टाइटेनियम के चुंबकीय गुण। अन्य धातुओं के साथ संबंध

टाइटेनियम के साथ-साथ क्रोमियम और टंगस्टन के बारे में आपको जो कुछ भी जानना आवश्यक है

बहुत से लोग इस सवाल में रुचि रखते हैं: दुनिया की सबसे कठोर धातु कौन सी है? यह एक टाइटन है। यह ठोस पदार्थ अधिकांश लेख का विषय होगा। हम क्रोमियम और टंगस्टन जैसी कठोर धातुओं से भी थोड़ा परिचित होंगे।

टाइटेनियम के बारे में 9 रोचक तथ्य

1. धातु को इसका नाम क्यों मिला, इसके कई संस्करण हैं। एक सिद्धांत के अनुसार, उनका नाम टाइटन्स, निडर अलौकिक प्राणियों के नाम पर रखा गया था। एक अन्य संस्करण के अनुसार, यह नाम परियों की रानी टाइटेनिया से आया है।
2. टाइटेनियम की खोज 18वीं शताब्दी के अंत में एक जर्मन और अंग्रेजी रसायनज्ञ ने की थी।
3. टाइटेनियम का प्राकृतिक भंगुरता के कारण लंबे समय से उद्योग में उपयोग नहीं किया गया है।
4. 1925 की शुरुआत में, प्रयोगों की एक श्रृंखला के बाद, रसायनज्ञों ने शुद्ध टाइटेनियम प्राप्त किया।
5. टाइटेनियम की छीलन ज्वलनशील होती है।
6. यह सबसे हल्की धातुओं में से एक है।
7. टाइटेनियम केवल 3200 डिग्री से ऊपर के तापमान पर ही पिघल सकता है।
8. 3300 डिग्री के तापमान पर उबलता है।
9. टाइटेनियम का रंग सिल्वर होता है।

टाइटेनियम की खोज का इतिहास

धातु, जिसे बाद में टाइटेनियम कहा गया, की खोज दो वैज्ञानिकों - अंग्रेज विलियम ग्रेगोर और जर्मन मार्टिन ग्रेगोर क्लैप्रोथ ने की थी। वैज्ञानिकों ने समानांतर में काम किया, और एक दूसरे के साथ प्रतिच्छेद नहीं किया। खोजों के बीच का अंतर 6 साल है।

विलियम ग्रेगोर ने अपनी खोज का नाम मेनकिन रखा।

30 से अधिक वर्षों के बाद, पहला टाइटेनियम मिश्र धातु प्राप्त किया गया था, जो बेहद भंगुर निकला और कहीं भी इस्तेमाल नहीं किया जा सका। ऐसा माना जाता है कि केवल 1925 में टाइटेनियम को उसके शुद्ध रूप में पृथक किया गया था, जो उद्योग में सबसे अधिक मांग वाली धातुओं में से एक बन गया।

यह साबित होता है कि 1875 में रूसी वैज्ञानिक किरिलोव शुद्ध टाइटेनियम निकालने में कामयाब रहे। उन्होंने अपने काम का विवरण देते हुए एक पैम्फलेट प्रकाशित किया। हालाँकि, एक अल्पज्ञात रूसी के शोध पर किसी का ध्यान नहीं गया।

टाइटेनियम के बारे में सामान्य जानकारी

टाइटेनियम मिश्र धातु यांत्रिकी और इंजीनियरों के लिए एक जीवन रक्षक हैं। उदाहरण के लिए, एक विमान का शरीर टाइटेनियम से बना होता है। उड़ान के दौरान, यह ध्वनि की गति से कई गुना अधिक गति तक पहुंच जाता है। टाइटेनियम केस 300 डिग्री से ऊपर के तापमान तक गर्म होता है, और पिघलता नहीं है।

धातु शीर्ष दस "प्रकृति में सबसे आम धातु" बंद कर देता है। दक्षिण अफ्रीका, चीन और जापान, भारत और यूक्रेन में बहुत सारे टाइटेनियम में बड़ी जमा राशि की खोज की गई है।

दुनिया के टाइटेनियम भंडार की कुल मात्रा 700 मिलियन टन से अधिक है। यदि उत्पादन की दर समान रहती है, तो टाइटेनियम 150-160 वर्षों तक और चलेगा।

