کاربردهای تیتانیم

عمده ترین مصرف تیتانیوم در صنایع به دو صورت فلزی و دی اكسیدتیتانیوم می‌باشد. مصرف فلز آن به دلیل مشكلات تهیه و خالص سازی آن مصرف چندانی ندارد، اما در عوض مصرف اكسید آن بصورت TiO2 در صنعت كاربرد بسیار گسترده ای دارد؛ بطوریكه 90 درصد از صنایع اولیه، مصرف كننده اكسید تیتانیوم می‌باشد. امروزه فلز تیتانیوم بعنوان یك فلز استاتژیك در موتور و ساختمان داخلی هواپیما، تجهیزات حمل و نقل صنایع شیمیایی، واحد های مولد برق، صنایع آلیاژی، ساخت زیر دریایی ها، كارخانه های ساخت مواد شیمیایی، دستگاههای خنك كننده نیروگاه های اتمی و حرارتی و دهها مورد دیگر كاربرد دارد. مصرف عمده دی اكسید تیتانیوم در صنایع رنگ سازی به عنوان رنگدانه می باشد و همچنین این ماده در صنایع سرامیك، پلاستیك، كاغذ و الكترونیك كاربرد دارد. مصرف این ماده در كشورهای پیشرفته تقریبا 10 برابر كشورهای در حال توسعه می‌باشد.
مصارف فلز تیتانیوم
فلز تیتانیوم در محیط های فرسایشی بسیار مقاوم می‌باشد. تیتانیوم خالص و یا آلیاژ های آن با ناخالصی كم در كارخانه های سولفورزدایی مشتقات نفتی، در تجهیزات مربوط به چاه های نفت و در اتصالات مورد نیاز و همچنین در موارد پزشكی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از طرف ورق های فولادی با پوشش تیتانیوم هم اكنون در جهان تولید شده كه بعلت خاصیت ضد فرسایشی كاربرد وسیعی در صنعت نفت و در مراحل سولفورزدایی مشتقات نفتی در پالایشگاه ها پیدا كرده اند. دیگر مصرف عمده این فلزدر صنعت هواپیما سازی است.
سایر مصارف عمده تیتانیوم را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود:
ساخت کاربید تیتانیم ، سرامیک ، فرآیند شیمیایی و الكتروشیمیایی ، ساخت ورقه های فلزی و بازیافت آنها ، صنعت نفت ، سولفورزدایی گاز مایع ، نمك زدایی آب (تصفیه آب) ، ساخت پمپ های مخصوص مكش آب از دریا ، ساختمان سازی ، پزشكی (قطعات تعویضی در بدن، دندانها) ، صنایع اتومبیل سازی ، ساخت انباره های مخصوص، جهت نگهداری از موادی نظیر ضایعات اتمی و غیره ، الیاف تقویت كننده جهت استفاده در تركیبات فلزی ، رباط های صنعتی ، جواهر سازی ، ساخت انواع آلیاژ ها ، ذخیره سازی انرژی ، بالا بردن قابلیت هدایت حرارتی آلیاژ ها ، پرکننده ، سنگ های جواهرات مصنوعی و نرم افزار .
ایلمنیت و اكسیدهای تیتان برای تهیه تیتانیم در آلیاژهای مهم و راهبردی استفاده می گردد. آلیاژهای تیتانیم در بدنه هواپیماهای جنگی، سفینه های فضایی، موشك ها، موتور هواپیماها، ادوات رزمی ، توربین های گازی، دوچرخه و كامپیوترهای Laptop مورد استفاده قرار می گیرند. تیتانیوم اغلب با آلومینیوم، آهن ، منگنز، مولیبدن و فلزات دیگر تشكیل آلیاژ می دهد.
