מתכות

שימושים ב מתכת וטיטניום דו חמצני



מטוסי סיור מסוג CIA A-12: תצלום של מטוס סיור על-סוני CIA A-12 בשם "אווז הטיטניום" מתכונן לתדלק בגובה. השם מתאים מכיוון שרבים מחלקיו עשויים טיטניום. תמונה על ידי סוכנות הביון המרכזית.

מה זה טיטניום?

טיטניום הוא מתכת כסופה שהיא חזקה, עמידה בפני קורוזיה ואינרטיבית. זהו היסוד התשיעי השופע ביותר בקרום כדור הארץ. במקום להתרחש במרבצים גדולים, כמויות קטנות של טיטניום מופיעות כמעט בכל סלע.

טיטניום הוא מרכיב חשוב במספר קטן של מינרלים. כ- 90% מהטיטניום בקרום כדור הארץ מתרחש באילמניט, מינרל שרוב האנשים מעולם לא שמעו עליו. זהו תחמוצת טיטניום מברזל עם הרכב כימי של FeTiO3. שאר הטיטניום הקרוב לפני כדור הארץ נמצא במינרלים כמו אנטאז, ברוקיט, לוקוקסן, פרובסקיט, רוטיל וספין.

ניטינול 60: ניטינול 60 הוא סגסוגת המכילה 60 אחוז ניקל ו -40 אחוז טיטניום. בדרך כלל נירוסטה משמשת לייצור מסבים מכיוון שהיא קשה, אך נירוסטה נתונה בפני קורוזיה. Nitinol 60 פתר את בעיית הקורוזיה ללא אובדן חוזק ולא הגיב עם חומרי סיכה נושאים. תמונה על ידי נאס"א.

שימושים ממתכת טיטניום

טיטניום הוא מתכת מוכרת. אנשים רבים יודעים שהוא משמש בתכשיטים, תותבות, מחבטי טניס, מסכות שוער, מספריים, מסגרות אופניים, כלים כירורגיים, טלפונים ניידים ומוצרים אחרים בעלי ביצועים גבוהים. טיטניום חזק כמו פלדה, אך משקלים כחצי ממנו. הוא חזק כפליים מאלומיניום אך כבד בכ -60% בלבד.

טיטניום משלב עם ברזל, אלומיניום, ונדיום, ניקל, מוליבדן ומתכות אחרות לייצור סגסוגות בעלות ביצועים גבוהים. מנועי סילון, חלליות, ציוד צבאי, מיסבים, שריון גוף ומוצרי היי-טק אחרים זקוקים לחלקים המיוצרים עם סגסוגות אלה.

חלקי מטוס טיטניום: מתכת וסגסוגות טיטניום מספקים חלקים בעלי חוזק גבוה וקל משקל ועמידים בפני קורוזיה עבור מנועי מטוסים, בקרות ורכיבים מבניים. ל- F-16XL של NASA זה כפפת טיטניום למחקרי זרימה למינרית המכסה חלק מהאגף השמאלי שלה. תמונת נאס"א מאת ג'ים רוס.

צבע לבן: רוב הצבע הלבן המשמש כיום מכיל טיטניום דו חמצני כפיגמנט. זה נותן לצבע צבע לבן בהיר שהוא קבוע, עם אטימות לכיסוי במעיל אחד, ובבהירות שמשקפת אור. כאשר הצבע מתייבש, ציפוי המינרלים שנותר על הקיר שלך הוא דו תחמוצת טיטניום.

מהו טיטניום דו חמצני?

טיטניום דו חמצני הוא חומר בהיר, לבן ואטום עם הרכב כימי של TiO2. הוא מיוצר על ידי חמצון של אילמניט או מינרלים טיטניום אחרים בטמפרטורות גבוהות. לאחר מכן הוא נטחן באבקה הדקה הנדרשת לשימושים הרבים שלה.

בערך פי עשרה יותר טיטניום משמש בצורה של טיטניום דו חמצני בהשוואה למתכת טיטניום. רוב האנשים מעולם לא שמעו על השימוש בטיטניום בצורה זו. הסיבה לכך היא כי טיטניום דו חמצני הוא מרכיב במוצרים ולא חומר ראשוני.

תרכובות ליטוש: אבקת טיטניום דו-חמצני מסווגת בזהירות לפי גודל החלקיקים ונמכרת כלקה לעבודות מדשאה ומתכת. התמונה היא חבית נפילה בסלע שזה עתה נפתחה עם לק שחור לבן עבה.

שימושים בטיטניום דו חמצני

השימוש הנפוץ ביותר בטיטניום הוא כחומר מלבין, מאיר ומבהיר. צבעים לבנים באיכות גבוהה מכילים בדרך כלל כמויות משמעותיות של דו תחמוצת טיטניום, שיש לה שם פיגמנט "לבן טיטניום". דו תחמוצת טיטניום מגבירה את לובן הצבע וההשתקפות שלו. כשנכנסים לחדר ומדליקים את האור, הצבע משקף מאוד וגורם לחדר להיראות בהיר יותר - מכיוון שמשתקף אור רב יותר מהמשטחים המצוירים. דו תחמוצת הטיטניום גם מגדילה את אטימות הצבע, ומאפשרת למעטה אחת לכסות את הנמצא למטה במצבים רבים.