दुनिया में सबसे कठोर धातु का सबसे बड़ा उत्पादक रूसी उद्यम VSMPO-Avisma है, जो दुनिया की एक तिहाई जरूरतों को पूरा करता है।

टाइटेनियम गुण

1. संक्षारण प्रतिरोध।
2. उच्च यांत्रिक शक्ति।
3. कम घनत्व।

टाइटेनियम का परमाणु भार 47.88 amu है, रासायनिक आवर्त सारणी में क्रमांक 22 है। बाह्य रूप से, यह स्टील के समान है।

धातु का यांत्रिक घनत्व एल्यूमीनियम की तुलना में 6 गुना अधिक है, लोहे की तुलना में 2 गुना अधिक है। यह ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन के साथ संयोजन कर सकता है। जब कार्बन के साथ जोड़ा जाता है, तो धातु अविश्वसनीय रूप से कठोर कार्बाइड बनाती है।

टाइटेनियम की तापीय चालकता लोहे की तुलना में 4 गुना कम और एल्यूमीनियम की तुलना में 13 गुना कम है।

टाइटेनियम खनन प्रक्रिया

पृथ्वी में टाइटेनियम की बड़ी मात्रा होती है, हालांकि इसे आंतों से निकालने में काफी पैसा खर्च होता है। विकास के लिए, आयोडाइड विधि का उपयोग किया जाता है, जिसके लेखक वैन आर्केल डी बोअर हैं।

यह विधि धातु की आयोडीन के साथ संयोजन की क्षमता पर आधारित है; इस यौगिक के अपघटन के बाद, अशुद्धियों से मुक्त शुद्ध टाइटेनियम प्राप्त किया जा सकता है।

टाइटेनियम से सबसे दिलचस्प चीजें:

चिकित्सा में कृत्रिम अंग;
मोबाइल डिवाइस बोर्ड;
अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए रॉकेट सिस्टम;
पाइपलाइन, पंप;
कैनोपी, कॉर्निस, इमारतों का बाहरी आवरण;
अधिकांश भाग (चेसिस, त्वचा)।

टाइटेनियम के अनुप्रयोग

टाइटेनियम का सक्रिय रूप से सैन्य, चिकित्सा और गहनों में उपयोग किया जाता है। उन्हें अनौपचारिक नाम "भविष्य की धातु" दिया गया था। कई लोग कहते हैं कि यह सपने को हकीकत में बदलने में मदद करता है।

दुनिया में सबसे कठोर धातु मूल रूप से सैन्य और रक्षा क्षेत्र में उपयोग की जाती थी। आज, टाइटेनियम उत्पादों का मुख्य उपभोक्ता विमान उद्योग है।

टाइटेनियम एक बहुमुखी संरचनात्मक सामग्री है। कई वर्षों से इसका उपयोग विमान टर्बाइन बनाने के लिए किया जाता रहा है। विमान के इंजन में, टाइटेनियम का उपयोग पंखे के तत्वों, कम्प्रेसर और डिस्क को बनाने के लिए किया जाता है।

एक आधुनिक विमान के डिजाइन में 20 टन तक टाइटेनियम मिश्र धातु हो सकती है।

विमान उद्योग में टाइटेनियम के अनुप्रयोग के मुख्य क्षेत्र:

एक स्थानिक रूप के उत्पाद (दरवाजे, हैच, शीथिंग, फर्श का किनारा);
इकाइयाँ और घटक जो भारी भार (विंग ब्रैकेट, लैंडिंग गियर, हाइड्रोलिक सिलेंडर) के अधीन हैं;
इंजन के पुर्जे (शरीर, कम्प्रेसर के लिए ब्लेड)।

टाइटेनियम के लिए धन्यवाद, मनुष्य ध्वनि अवरोध से गुजरने और अंतरिक्ष में तोड़ने में सक्षम था। इसका उपयोग मानवयुक्त मिसाइल प्रणाली बनाने के लिए किया गया था। टाइटेनियम ब्रह्मांडीय विकिरण, तापमान परिवर्तन, गति की गति का सामना कर सकता है।

