลวที่ 1,675 ° C (3,047 ° F) เนื่องจากการก่อตัวบนพื้นผิวของฟิล์มออกไซด์ที่ค่อนข้างเฉื่อยทางเคมีจึงมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่เป็นธรรมชาติมากที่สุด นอกจากนี้ยังมีน้ำหนักเบามีความหนาแน่น (4.51 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร) อยู่ตรงกลางระหว่างอลูมิเนียมและเหล็ก การรวมกันของความหนาแน่นต่ำและความแข็งแรงสูงให้อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดของโลหะทั่วไปสำหรับอุณหภูมิสูงถึง 600 ° C (1,100 ° F)
เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมนั้นคล้ายคลึงกับโลหะทั่วไปหลายชนิดเช่นอลูมิเนียมเหล็กดีบุกและวานาเดียมจึงสามารถผสมไททาเนียมได้อย่างง่ายดายเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของมัน โลหะสามารถมีอยู่ในรูปแบบของผลึกสองแบบ: หกเหลี่ยมแบบปิดบรรจุ (hcp) ต่ำกว่า 883 ° C (1,621 ° F) และลูกบาศก์ที่มีรูปร่างเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิสูงขึ้นจนถึงจุดหลอมเหลว พฤติกรรม allotropic นี้และความสามารถในการผสมกับองค์ประกอบจำนวนมากส่งผลให้โลหะผสมไทเทเนียมที่มีคุณสมบัติเชิงกลและการกัดกร่อนที่หลากหลาย
ถึงแม้ว่าแร่ไททาเนียมจะมีอยู่มากมาย แต่ความสามารถในการทำปฏิกิริยาสูงของโลหะที่มีออกซิเจนไนโตรเจนและไฮโดรเจนในอากาศที่อุณหภูมิสูงทำให้การผลิตและการผลิตมีราคาแพง
ประวัติศาสตร์
แร่ไทเทเนียมถูกค้นพบครั้งแรกในปี ค.ศ. 1791 ในหาดคอร์นิชโดยวิลเลียมเกรเกอร์นักบวชชาวอังกฤษ การระบุตัวตนที่แท้จริงของออกไซด์นั้นเกิดขึ้นไม่กี่ปีต่อมาโดยนักเคมีชาวเยอรมันชื่อ MH Klaproth Klaproth ได้ให้ไททาเนียมเป็นส่วนประกอบของโลหะนี้ชื่อไทเทเนียมหลังจากไททันส์ยักษ์ใหญ่แห่งเทพนิยายกรีก
ไทเทเนียมบริสุทธิ์ผลิตขึ้นครั้งแรกในปี 1906 หรือ 1910 โดย MA Hunter ที่สถาบันโพลีเทคนิค Rensselaer (ทรอยนิวยอร์กสหรัฐอเมริกา) โดยความร่วมมือกับ บริษัท General Electric นักวิจัยเหล่านี้เชื่อว่าไทเทเนียมมีจุดหลอมเหลวที่ 6,000 ° C (10,800 ° F) และดังนั้นจึงเป็นตัวเลือกสำหรับไส้หลอดไส้ แต่เมื่อ Hunter ผลิตโลหะที่มีจุดหลอมเหลวใกล้กับ 1,800 ° C (3,300 ° F) ความพยายามถูกทอดทิ้ง อย่างไรก็ตาม Hunter ได้ระบุว่าโลหะมีความเหนียวและวิธีการของเขาในการผลิตโดยการทำปฏิกิริยาไทเทเนียม tetrachloride (TiCl 4) ด้วยโซเดียมภายใต้สุญญากาศนั้นได้ถูกนำไปขายในเชิงพาณิชย์และต่อมาได้กลายเป็นกระบวนการฮันเตอร์ โลหะที่มีความเหนียวอย่างมากเกิดขึ้นในปี 1925 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ AE van Arkel และ JH de Boer ซึ่งแยกไทเทเนียม tetraiodide ออกจากไส้หลอดร้อนในหลอดแก้วอพยพ
