المعادن

استخدامات معدن التيتانيوم وثاني أكسيد التيتانيوم



طائرات استطلاع CIA A-12: صورة لطائرة استطلاع CIA A-12 فوق صوتية تحمل اسم "The Titanium Goose" تستعد للتزود بالوقود على ارتفاعات عالية. الاسم مناسب لأن العديد من أجزائه مصنوعة من التيتانيوم. صورة لوكالة المخابرات المركزية.

ما هو التيتانيوم؟

التيتانيوم معدن فضي قوي ، مقاوم للتآكل ، وخامل. هذا هو العنصر التاسع الأكثر وفرة في قشرة الأرض. بدلاً من حدوثها في رواسب كبيرة ، تحدث كميات صغيرة من التيتانيوم في كل صخرة تقريبًا.

التيتانيوم عنصر هام في عدد صغير من المعادن. حوالي 90 ٪ من التيتانيوم في قشرة الأرض يحدث في الإلمينيت ، وهو معدن لم يسمع به معظم الناس. وهو أكسيد التيتانيوم الحديد مع التركيب الكيميائي لل FeTiO3. يوجد ما تبقى من التيتانيوم القريب من سطح الأرض في المعادن مثل الأناز ، البروكيت ، الليوكوكسين ، البيروفسكيت ، الروتيل ، والسبين.

نيتينول 60: نيتينول 60 عبارة عن سبيكة تحتوي على 60٪ نيكل و 40٪ تيتانيوم. عادة يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ لصنع المحامل لأنه من الصعب ، ولكن الفولاذ المقاوم للصدأ يخضع للتآكل. نيتينول 60 حل مشكلة التآكل دون فقدان القوة ولم تتفاعل مع مواد التشحيم الحاملة. الصورة بواسطة ناسا.

استخدامات معدن التيتانيوم

التيتانيوم معدن مألوف. يعرف الكثير من الناس أنه يستخدم في المجوهرات والأطراف الصناعية ومضارب التنس وأقنعة المرمى والمقص وإطارات الدراجات والأدوات الجراحية والهواتف المحمولة وغيرها من المنتجات عالية الأداء. التيتانيوم قوي مثل الفولاذ ولكن الأوزان حوالي نصف. إنه قوي مثل الألمنيوم ، ولكن أثقل بنسبة 60٪ فقط.

يجمع التيتانيوم مع الحديد والألومنيوم والفاناديوم والنيكل والموليبدينوم والمعادن الأخرى لإنتاج سبائك عالية الأداء. المحركات النفاثة ، المركبات الفضائية ، المعدات العسكرية ، المحامل ، الدروع الواقية للبدن ، وغيرها من المنتجات عالية التقنية تحتاج إلى أجزاء مصنوعة من هذه السبائك.

أجزاء الطائرات التيتانيوم: يوفر معدن التيتانيوم وسبائكه أجزاء عالية القوة وخفيفة الوزن ومقاومة للتآكل لمحركات الطائرات وأجهزة التحكم والمكونات الهيكلية. تحتوي ناسا F-16XL على قفاز تيتانيوم لدراسات التدفق الصفحي تغطي جزءًا من جناحها الأيسر. ناسا الصورة التي كتبها جيم روس.

طلاء ابيض: معظم الطلاء الأبيض المستخدم اليوم يحتوي على ثاني أكسيد التيتانيوم كصبغة. يمنح هذا الطلاء لونًا أبيض ساطعًا دائمًا ، مع عتامة تغطيتها في طبقة واحدة ، وسطوع يعكس الضوء. عندما يجف الطلاء ، فإن الطبقة المعدنية المتبقية على الحائط هي ثاني أكسيد التيتانيوم.

ما هو ثاني أكسيد التيتانيوم؟

ثاني أكسيد التيتانيوم هو مادة بيضاء مشرقة وغير شفافة مع تركيبة كيميائية من TiO2. يتم إنتاجه عن طريق أكسدة ألمينيت أو معادن التيتانيوم الأخرى في درجات حرارة عالية. بعد ذلك يتم وضعه في مسحوق ناعم مطلوب لاستخداماته المتعددة.