इस धातु का घनत्व कम है, जो जहाज निर्माण उद्योग में महत्वपूर्ण है। टाइटेनियम से बने उत्पाद हल्के होते हैं, जिसका अर्थ है कि वजन कम होता है, इसकी गतिशीलता, गति और सीमा बढ़ जाती है। यदि जहाज के पतवार को टाइटेनियम से मढ़ा जाता है, तो इसे कई वर्षों तक चित्रित करने की आवश्यकता नहीं होगी - टाइटेनियम समुद्र के पानी (संक्षारण प्रतिरोध) में जंग नहीं लगाता है।

अक्सर, इस धातु का उपयोग जहाज निर्माण में टरबाइन इंजन, स्टीम बॉयलर और कंडेनसर ट्यूब के निर्माण के लिए किया जाता है।

तेल उद्योग और टाइटेनियम

टाइटेनियम मिश्र धातुओं के उपयोग के लिए अल्ट्रा-डीप ड्रिलिंग को एक आशाजनक क्षेत्र माना जाता है। भूमिगत धन का अध्ययन करने और निकालने के लिए, 15 हजार मीटर से अधिक - गहरे भूमिगत में प्रवेश करने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम से बने ड्रिल पाइप अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण के कारण टूट जाएंगे, और केवल टाइटेनियम मिश्र धातु ही वास्तव में महान गहराई तक पहुंच सकते हैं।

बहुत पहले नहीं, टाइटेनियम का सक्रिय रूप से समुद्री अलमारियों पर कुएं बनाने के लिए उपयोग किया जाने लगा। उपकरण के रूप में विशेषज्ञ टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग करते हैं:

तेल उत्पादन प्रतिष्ठान;
दबाव वाहिकाओं;
गहरे पानी के पंप, पाइपलाइन।

खेल, चिकित्सा में टाइटेनियम

टाइटेनियम अपनी ताकत और हल्केपन के कारण खेल के क्षेत्र में बेहद लोकप्रिय है। कुछ दशक पहले, टाइटेनियम मिश्र धातुओं से एक साइकिल बनाई जाती थी, जो दुनिया में सबसे कठिन सामग्री से बना पहला खेल उपकरण था। एक आधुनिक साइकिल में टाइटेनियम बॉडी, समान ब्रेक और सीट स्प्रिंग होते हैं।

जापान ने टाइटेनियम गोल्फ क्लब बनाए हैं। ये उपकरण हल्के और टिकाऊ होते हैं, लेकिन कीमत में बेहद महंगे होते हैं।

टाइटेनियम का उपयोग अधिकांश वस्तुओं को बनाने के लिए किया जाता है जो पर्वतारोहियों और यात्रियों के बैकपैक में हैं - टेंट को मजबूत करने के लिए टेबलवेयर, कुकिंग किट, रैक। टाइटेनियम बर्फ कुल्हाड़ियों एक बहुत लोकप्रिय खेल उपकरण हैं।

चिकित्सा उद्योग में इस धातु की अत्यधिक मांग है। अधिकांश सर्जिकल उपकरण टाइटेनियम से बने होते हैं - हल्के और आरामदायक।

भविष्य की धातु के आवेदन का एक अन्य क्षेत्र कृत्रिम अंग का निर्माण है। टाइटेनियम पूरी तरह से मानव शरीर के साथ "संयुक्त" है। डॉक्टरों ने इस प्रक्रिया को "सच्चा रिश्ता" कहा। टाइटेनियम संरचनाएं मांसपेशियों और हड्डियों के लिए सुरक्षित हैं, शायद ही कभी एलर्जी की प्रतिक्रिया का कारण बनती हैं, और शरीर में तरल के प्रभाव में टूटती नहीं हैं। टाइटेनियम से बने कृत्रिम अंग प्रतिरोधी हैं और भारी शारीरिक भार का सामना करते हैं।

टाइटेनियम एक अद्भुत धातु है। यह एक व्यक्ति को जीवन के विभिन्न क्षेत्रों में अभूतपूर्व ऊंचाइयों को प्राप्त करने में मदद करता है। इसकी ताकत, हल्कापन और लंबे वर्षों की सेवा के लिए इसे प्यार और सम्मान दिया जाता है।

