टाइटेनियम के गुण और विशेषताएं

टाइटेनियम एक मजबूत और हल्का दुर्दम्य धातु है। टाइटेनियम मिश्र धातु एयरोस्पेस उद्योग के लिए महत्वपूर्ण हैं, जबकि इसका उपयोग चिकित्सा, रासायनिक और सैन्य हार्डवेयर और खेल उपकरण में भी किया जा रहा है।

एयरोस्पेस अनुप्रयोगों लेखा 80% टाइटेनियम की खपत के लिए, जबकि धातु का 20% कवच, मेडिकल हार्डवेयर और उपभोक्ता वस्तुओं में उपयोग किया जाता है।

• परमाणु प्रतीक: तिवारी
• परमाणु संख्या: २२
• तत्व श्रेणी: संक्रमण धातु
• घनत्व: 4.506 / सेमी³
• गलनांक: 3038 ° F (1670 ° C)
• क्वथनांक: 5949 ° F (3287 ° C)
• मोह की कठोरता: 6

मिश्र टाइटेनियम युक्त उनके उच्च शक्ति, कम वजन और असाधारण संक्षारण प्रतिरोध के लिए जाना जाता है। के रूप में के रूप में मजबूत होने के बावजूद इस्पात, टाइटेनियम वजन में लगभग 40% हल्का है।

यह, गुहिकायन के अपने प्रतिरोध के साथ (तेजी से दबाव में परिवर्तन, जो सदमे की लहरों का कारण बनता है, जो कर सकता है समय के साथ कमजोर या धातु को नुकसान) और क्षरण, इसे एयरोस्पेस के लिए एक आवश्यक संरचनात्मक धातु बनाता है इंजीनियरों।

इसके प्रतिरोध में टाइटेनियम भी दुर्जेय है जंग पानी और रासायनिक मीडिया दोनों द्वारा। यह प्रतिरोध टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO) की एक पतली परत का परिणाम है

टाइटेनियम में लोच का मापांक कम होता है। इसका मतलब है कि टाइटेनियम बहुत लचीला है, और झुकने के बाद अपने मूल आकार में लौट सकता है। स्मृति मिश्र (मिश्रधातु जो ठंडा होने पर विकृत हो सकती है, लेकिन गर्म होने पर अपने मूल आकार में लौट आएगी) कई आधुनिक अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हैं।

टाइटेनियम गैर-चुंबकीय और बायोकंपैटिबल (गैर विषैले, गैर-एलर्जेनिक) है, जिसके कारण चिकित्सा क्षेत्र में इसका उपयोग बढ़ गया है।

किसी भी रूप में टाइटेनियम धातु का उपयोग, केवल द्वितीय विश्व युद्ध के बाद वास्तव में विकसित हुआ। वास्तव में, टाइटेनियम को एक धातु के रूप में अलग नहीं किया गया था जब तक कि अमेरिकी रसायनज्ञ मैथ्यू हंटर ने टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड (TiCl) को कम करके इसका उत्पादन नहीं किया था₄) 1910 में सोडियम के साथ; एक विधि जिसे अब हंटर प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।

वाणिज्यिक उत्पादन, हालांकि, तब तक नहीं आया जब तक कि विलियम जस्टिन क्रोल ने नहीं दिखाया कि 1930 के दशक में मैग्नीशियम का उपयोग करके क्लोराइड को टाइटेनियम से भी कम किया जा सकता था। क्रोल प्रक्रिया आज तक सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली व्यावसायिक उत्पादन पद्धति है।

एक लागत प्रभावी उत्पादन पद्धति विकसित होने के बाद, टाइटेनियम का पहला प्रमुख उपयोग सैन्य विमानों में किया गया था। 1950 और 1960 के दशक में डिजाइन किए गए सोवियत और अमेरिकी सैन्य विमानों और पनडुब्बियों दोनों ने टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग करना शुरू कर दिया। 1960 के दशक के प्रारंभ तक, टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग वाणिज्यिक विमान निर्माताओं द्वारा भी किया जाने लगा।

चिकित्सा क्षेत्र, विशेष रूप से दंत प्रत्यारोपण और प्रोस्थेटिक्स, स्वीडिश डॉक्टर पेर-इंगवार ब्रानमार्क के अध्ययन के बाद टाइटेनियम की उपयोगिता के लिए जागते हैं। 1950 के दशक में पता चला कि टाइटेनियम मनुष्यों में कोई नकारात्मक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को ट्रिगर नहीं करता है, जिससे धातु को एक प्रक्रिया में हमारे शरीर में एकीकृत करने की अनुमति मिलती है। ओसियोइंटीग्रेशन।

हालांकि टाइटेनियम पृथ्वी के क्रस्ट (एल्युमिनियम, लोहा और मैग्नीशियम के पीछे) में सबसे आम धातु तत्व है, का उत्पादन टाइटेनियम धातु संदूषण के लिए अत्यंत संवेदनशील है, विशेष रूप से ऑक्सीजन द्वारा, जो इसके अपेक्षाकृत हाल के विकास और उच्च के लिए जिम्मेदार है लागत।

टाइटेनियम के प्राथमिक उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले मुख्य अयस्क इल्मेनाइट और रूटाइल हैं, जो क्रमशः लगभग 90% और 10% उत्पादन के लिए जिम्मेदार हैं।

2015 में लगभग 10 मिलियन टन टाइटेनियम खनिज सांद्रता का उत्पादन किया गया था, हालांकि केवल ए प्रत्येक वर्ष उत्पादित टाइटेनियम सांद्रता का छोटा अंश (लगभग 5%) अंतत: टाइटेनियम में समाप्त हो जाता है धातु। इसके बजाय, टाइटेनियम डाइऑक्साइड (टीआईओ) के उत्पादन में सबसे अधिक उपयोग किया जाता है₂), एक सफेदी रंग पेंट, खाद्य पदार्थ, दवाइयों और सौंदर्य प्रसाधनों में उपयोग किया जाता है।

क्रोल प्रक्रिया के पहले चरण में, टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड (TiCl) का उत्पादन करने के लिए एक क्लोरीन वातावरण में टाइटेनियम अयस्क को कुचल दिया जाता है और कोकिंग कोल से गर्म किया जाता है₄). क्लोराइड को फिर कंडेनसर के माध्यम से कैप्चर किया और भेजा जाता है, जो एक टाइटेनियम क्लोराइड तरल पैदा करता है जो 99% अधिक शुद्ध होता है।

फिर टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड को सीधे पिघले हुए मैग्नीशियम वाले जहाजों में भेजा जाता है। ऑक्सीजन संदूषण से बचने के लिए, यह आर्गन गैस के अतिरिक्त के माध्यम से निष्क्रिय बना दिया जाता है।

परिणामी आसवन प्रक्रिया के दौरान, जिसमें कई दिन लग सकते हैं, बर्तन को 1832 ° F (1000 ° C) तक गर्म किया जाता है। मैग्नीशियम टाइटेनियम क्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया करता है, क्लोराइड को अलग करता है और मौलिक टाइटेनियम और मैग्नीशियम क्लोराइड का उत्पादन करता है।

परिणामस्वरूप होने वाले रेशेदार टाइटेनियम को टाइटेनियम स्पंज के रूप में जाना जाता है। टाइटेनियम मिश्र धातु और उच्च शुद्धता टाइटेनियम सिल्लियां बनाने के लिए, टाइटेनियम स्पंज को इलेक्ट्रॉन बीम, प्लाज्मा चाप या वैक्यूम-आर्क पिघलने का उपयोग करके विभिन्न मिश्र धातु तत्वों के साथ पिघलाया जा सकता है।