ایلمنیت همچنین در تهیه اکسید تیتانیم که در صنایع رنگ سازی ، کاغذ سازی و پلاستیک به عنوان ماده رنگی ، براق كردن سطح فلزات ، لعاب ، لاستیك سازی ، شیشه ، فایبرگلاس ، سرامیك ، الكتروسرامیك و . . . مصرف می شود ، کاربرد دارد
تنها در حدود 5 % تولید سالانه جهانی تیتانیوم صرف تولید فلز تیتانیوم شده و 95% باقیمانده در تولید ماده رنگ دی اكسید تیتانیوم مورد استفاده قرار می گیرد .این ماده دارای دو شکل آلوتروپی روتیل و آناتاز است که به واسطه رنگ سفید ، ضریب شکست بالا ( 49/2- 90/2 ) ، درخشندگی عالی ، بی اثر ( خنثی بودن ) و مقاومت سایشی و حرارتی بالای آن ، درجه دیرگدازی بالا و توان زیاد در توزیع و انتشار یکنواخت در ترکیبات دیگر به عنوان عمده ترین ماده اولیه رنگ سفید در صنایع رنگ سازی ، کاغذسازی ، پلاستیک ، لاستیک و ... شناخته می شود .
مصارف دارویی
پودر دی اکسید تیتان ( روتیل ) که از آن پراکسید تیتان ، سالسیلات تیتان و تانات تیتان تهیه می کنند ، عملی همانند اکسید روی بر روی پوست بدن ایجاد می کند .دی اکسید تیتان برای التیام سوزش های پوستی مورد استفاده قرار می گیرد و منعکس کننده اشعه ماوراء بنفش خورشید است و بدین جهت در ساختن کرم ها و لوسیون های ضد آفتاب ( ضد سوختگی ) استفاده می شود از پودر دی اکسید تیتان در ساخت قاب کپسول های دارویی و پوشش قرص ها نیز استفاده می شود .
مصارف آرایشی
دی اکسید تیتان در ساخت وسایل آرایشی به کار می رود. مصرف سالیانه عنصر تیتانیوم و تركیبات آن، 105 تا 106 تن می باشد. تقریباً 95% تیتان به فرم اكسید تیتان TiO4 مصرف می شود و یك رنگدانه دایمی و به شدت سفید رنگ با قدرت پوششی خوب در رنگ ها ، كاغذ و پلاستیك است رنگ ها با وجود اكسید تیتانیوم یك بازتابنده بسیار عالی اشعه مادون قرمز را می سازد و بنابراین به طور گسترده ای توسط اختر شناسان مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجایی كه این فلز مقاومت بالا، وزن سبك، مقاومت غیرعادی در برابر خوردگی و توانایی ایستادگی در برابر دماهای بسیار بالا می باشد .بخاطر مقاومت بالا در آب دریا، این فلز برای ساخت شفت ها (محور)ملخ هواپیما و پروانه كشتی استفاده می شود.
دی اکسید تیتان
دی اکسید تیتان در تهیه الیاف مصنوعی نیز استفاده می شود . پودر دی اکسید تیتان خالص به عنوان رنگدانه در فراورده های غذایی کاربرد دارد دی اكسید تیتانیوم در كرم های (لوسیون ها) ضد آفتاب استفاده می شود كه ناشی از توانایی آن در حفاظت پوست می باشد.دی‌اكسید تیتانیوم یك رنگدانة برتر سفید رنگ با ضریب شكست 55/2- 8/2 است، مقاومت، درخشندگی، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر اشعة ماورای بنفش، غیر‌سمی بودن و پایداری در یك محدودة دمایی وسیع و قیمت مناسب آن سبب شده تا از آن در كاغذ، رنگ، پلاستیك، لاستیك، سرامیك، پارچه و مواد آرایشی استفاده شود. دو نوع رنگدانة روتیل وجود دارد روتیل و آناتاز. روتیل از شبكة بلوری متراكم‌تری نسبت به آناتاز تشكیل شده و چگال‌تر است و ضریب شكست بالاتری دارد .