क्रोमियम सबसे कठोर धातुओं में से एक है।

दिलचस्प क्रोमियम तथ्य

1. धातु का नाम ग्रीक शब्द "क्रोमा" से आया है, जिसका अर्थ है पेंट।
2. प्राकृतिक वातावरण में, क्रोमियम अपने शुद्ध रूप में नहीं होता है, बल्कि केवल क्रोमियम लौह अयस्क, एक डबल ऑक्साइड के रूप में होता है।
3. सबसे बड़ा धातु भंडार दक्षिण अफ्रीका, रूस, कजाकिस्तान और जिम्बाब्वे में स्थित है।
4. धातु का घनत्व - 7200kg/m3।
5. क्रोमियम 1907 डिग्री पर पिघलता है।
6. 2671 डिग्री के तापमान पर उबलता है।
7. अशुद्धियों के बिना पूरी तरह से शुद्ध, क्रोमियम में लचीलापन और क्रूरता होती है। ऑक्सीजन, नाइट्रोजन या हाइड्रोजन के संयोजन में, धातु भंगुर और बहुत कठोर हो जाती है।
8. इस चांदी-सफेद धातु की खोज 18वीं शताब्दी के अंत में फ्रांसीसी लुइस निकोलस वौक्वेलिन ने की थी।

क्रोमियम धातु गुण

क्रोम में बहुत अधिक कठोरता होती है, यह कांच को काट सकता है। यह हवा, नमी से ऑक्सीकृत नहीं होता है। यदि धातु को गर्म किया जाता है, तो ऑक्सीकरण केवल सतह पर होगा।

प्रति वर्ष 15,000 टन से अधिक शुद्ध क्रोमियम की खपत होती है। शुद्धतम क्रोमियम के उत्पादन में ब्रिटिश कंपनी बेल मेटल्स को अग्रणी माना जाता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका, पश्चिमी यूरोप और जापान में अधिकांश क्रोमियम की खपत होती है। क्रोमियम बाजार अस्थिर है और कीमतों में एक विस्तृत श्रृंखला फैली हुई है।

क्रोमियम के उपयोग के क्षेत्र

इसका उपयोग अक्सर मिश्र धातु और इलेक्ट्रोप्लेटेड कोटिंग्स (परिवहन के लिए क्रोमियम चढ़ाना) बनाने के लिए किया जाता है।

स्टील में क्रोमियम मिलाया जाता है, जिससे धातु के भौतिक गुणों में सुधार होता है। लौह धातु विज्ञान में इन मिश्र धातुओं की सबसे अधिक मांग है।

सबसे लोकप्रिय स्टील ग्रेड में क्रोमियम (18%) और निकल (8%) होते हैं। इस तरह के मिश्र पूरी तरह से ऑक्सीकरण, जंग का विरोध करते हैं, और उच्च तापमान पर भी मजबूत होते हैं।

ताप भट्टियां स्टील से बनाई जाती हैं, जिसमें एक तिहाई क्रोमियम होता है।

क्रोम से और क्या बनता है?

1. आग्नेयास्त्रों के बैरल।
2. पनडुब्बियों का पतवार।
3. ईंटें, जिनका उपयोग धातु विज्ञान में किया जाता है।

एक और अत्यंत कठोर धातु टंगस्टन है।

टंगस्टन के बारे में रोचक तथ्य

1. जर्मन में धातु के नाम ("वुल्फ रहम") का अर्थ है "भेड़िया फोम"।
2. यह विश्व की सबसे दुर्दम्य धातु है।
3. टंगस्टन में हल्का भूरा रंग होता है।
4. धातु की खोज 18वीं शताब्दी (1781) के अंत में स्वीडन कार्ल शीले ने की थी।
5. टंगस्टन 3422 डिग्री पर पिघलता है, 5900 पर उबलता है।
6. धातु का घनत्व 19.3 g/cm³ है।
7. परमाणु द्रव्यमान - 183.85, मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में समूह VI का तत्व (क्रमांक - 74)।

टंगस्टन खनन प्रक्रिया

टंगस्टन दुर्लभ धातुओं के एक बड़े समूह से संबंधित है। इसमें रूबिडियम, मोलिब्डेनम भी शामिल है। इस समूह को प्रकृति में धातुओं के कम प्रसार और खपत के एक छोटे पैमाने की विशेषता है।

टंगस्टन प्राप्त करने में 3 चरण होते हैं:

अयस्क से धातु का पृथक्करण, विलयन में उसका संचयन;
यौगिक का अलगाव, इसकी शुद्धि;
तैयार रासायनिक यौगिक से शुद्ध धातु का निष्कर्षण।
टंगस्टन प्राप्त करने के लिए प्रारंभिक सामग्री स्कीलाइट और वोल्फ्रामाइट है।

टंगस्टन के अनुप्रयोग

टंगस्टन सबसे टिकाऊ मिश्र धातुओं का आधार है। विमान के इंजन, इलेक्ट्रोवैक्यूम उपकरणों के पुर्जे, गरमागरम फिलामेंट्स इससे बनाए जाते हैं।
धातु का उच्च घनत्व टंगस्टन का उपयोग बैलिस्टिक मिसाइल, बुलेट, काउंटरवेट, तोपखाने के गोले बनाने के लिए संभव बनाता है।

टंगस्टन-आधारित यौगिकों का उपयोग खनन उद्योग (अच्छी तरह से ड्रिलिंग), पेंटवर्क और वस्त्र (जैविक संश्लेषण के लिए उत्प्रेरक के रूप में) में अन्य धातुओं के प्रसंस्करण के लिए किया जाता है।

जटिल टंगस्टन यौगिकों से बनाते हैं:

तार - हीटिंग भट्टियों में उपयोग किया जाता है;
टेप, पन्नी, प्लेट, चादरें - रोलिंग और फ्लैट फोर्जिंग के लिए।

टाइटेनियम, क्रोमियम और टंगस्टन "द हार्डेस्ट मेटल्स इन द वर्ल्ड" की सूची में सबसे ऊपर हैं। उनका उपयोग मानव गतिविधि के कई क्षेत्रों में किया जाता है - विमान और रॉकेट विज्ञान, सैन्य क्षेत्र, निर्माण, और साथ ही, यह धातु अनुप्रयोगों की एक पूरी श्रृंखला से बहुत दूर है।

उत्पादन में वितरण के मामले में टाइटेनियम चौथे स्थान पर है, लेकिन इसके निष्कर्षण के लिए एक प्रभावी तकनीक पिछली शताब्दी के 40 के दशक में ही विकसित हुई थी। यह एक चांदी के रंग की धातु है, जो कम विशिष्ट गुरुत्व और अनूठी विशेषताओं की विशेषता है। उद्योग और अन्य क्षेत्रों में वितरण की डिग्री का विश्लेषण करने के लिए, टाइटेनियम के गुणों और इसके मिश्र धातुओं के दायरे को आवाज देना आवश्यक है।

मुख्य विशेषताएं

धातु में कम विशिष्ट गुरुत्व होता है - केवल 4.5 ग्राम/सेमी³। जंग रोधी गुण सतह पर बनी एक स्थिर ऑक्साइड फिल्म के कारण होते हैं। इस गुण के कारण, पानी, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के लंबे समय तक संपर्क के दौरान टाइटेनियम अपने गुणों को नहीं बदलता है। क्षतिग्रस्त क्षेत्र तनाव के कारण नहीं बनते हैं, जो कि स्टील की मुख्य समस्या है।

अपने शुद्ध रूप में, टाइटेनियम में निम्नलिखित गुण और विशेषताएं हैं:

नाममात्र गलनांक — 1660°С;
थर्मल प्रभाव के तहत +3 227 ° फोड़े;
तन्य शक्ति - 450 एमपीए तक;
कम लोच सूचकांक द्वारा विशेषता - 110.25 GPa तक;
एचबी पैमाने पर, कठोरता 103 है;
उपज ताकत धातुओं में सबसे इष्टतम में से एक है - 380 एमपीए तक;
एडिटिव्स के बिना शुद्ध टाइटेनियम की तापीय चालकता - 16.791 W / m * C;
थर्मल विस्तार का न्यूनतम गुणांक;
यह तत्व एक अनुचुम्बक है।

तुलना के लिए, इस सामग्री की ताकत शुद्ध लोहे की 2 गुना और एल्यूमीनियम की 4 गुना है। टाइटेनियम में भी दो बहुरूपी चरण होते हैं - निम्न-तापमान और उच्च-तापमान।