ในปี 1932 William J. Kroll แห่งลักเซมเบิร์กได้ผลิตไทเทเนียมดัดในปริมาณที่มากโดยการรวม TiCl 4กับแคลเซียม ในปี 1938 Kroll ผลิตไทเทเนียม 20 กิโลกรัม (50 ปอนด์) และเชื่อมั่นว่ามีคุณสมบัติการกัดกร่อนและความแข็งแรงที่ยอดเยี่ยม ในช่วงเริ่มต้นของสงครามโลกครั้งที่สองเขาหนีออกจากยุโรปและทำงานต่อในสหรัฐอเมริกาที่ บริษัท ยูเนี่ยนคาร์ไบด์และต่อมาที่สำนักงานเหมืองแร่สหรัฐ มาถึงตอนนี้เขาได้เปลี่ยนสารรีดิวซ์จากแคลเซียมเป็นโลหะแมกนีเซียม Kroll ได้รับการยอมรับว่าเป็นบิดาของอุตสาหกรรมไทเทเนียมที่ทันสมัยและกระบวนการ Kroll เป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตไทเทเนียมในปัจจุบันส่วนใหญ่
การศึกษากองทัพอากาศสหรัฐดำเนินการในปี 2489 สรุปว่าโลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุทางวิศวกรรมที่มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากความต้องการที่เกิดขึ้นใหม่สำหรับอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูงขึ้นในโครงสร้างเครื่องบินเจ็ทและเครื่องยนต์ไม่สามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ. เป็นผลให้กระทรวงกลาโหมให้แรงจูงใจในการผลิตเพื่อเริ่มต้นอุตสาหกรรมไทเทเนียมในปี 1950 กำลังการผลิตอุตสาหกรรมที่คล้ายกันได้ก่อตั้งขึ้นในประเทศญี่ปุ่นสหภาพโซเวียตและสหราชอาณาจักร หลังจากแรงผลักดันนี้ได้รับจากอุตสาหกรรมการบินและอวกาศความพร้อมของโลหะทำให้เกิดโอกาสสำหรับการใช้งานใหม่ในตลาดอื่น ๆ เช่นการแปรรูปทางเคมีการแพทย์การผลิตกระแสไฟฟ้าและการบำบัดของเสีย
แร่
ไทเทเนียมเป็นโลหะโครงสร้างที่มีมากที่สุดเป็นอันดับสี่ของโลกมีเพียงอลูมิเนียมเหล็กและแมกนีเซียมเท่านั้น แหล่งแร่ที่สามารถใช้งานได้จะถูกกระจายไปทั่วโลกและรวมถึงไซต์ในออสเตรเลีย, สหรัฐอเมริกา, แคนาดา, แอฟริกาใต้, เซียร์ราลีโอน, ยูเครน, รัสเซีย, นอร์เวย์, มาเลเซีย, มาเลเซียและอีกหลายประเทศ
แร่ธาตุเด่นเป็น rutile ซึ่งเป็นประมาณร้อยละ 95 ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO 2) และ ilmenite (FeTiO 3) ซึ่งมี 50-65 เปอร์เซ็นต์ TiO 2 แร่ธาตุที่สาม, leucoxene, เป็นการเปลี่ยนแปลงของ ilmenite ซึ่งส่วนหนึ่งของธาตุเหล็กถูกชะล้างอย่างเป็นธรรมชาติ ไม่มีเนื้อหาไทเทเนียมที่เฉพาะเจาะจง แร่ไททาเนียมเกิดขึ้นในการก่อตัวของลุ่มน้ำและภูเขาไฟ เงินฝากมักจะมีแร่ธาตุหนักระหว่าง 3 และ 12 เปอร์เซ็นต์ประกอบด้วย ilmenite, rutile, leucoxene, zircon และ monazite