رنگدانه می‌بایست قابل استفاده در مسیر سولفاته باشد (روتیل یا روتیل مصنوعی قابل استفاده نیستند) و دارای نسبت FeO/Fe2O3 بالاتری بوده (در اسید سولفوریك واكنش‌پذیر) و آهن، كروم، وانادیوم، نیوبیوم، كلسیم، فسفات، اورانیوم، توریم و رنیم كم داشته باشد. خواص فیزیكی تقریبا مهم نیستند.
تتراكلرین تیتانیوم
تتراكلرین تیتانیوم (TiCl4) یك مایع بی رنگ است كه برای ساخت شیشه استفاده می شود و از آن جایی كه آن در هوای مرطوب به شدت بخار می كند، به منظور پوشش در برابر بخار استفاده می شود.ایلمنیت، روتیل، آناتاز، روتیل مصنوعی و سربارة تیتانیوم به عنوان پیش‌مادة تولید رنگدانة دی‌اكسید تیتانیوم از دو مسیر سولفاته و كلریدی امكان‌پذیر بوده كه هریك نیاز به پیش‌مادة مخصوص به خود دارند.انواعی كه در مسیر كلریدی به عنوان پیش‌ماده استفاده می‌شوند باید آلكالی كم، كمتر از 2%CaO و كمتر از 1% MgO، داشته باشد. به علاوه آهن كم، كمتر از 5/0% Cr2O3، V2O3، قلع و آرسنیك، كمتر از 2% سیلیس و حداقل اورانیوم، توریم و رادیم و ... داشته باشد (هر یك از موارد فوق به دلایلی از قبیل سمی بودن، رنگ‌زایی، خواص مزاحم در حین فرآوری و ... می‌بایست در رنگدانه وجود نداشته باشند). شرایط مورد نیاز دیگر شامل چگالی، مقاومت ذرات و ... است.
با توجه به شرایط فوق، روتیل طبیعی با 95% ‏‏TiO¬2، لازم است كه به دلیل كمبود چنین ذخایری ایجاد طرح‌‌های پرعیار كردن پیش‌ماده صورت می‌گیرد.كنسانترة ایلمنیت برای فرآوری سرباره می‌بایست حداقل 35% TiO2، داشته باشد، انواع سنگ سخت‌های ایلمنیت به سرباره‌های سولفاته محدود می‌شوند، فرایندهای شستشوی زیرزمینی CaO، MgO و دیگر ناخالصی‌ها را كاهش داده و سرباره‌هایی با قابلیت قرارگیری در مسیر كلریدی ایجاد كند كه معمولا از پلاسرهای ایلمنیت به دست می‌آیند .
تیتانات باریم
مادة فروالكتریك با ثابت دی‌الكتریك نسبتا بالا در نیمه‌هادی‌ها و پیزوالكتریك‌ها به كار برده می‌شود.
نیترید تیتانیوم
دمای ذوب 2950 درجة سانتیگراد دارد و از آن به عنوان بوتة ذوب آلیاژهای لانتانیوم، رنگ زرد طلایی در جواهرات و ... به كار می‌رود.
آلكالی‌های تیتانیوم
پلیمریزاسیون، كاتالیزور
تیتانات استرانسیم
جواهر مصنوعی، ابزار نوری
فلز تیتانیوم
از كاهش TiCl4 توسط منیزیم مذاب در فرایند كرول حاصل می‌شود. تیتانیوم، فلزی با نسبت مقاومت به وزن بالا، نقطه ذوب بالا، ظرفیت انتقال حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی، ضریب انبساط كم و مقاومت الكتریكی بالاست كه از آن در ساخت قطعات در صنعت هوافضا، قسمت‌های حساس ماشین‌آلات، طرح‌های صنعتی و شیمیایی، تجهیزات دریایی ، ابزار جراحی و دندانپزشكی استفاده می‌شود.