औद्योगिक जरूरतों के लिए, इसकी उच्च लागत और आवश्यक प्रदर्शन के कारण शुद्ध टाइटेनियम का उपयोग नहीं किया जाता है। कठोरता को बढ़ाने के लिए, संरचना में ऑक्साइड, संकर और नाइट्राइड जोड़े जाते हैं। संक्षारण प्रतिरोध में सुधार के लिए शायद ही कभी सामग्री की विशेषताओं को बदलें। मिश्र धातु प्राप्त करने के लिए मुख्य प्रकार के योजक: स्टील, निकल, एल्यूमीनियम। कुछ मामलों में, यह एक अतिरिक्त घटक के कार्य करता है।

उपयोग के क्षेत्र

अपने कम विशिष्ट गुरुत्व और शक्ति मापदंडों के कारण, टाइटेनियम का व्यापक रूप से विमानन और अंतरिक्ष उद्योगों में उपयोग किया जाता है। यह अपने शुद्ध रूप में मुख्य संरचनात्मक सामग्री के रूप में प्रयोग किया जाता है। विशेष मामलों में, गर्मी प्रतिरोध को कम करके, सस्ती मिश्र धातुएं बनाई जाती हैं। इसी समय, इसका संक्षारण प्रतिरोध और यांत्रिक शक्ति अपरिवर्तित रहती है।

इसके अलावा, टाइटेनियम एडिटिव्स वाली सामग्री को निम्नलिखित क्षेत्रों में आवेदन मिला है:

रासायनिक उद्योग। कार्बनिक अम्लों को छोड़कर लगभग सभी आक्रामक मीडिया के लिए इसका प्रतिरोध, रखरखाव-मुक्त सेवा जीवन के अच्छे संकेतकों के साथ जटिल उपकरण बनाना संभव बनाता है।
वाहन उत्पादन। इसका कारण कम विशिष्ट गुरुत्व और यांत्रिक शक्ति है। फ्रेम या लोड-असर संरचनात्मक तत्व इससे बने होते हैं।
दवा। विशेष प्रयोजनों के लिए, एक विशेष मिश्र धातु नाइटिनोल (टाइटेनियम और निकल) का उपयोग किया जाता है। इसकी विशिष्ट विशेषता आकार स्मृति है। रोगियों पर बोझ को कम करने और शरीर पर नकारात्मक प्रभावों की संभावना को कम करने के लिए, कई मेडिकल स्प्लिंट्स और इसी तरह के उपकरण टाइटेनियम से बने होते हैं।
उद्योग में, धातु का उपयोग मामलों और उपकरणों के व्यक्तिगत तत्वों के निर्माण के लिए किया जाता है।
टाइटेनियम ज्वेलरी का लुक और फील अनोखा होता है।

ज्यादातर मामलों में, सामग्री को कारखाने में संसाधित किया जाता है। लेकिन कई अपवाद हैं - इस सामग्री के गुणों को जानकर, उत्पाद की उपस्थिति को बदलने के लिए काम का हिस्सा और इसकी विशेषताओं को होम वर्कशॉप में किया जा सकता है।

प्रसंस्करण सुविधाएँ

उत्पाद को वांछित आकार देने के लिए, विशेष उपकरण - एक खराद और एक मिलिंग मशीन का उपयोग करना आवश्यक है। टाइटेनियम की कठोरता के कारण मैनुअल कटिंग या मिलिंग संभव नहीं है। बिजली की पसंद और उपकरणों की अन्य विशेषताओं के अलावा, सही काटने के उपकरण चुनना आवश्यक है: मिलिंग कटर, कटर, रीमर, ड्रिल इत्यादि।

यह निम्नलिखित बारीकियों को ध्यान में रखता है:

टाइटेनियम की छीलन अत्यधिक ज्वलनशील होती है। भाग की सतह को ठंडा करने और न्यूनतम गति से काम करने के लिए मजबूर करना आवश्यक है।
उत्पाद का झुकना सतह के प्रारंभिक ताप के बाद ही किया जाता है। अन्यथा, दरारें दिखाई देने की संभावना है।
वेल्डिंग। विशेष परिस्थितियों का पालन करना चाहिए।

टाइटेनियम अच्छे प्रदर्शन और तकनीकी गुणों के साथ एक अनूठी सामग्री है। लेकिन इसके प्रसंस्करण के लिए, आपको तकनीक की बारीकियों और सबसे महत्वपूर्ण सुरक्षा सावधानियों को जानना चाहिए।

