موضوع مقاله: تولید تیتانیوم | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تولید تیتانیوم | مقدمه: رسوبات این عنصر که به سادگی با عمیات معدنی بدست می‌آیند در سرتاسر جهان وجود دارند. | ## بخش 1: تولید تیتانیوم | همچنین ایلمنایت مگنتیت در اکراین و ایلمنایت هماتیت در کانادا نیز به صورت رسوبات سخت وجود دارند. باوجود کمیاب بودن دی‌اکسید تیتانیوم (روتیل) و گران‌تر بودن این سنگ معدن، بیشترمورد استفاده قرار می گیرد زیرا فاقد ترکیبات آهن و فرآوری آن آسان تر می باشد. در برخی از موارد، با فرآوری ایلمنایت و حذف آهن، می‌توان به روتیل مصنوعی دست یافت. این واکنش در داخل «راکتور ناپیوسته» (Batch Reactor) و محیط خنثی تحت دمای 1000 درجه سانتی‌گراد صورت می‌گرفت که بعد از آن از هیدروکلریک اسید برای شستشوی نمک از محصول نهایی مورد استفاده قرار می گرفت. این فرایند شامل چهار مرحله زیر می باشد: 1.کلریناسیون سنگ معدن به تیتانیوم (IV) کلرید دی‌اکسید تیتانیوم به لحاظ حرارتی بسیار پایدار و در برابر واکنش‌های شیمیایی) بسیار مقاوم است. دی‌اکسید تیتانیوم را نمی‌توان با استفاده از کربن، مونو اکسید کربن یا هیدروژن کاهش داد. همچنین کاهش آن بوسیله عناصر با الکتروپوزیتیوی بیشتر (الکترونگاتیوی کم‌تر) نیز به طور کامل صورت نمی‌گیرد. اگر بتوان آن را به صورت تیتانیوم (IV) کلرید تبدیل کرد در نهایت می‌توان به تیتانیم دست پیدا کرد چراکه کلرید به راحتی کاهش می‌یابد. این آماده‌سازی به این دلیل صورت می‌گیرد تا «وانادیم اکسی کلراید» (VOCl3) که نقطه جوشی برابر با تیتانیوم (IV) کلرید دارد از آن حذف شود. محصول نهایی شامل تیتانیوم (IV) کلرید با خلوص 99/9 درصد است که از آن می‌توان در تولید تیتانیوم یا رنگ‌های مات استفاده کرد. تانکرهایی که برای نگهداری این مواد استفاده می‌شود باید خشک و عاری از هرگونه رطوبت باشند چراکه این مواد در حضور آب و تحت یک هیدرولیز سریع رسوبات سفید هیدروژن کلرید از خود بجای می‌گذارند: TiCl4(l)+2H2O(l)→TiO2(S)+4HCl(g) 3. | ## بخش 2: تولید تیتانیوم | این مایع را گرم می‌کنند تا بخار آن را از یک رآکتور از جنس فولاد ضدزنگ عبور دهند. این رآکتور شامل منیزیمی است که تا 526 درجه سانتی‌گراد و در محیط آرگون گرم شده است. در واکنش های پیرومتالوژی که استخراج فلزات در دمای بالا صورت می گیرد، یک عامل احیا کننده وجود دارد، در اینجا منیزیم به عنوان عامل احیا کننده حضور دارد. گذر تیتانیوم (IV) کلرید از رآکتور و واکنش آن گرمازا است و دما را تا 826 درجه سانتی‌گراد بالا می‌برد. کلریدهای تولیدی در حین واکنش، سرعت پایین دارند و به جهت سرعت بخشیدن به واکنش، دما را تا بیش از 1000 درجه سانتی‌گراد بالا می‌برند. منیزیمی که در واکنش شرکت نکرده است را به همراه مخلوط کلرید و تیتانیوم خرد می‌کنند و به منظور حذف منیزیم کلرید، آنها را با هیدروکلریک اسید رقیق شستشو می‌دهند. در روشی دیگر که معمولاً در ژاپن انجام می‌شود، حذف منیزیمِ واکنش نداده از تیتانیوم به کمک تقطیر خلا و با دمای بالا انجام می‌شود. با الکترولیز منیزیم کلرید، از منیزیم تولیدی دوباره در فرایند کاهش استفاده می‌کنند و کلر تولیدی را نیز در بخش کلر زنی بکار می‌گیرند. این گرده‌های تیتانیومی را می‌توان جداگانه به فروش رساند یا با فرآوری آن‌ها به محصولات مختلف تیتانیومی دست یافت. 4.فرآوری اسفنج تیتانیوم اسفنج تیتانیوم به سادگی در دمای بالا با نیتروژن و اکسیژن واکنش می‌دهد. در نتیجه برای فرآوری آن باید از محیط‌های خلأ یا محیطی خنثی مانند آرگون کمک گرفت. | ## بخش 3: تولید تیتانیوم | در این مرحله، ممکن است مواد بازیافتی این فلز یا فلزات دیگر را بمنظور تولید آلیاژهای تیتانیوم به فرایند اضافه کنند. قوس الکتریکی میان بوته و الکترود رخ می‌دهد که در نهایت موجب ذوب شدن الکترود در داخل بوته خواهد بود. این مواد مذاب، بعد از سرد شدن به شمش‌هایی تبدیل می‌شوند که می‌توان آن‌ها را برای ایجاد کیفیت بهتر، دوباره ذوب کرد. با وجود اینکه این روش از نظر شیمی، روش جدیدی نیست اما به تازگی روشی پیوسته به همین منظور توسعه پیدا کرده است که باعث کاهش هزینه‌ها نیز خواهد شد. تیتانیوم (IV) کلرید به یک جریان مذاب از سدیم وارد می‌شود و کلرید طی یک فرایند ردوکس به فلز کاهش پیدا می‌کند. از آنجایی که تیتانیوم و سدیم کلرید هر دو جامد هستند، خارج کردن آنها از سدیم مذاب به کمک فیلتراسیون صورت می‌گیرد. پس از این مرحله، جداسازی فلز تیتانیوم از نمک، به سادگی با شستشو توسط آب امکان‌پذیر خواهد بود. سدیم کلرید تولید شده بعد از خشک شدن، ذوب و به کمک الکترولیز به سدیم و کلر تبدیل می‌شود. فرایند کمبریج تحقیقات در دانشگاه کمبریج انگلستان موجب توسعه روشی بر پایه الکترولیت شد که دی‌اکسید تیتانیوم را به طور مستقیم به تیتانیوم تبدیل کند. دی‌اکسید تیتانیوم (روتیل) را پودر و به گلوله‌هایی تبدیل می‌کنند که نقش کاتدی دارند. با اعمال ولتاژ، اکسید تیتانیوم به تیتانیوم کاهش می‌یابد و یون‌های اکسیدشده به طرف آند کربنی حرکت می‌کنند. | ## جمع‌بندی | استفاده از این روش موجب کاهش هزینه‌ها و بکارگیری گسترده این فلز با ارزش خواهد بود.