آلیاژهای تیتانیوم ضریب انبساط حرارتی كمتری از آلیاژهای آهن دارند و خاصیت مغناطیسی نیز ندارند. از كاربردهای آلیاژهای تیتانیوم می‌توان به ابزار پزشكی، الكترونیكی، ماشین‌های توربین بخار، دریچه و شیرآلات فشار قوی، سكوهای ساحلی، سیستم‌های لوله‌گذاری دریای عمیق و غیره اشاره كرد. به عنوان مثال از آلیاژهای تیتانیوم، فروتیتانیوم به عنوان كاهنده و پایدار كننده در ساخت فولاد خالص، آلیاژهای ابررسانا (تیتانیوم- نیوبیوم)، سوپركامپیوتر، كرایوالكترونیك و ... استفاده می‌شود.
جایگزین ها
فلز و آلیاژها
آلومینیم، منیزیم، فولاد خالص و سوپر آلیاژهای مختلف
مادة سنگین كننده:
باریت، سلستیت، هماتیت، منیتیت، كانة آهن
ساینده‌های بادی:
بوكسیت و آلومینا، كرندوم، الماس، دیاتومیت، فلدسپار، گارنت، هماتیت، منیتیت، نفلیت سینیت، الیوین، پرلیت، پرلیت، پومیس، ماسة سیلیسی، استارولیت، تریپلی، كربید كلسیم
فیلتر:
كربن فعال شده، آنتراسیت، آزبست، سلولز، دیاتومیت، گارنت، اكسید آهن، الیوین، پرلیت، پومیس، ماسة سیلیسی
‌پركننده:
تری هیدرات آلومینیم، باریت، كربنات كلسیم، دیاتومیت، فلدسپار، كائولن، اكسید سرب، میكا، نفلین سینیت، پرلیت، تالك، سیلیس میكروكریستالن، پودر سیلیس و سیلیس مصنوعی، ولاستونیت .
‌رنگدانه :
لیتوفون، اكسید روی
بازیافت:
هرچند كه بازیافت كاغذ و پلاستیك مصرف مواد خام را كاهش داده است، مواد بازیافتی از می‌بایست با افزایش تیتانیوم از نظر درخشندگی بهبود داد. رنگ به ندرت بازیافت می‌شود. فلز تیتانیوم و آلیاژهای آن بازیافت می‌شوند، هرچند دورة زندگی طولانی و آلودگی‌های غیرقابل قبول از نظر بازار مسئله ساز است. ذخایر شامل قراضه‌های حاصل از ذوب، ریخته‌گری و ساخت قطعات بویژه شمش هستند. قراضه‌های قدیمی از هواپیماهای قدیمی و مبدلهای حرارتی بدست‌ می‌آید. بیشتر تیتانیوم بازیافتی در صنعت فولاد به ویژه در تهیة فروتیتانیوم بكار می‌رود.میزان مصرف ظاهری تیتانیوم در جهان در طی این دوره ( 1997 – 2001) از 06/10 میلیون تن در سال 1997 به 78/9 میلیون تن در سال 1999 و 58/10میلیون تن در سال 2001 افزایش یافته است.روند مصرف جهانی تیتانیوم طی سالهای ذكر شده بصورت نوسانی بوده و از یك روند ثابت تبعیت نكرده و مصرف جهانی كانی های تیتانیوم در سال 1999 به كمترین میزان در طی سالهای 2001-1997 رسیده است. بیشترین آمار مصرف كانی های تیتانیوم در جهان مربوط به سال 2000 می‌باشد كه حجم مصرفی بالغ بر 5/10 میلیون تن داشته است.

کاربردهای تیتانیم

مطالب مشابه :

کاربردهای فناوری نانو در صنعت فولاد

کاربردهای تیتانیم

کاربردهای کربنات کلسیم ( آهک) و پودر میکرونیزه آن

آهن زنگ نزن

کاربرد روی

مقاله بررسی کاربرد فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب

کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت پارچه و نساجی

گریس و کاربردهای ویژه آن در صنعت

کاربردهای فناوری نانو در صنعت بتن