टाइटेनियम (अक्षांश। टाइटेनियम; प्रतीक तिवारी द्वारा निरूपित) चौथे समूह के द्वितीयक उपसमूह का एक तत्व है, रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली की चौथी अवधि, परमाणु संख्या 22 के साथ। साधारण पदार्थ टाइटेनियम (सीएएस संख्या: 7440- 32-6) एक हल्की चांदी-सफेद धातु है।

कहानी

TiO 2 की खोज लगभग एक साथ और स्वतंत्र रूप से अंग्रेज डब्ल्यू ग्रेगोर और जर्मन रसायनज्ञ एम जी क्लाप्रोथ द्वारा की गई थी। डब्ल्यू ग्रेगोर ने चुंबकीय लौहयुक्त रेत (क्रीड, कॉर्नवाल, इंग्लैंड, 1789) की संरचना का अध्ययन करते हुए, एक अज्ञात धातु की एक नई "पृथ्वी" (ऑक्साइड) को अलग किया, जिसे उन्होंने मेनकेन कहा। 1795 में, जर्मन रसायनज्ञ क्लैप्रोथ ने खनिज रूटाइल में एक नए तत्व की खोज की और इसे टाइटेनियम नाम दिया। दो साल बाद, क्लाप्रोथ ने स्थापित किया कि रूटाइल और मेनकेन पृथ्वी एक ही तत्व के ऑक्साइड हैं, जिसके पीछे क्लैप्रोथ द्वारा प्रस्तावित "टाइटेनियम" नाम बना हुआ है। 10 साल बाद तीसरी बार टाइटेनियम की खोज हुई। फ्रांसीसी वैज्ञानिक एल। वौक्वेलिन ने एनाटेज में टाइटेनियम की खोज की और साबित किया कि रूटाइल और एनाटेज समान टाइटेनियम ऑक्साइड हैं।
धात्विक टाइटेनियम का पहला नमूना 1825 में J. Ya. Berzelius द्वारा प्राप्त किया गया था। टाइटेनियम की उच्च रासायनिक गतिविधि और इसके शुद्धिकरण की जटिलता के कारण, डच ए। वैन आर्केल और आई। डी बोअर ने टाइटेनियम आयोडाइड TiI 4 वाष्प के थर्मल अपघटन द्वारा 1925 में शुद्ध Ti नमूना प्राप्त किया।

नाम की उत्पत्ति

धातु को इसका नाम टाइटन्स, प्राचीन ग्रीक पौराणिक कथाओं के पात्रों, गैया के बच्चों के सम्मान में मिला। तत्व का नाम मार्टिन क्लैप्रोथ द्वारा रासायनिक नामकरण पर उनके विचारों के अनुसार दिया गया था, जैसा कि फ्रांसीसी स्कूल ऑफ केमिस्ट्री के विपरीत था, जहां उन्होंने इसके रासायनिक गुणों के आधार पर तत्व का नाम देने की कोशिश की थी। चूंकि जर्मन शोधकर्ता ने स्वयं एक नए तत्व के गुणों को केवल उसके ऑक्साइड द्वारा निर्धारित करने की असंभवता को नोट किया था, इसलिए उन्होंने पौराणिक कथाओं से इसके लिए एक नाम चुना, जो उनके द्वारा पहले खोजे गए यूरेनियम के अनुरूप था।
हालांकि, 1980 के दशक के अंत में तेखनिका-मोलोडेज़ी पत्रिका में प्रकाशित एक अन्य संस्करण के अनुसार, नई खोजी गई धातु का नाम प्राचीन ग्रीक मिथकों के शक्तिशाली टाइटन्स के लिए नहीं, बल्कि जर्मनिक पौराणिक कथाओं में परियों की रानी टाइटेनिया (ओबेरॉन की) के नाम पर है। शेक्सपियर के "ए मिडसमर नाइट्स ड्रीम" में पत्नी)। यह नाम धातु के असाधारण "हल्कापन" (कम घनत्व) से जुड़ा है।