يتم استخدام أكثر من عشرة أضعاف التيتانيوم في شكل ثاني أكسيد التيتانيوم مقارنة مع معدن التيتانيوم. معظم الناس لم يسمعوا قط عن استخدام التيتانيوم في هذا الشكل. وذلك لأن ثاني أكسيد التيتانيوم عنصر في المنتجات بدلاً من كونه مادة أولية.

مركبات التلميع: يتم تصنيف مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم بعناية حسب حجم الجسيمات ويباع كطلاء لصنف الجليدي والمعادن. الصورة عبارة عن برميل بهلوان صخري تم فتحه للتو بغطاء أبيض سميك من الطلاء.

استخدامات ثاني أكسيد التيتانيوم

الاستخدام الأكثر شيوعًا للتيتانيوم هو عامل التبييض والإشراق والتعتيم. تحتوي الدهانات البيضاء عالية الجودة عادةً على كميات كبيرة من ثاني أكسيد التيتانيوم ، الذي يحمل اسم صبغة "أبيض التيتانيوم". يزيد ثاني أكسيد التيتانيوم من بياض الطلاء وانعكاسيته. عندما تدخل غرفة وتضيء الضوء ، يكون الطلاء عاكسًا للغاية ويجعل الغرفة تبدو أكثر إشراقًا - لأن مزيدًا من الضوء ينعكس على الأسطح المطلية. يزيد ثاني أكسيد التيتانيوم أيضًا من عتامة الطلاء ، مما يتيح لمعطف واحد تغطية ما هو موجود في العديد من الحالات.

منذ ما يقرب من 2000 عام ، كان "الرصاص الأبيض" صبغة مهمة تستخدم في الطلاء الأبيض. في عام 1904 ، قام شيرون وليامز ، وهو مصنع للطلاء ، بالإبلاغ عن مخاطر الطلاء الذي يحتوي على صبغة الرصاص. منذ ذلك الوقت ، بدأ مصنعو الطلاء في الابتعاد عن أصباغ الرصاص ، وكان صبغ التيتانيوم هو البديل الأكثر قابلية للتطبيق. اليوم ، معظم الطلاء الأبيض الذي تم تصنيعه به ثاني أكسيد التيتانيوم كصبغة.

يتم ضغط ثاني أكسيد التيتانيوم في ألياف الأوراق عالية الجودة لتحسين بياضها ، وسطوعها ، وملمسها. يضاف إلى الحليب الخالي من الدسم لتحسين بياضه والتعتيم. يتم إضافته إلى معجون الأسنان والمطاط والبلاستيك ومستحضرات التجميل ، واقية من الشمس ، والعديد من المنتجات الغذائية لنفس السبب. هذه مواد يستخدمها كل شخص تقريبًا على الأرض تقريبًا كل يوم. قليل من الناس يدركون الدور الذي يلعبه التيتانيوم داخلهم. يمكن استخدامه في الأطعمة ومستحضرات التجميل وغيرها من المنتجات التي يستهلكها الناس لأنه خامل.

يتم تصنيف مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم أيضًا إلى أحجام جزيئات محددة لاستخدامه كمركب تلميع. يتم استخدامه لتلميع الأحجار الكريمة والمعادن وغيرها من المواد. غالبًا ما يكون أقل فاعلية من عمليات التلميع الأخرى ، لكن عندما يكون فعالًا يمكن أن يوفر وفورات في التكاليف.

الرمال المعدنية الثقيلة: يكشف الحفر الضحل في فولي بيتش ، ساوث كارولينا ، طبقات رقيقة من الرمال المعدنية الثقيلة. معظم ألمينيت الملغومة اليوم هو من الرمال مع تركيز المعادن الثقيلة. الصورة: كارلتون بيرن ، هيئة المساحة الجيولوجية بالولايات المتحدة.