במשך כמעט 2000 שנה, "לבן עופרת" היה פיגמנט חשוב ששימש בצבע לבן. בשנת 1904 דיווח שרווין-וויליאמס, יצרנית צבע, על סכנות הצבע המכיל פיגמנט עופרת. מאותו זמן יצרני הצבעים החלו להתרחק מפיגמנטים של עופרת, ופיגמנט טיטניום היה התחליף הביצועי ביותר. כיום, במרבית הצבע הלבן המיוצר יש דו תחמוצת טיטניום כפיגמנט שלו.

טיטניום דו חמצני נלחץ לסיבי הניירות האיכותיים כדי לשפר את לובן, בהירותם ומרקמם. הוא מתווסף לחלב רזה כדי לשפר את לובן ואטימותו. זה מתווסף למשחת שיניים, גומי, פלסטיק, קוסמטיקה, קרם הגנה ומוצרי מזון רבים מאותה סיבה. אלה חומרים המשמשים כמעט כל אדם בכדור הארץ כמעט כל יום. מעטים האנשים שמבינים בתפקיד הטיטניום ממלא בתוכם. ניתן להשתמש בו במזונות, קוסמטיקה ומוצרים אחרים שאנשים צורכים מכיוון שהם אינרטיים.

אבקת טיטניום דו-חמצני מדורגת גם היא בגדלים מסוימים של חלקיקים לשימוש כתרכובת ליטוש. הוא משמש לליטוש אבני חן, מתכות וחומרים אחרים. לרוב זה פחות יעיל מאשר לקים אחרים, אך כאשר הוא יעיל יכול לחסוך בעלויות.

חול מינרלי כבד: חפירה רדודה בחוף פולי, דרום קרוליינה, חושפת שכבות דקות של חולות מינרלים כבדים. מרבית האילמניט שנכרת כיום הוא מחולות עם ריכוז מינרלי כבד. תצלום של קרלטון ברן, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית.

מאיפה הטיטניום בא?

מרבית הטיטניום בעולם מיוצר על ידי כריית חולות מינרלים כבדים. חולות אלה מתרחשים במורד מטה מסות חשופות של סלע דלעת כמו גברו, נוריט ואנורוסטיט. סלעים אלה מכילים מינרלים נושאי טיטניום כמו אילמניט, אנאטאז, ברוקיט, לוקוקסן, פרובסקיט, רוטיל וספין.

כאשר הסלעים הללו מתפרקים על ידי בליה, מינרלי הטיטניום הם מהעמידים ביותר. הם מרוכזים על ידי בליה ומועברים במורד הזרם כגרגרי חול ושטח. בסופו של דבר הם מופקדים כחול לאורך קו החוף של יבשת. זה המקום בו הם בדרך כלל מחופרים או ממוקשים. הכרייה מתרחשת גם במקומות יבשתיים שבהם הופקדו מינרלים טיטניום בתקופות של גובה פני הים ממה שאנו מכירים כיום.

חולות מינרלים כבדים אלה עשויים להכיל אחוזים בודדים של משקל של אילמניט ומינרלים טיטניום אחרים. לאחר כריית החול, הוא עובר למפעל עיבוד שמחזיר מינרלים נושאי טיטניום. מינרלים יקרי ערך אחרים עשויים להתאושש במקביל. לאחר מכן הם מעובדים או נמכרים לייצור מתכת טיטניום או דו תחמוצת טיטניום. לאחר מכן מוחזר החול למקום בו הוא מכרה והחוף מוחזר.

טיטניום במשקעי נחל וקרקעות: מפה המציגה את שפע הטיטניום, בצורה של טיטניום דו חמצני, במשקעי נחל ובקרקעות של חלק ממזרח ארצות הברית. אזור עשיר בטיטניום המתאים למחוז הפיזיוגרפי של וירג'יניה בלו רידג 'מראה ערכים של מעל 3% לפי משקל טיטניום דו חמצני, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית.

ייצור טיטניום בארצות הברית

ארצות הברית משתמשת יותר במינרלים מטיטניום ממה שהיא מייצרת כיום, מה שהופך אותה ליבואנית נטו של טיטניום. חפירה מוגבלת התרחשה בחוף האטלנטי של פלורידה. שם משקעים ועובדים משקעי קו החוף כדי להסיר חולות מינרלים כבדים. אילמניט הוא המינרל העיקרי הנושא טיטניום המתאושש על ידי פעילות זו.

כריית חוף ים התרחשה במספר רב של מוקדים בוירג'יניה. שם נחשף גוף אנורוסטומטי הנושא את האלמניט במחוז הפיזיוגרפי הכחול של הר רידג 'על ידי שחיקה. משקעים הנגזרים משחיקה זו יכולים להכיל באופן מקומי כמה אחוזים מינרלים כבדים לפי משקל, כאשר אילמיט הוא המינרל העיקרי הנושא טיטניום. משקעים אלה נחפרו ועובדו כדי להסיר את תכולת המינרלים הכבדים שלהם. האזור בו מתרחש כרייה זו תואם משקעי נחל עשירים בטיטניום וקרקעות שנדגמו, נותחו וממויפו על ידי הסקר הלאומי הגיאוכימי (ראה מפה נלווה).

כדי לעמוד בדרישות הטיטניום שלה, ארצות הברית מייבאת תרכיז מינרלים טיטניום. יצרני הטיטניום המובילים כוללים: אוסטרליה, קנדה, סין, יפן, קניה, מדגסקר, מוזמביק, נורבגיה, רוסיה, ערב הסעודית, סנגל, סיירה לאון ודרום אפריקה.