من أين يأتي التيتانيوم؟

يتم إنتاج معظم التيتانيوم في العالم عن طريق استخراج الرمال المعدنية الثقيلة. تحدث هذه الرمال المنخفضة التدرج من كتل مكشوفة من الصخور البركانية مثل الجابرو والنوريت والأنورثوسيت. تحتوي هذه الصخور على معادن حاملة للتيتانيوم مثل الإلمينيت ، والأناز ، والبروكيت ، والليوكسين ، والبيروفسكايت ، والروتيل ، والسبين.

عندما يتم تكسير هذه الصخور بسبب التجوية ، فإن معادن التيتانيوم هي من بين أكثرها مقاومة. وهي تتركز عن طريق التجوية ونقلها في اتجاه مجرى النهر كحبوب من الرمال والطمي. في النهاية ، يتم ترسبها على شكل رمال على طول الساحل للقارة. هذا هو المكان الذي عادة ما تكون جرفت أو الملغومة. يحدث التعدين أيضًا في المواقع الداخلية حيث تم إيداع معادن التيتانيوم خلال فترات ارتفاع مستوى سطح البحر عما نعرفه اليوم.

قد تحتوي هذه الرمال المعدنية الثقيلة على نسبة مئوية قليلة من وزن الإلمينيت ومعادن التيتانيوم الأخرى. بعد استخراج الرمل ، ينتقل إلى مصنع معالجة يستعيد المعادن الحاملة للتيتانيوم. قد يتم استرداد المعادن الثمينة الأخرى في نفس الوقت. ثم تتم معالجتها أو بيعها لإنتاج معدن التيتانيوم أو ثاني أكسيد التيتانيوم. ثم يتم إرجاع الرمل إلى الموقع الذي تم فيه استخراج الملغم ويتم استعادة الشاطئ.

التيتانيوم في تيار الرواسب والتربة: خريطة توضح وفرة التيتانيوم ، في شكل ثاني أكسيد التيتانيوم ، في رواسب التيار والتربة في جزء من شرق الولايات المتحدة. تُظهر المنطقة الغنية بالتيتانيوم المطابقة لمقاطعة فرجينيا بلو ريدج الفسيوجرافية قيمًا تزيد على 3٪ بالوزن من ثاني أكسيد التيتانيوم ، هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية.

إنتاج التيتانيوم في الولايات المتحدة

تستخدم الولايات المتحدة معادن التيتانيوم أكثر مما تنتج حاليا ، مما يجعلها مستوردا صافيا من التيتانيوم. لقد حدث قدر محدود من التجريف قبالة ساحل المحيط الأطلسي في فلوريدا. هناك يتم تجريف الرواسب الساحلية ومعالجتها لإزالة الرمال المعدنية الثقيلة. المينيت هو المعدن الحامل للتيتانيوم الذي يسترجعه هذا النشاط.

حدث التعدين البري في العديد من المواقع في فرجينيا. هناك جثة أنثوسيت حاملة للألمينيت في مقاطعة بلو ريدج الفسيولوجية تعرضت للتآكل. يمكن أن تحتوي الرواسب المستمدة من هذا التآكل محلياً على عدد قليل من المعادن الثقيلة ثقيلة الوزن ، مع كون الإلمينيت هو المعدن الحامل للتيتانيوم. تم حفر هذه الرواسب ومعالجتها لإزالة محتواها من المعادن الثقيلة. تتطابق المنطقة التي يحدث فيها هذا التعدين مع رواسب تيار غني بالتيتانيوم وأخذ عينات منها وتحليلها ورسمها بواسطة المسح الجيوكيميائي الوطني (انظر الخريطة المصاحبة).

لتلبية متطلباتها من التيتانيوم ، تستورد الولايات المتحدة مركزات معدن التيتانيوم. من أبرز منتجي التيتانيوم: أستراليا ، كندا ، الصين ، اليابان ، كينيا ، مدغشقر ، موزمبيق ، النرويج ، روسيا ، المملكة العربية السعودية ، السنغال ، سيراليون ، وجنوب إفريقيا.