रसीद

एक नियम के रूप में, टाइटेनियम और इसके यौगिकों के उत्पादन के लिए प्रारंभिक सामग्री टाइटेनियम डाइऑक्साइड है जिसमें अपेक्षाकृत कम मात्रा में अशुद्धियाँ होती हैं। विशेष रूप से, यह टाइटेनियम अयस्कों के लाभकारी के दौरान प्राप्त रूटाइल सांद्रण हो सकता है। हालांकि, दुनिया में रूटाइल के भंडार बहुत सीमित हैं, और इल्मेनाइट सांद्रता के प्रसंस्करण के दौरान प्राप्त तथाकथित सिंथेटिक रूटाइल या टाइटेनियम स्लैग का अधिक बार उपयोग किया जाता है। टाइटेनियम स्लैग प्राप्त करने के लिए, इल्मेनाइट कॉन्संट्रेट को इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में कम किया जाता है, जबकि आयरन को मेटल फेज (कच्चा लोहा) में अलग किया जाता है, और बिना रिड्यूस्ड टाइटेनियम ऑक्साइड और अशुद्धियाँ स्लैग फेज बनाती हैं। रिच स्लैग को क्लोराइड या सल्फ्यूरिक एसिड विधि द्वारा संसाधित किया जाता है।
टाइटेनियम अयस्कों के सांद्रण को सल्फ्यूरिक एसिड या पाइरोमेटेलर्जिकल प्रसंस्करण के अधीन किया जाता है। सल्फ्यूरिक एसिड उपचार का उत्पाद टाइटेनियम डाइऑक्साइड पाउडर TiO2 है। पाइरोमेटेलर्जिकल विधि का उपयोग करते हुए, अयस्क को कोक के साथ सिन्टर किया जाता है और क्लोरीन के साथ इलाज किया जाता है, टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड TiCl4 की एक जोड़ी प्राप्त करता है:
TiO 2 + 2C + 2Cl 2 \u003d TiCl 2 + 2CO

850 डिग्री सेल्सियस पर बनने वाले TiCl 4 वाष्प मैग्नीशियम के साथ कम हो जाते हैं:
TiCl 4 + 2Mg = 2MgCl 2 + Ti

परिणामी टाइटेनियम "स्पंज" को पिघलाकर शुद्ध किया जाता है। टाइटेनियम को आयोडाइड विधि या इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा परिष्कृत किया जाता है, Ti को TiCl 4 से अलग करता है। टाइटेनियम सिल्लियां प्राप्त करने के लिए चाप, इलेक्ट्रॉन बीम या प्लाज्मा प्रसंस्करण का उपयोग किया जाता है।

भौतिक गुण

टाइटेनियम एक हल्की, चांदी-सफेद धातु है। यह दो क्रिस्टलीय संशोधनों में मौजूद है: α-Ti एक हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली के साथ, β-Ti एक क्यूबिक बॉडी-केंद्रित पैकिंग के साथ, बहुरूपी परिवर्तन α↔β का तापमान 883 डिग्री सेल्सियस है।
इसकी एक उच्च चिपचिपाहट होती है, मशीनिंग के दौरान यह काटने के उपकरण से चिपके रहने की संभावना होती है, और इसलिए उपकरण पर विशेष कोटिंग्स के आवेदन, विभिन्न स्नेहक की आवश्यकता होती है।
सामान्य तापमान पर, यह TiO 2 ऑक्साइड की एक सुरक्षात्मक निष्क्रिय फिल्म के साथ कवर किया जाता है, जिसके कारण यह अधिकांश वातावरण (क्षारीय को छोड़कर) में संक्षारण प्रतिरोधी है।
टाइटेनियम की धूल फटने लगती है। फ्लैश प्वाइंट 400 डिग्री सेल्सियस। टाइटेनियम छीलन ज्वलनशील हैं।

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कहानी

टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2) की खोज अंग्रेज डब्ल्यू ग्रेगोर और जर्मन रसायनज्ञ एम जी क्लाप्रोथ द्वारा लगभग एक साथ और एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से की गई थी। डब्ल्यू ग्रेगोर ने चुंबकीय लौहयुक्त रेत (पंथ, कॉर्नवाल, इंग्लैंड) की संरचना की जांच करते हुए, एक अज्ञात धातु की एक नई "पृथ्वी" (ऑक्साइड) को अलग किया, जिसे उन्होंने मेनकेन कहा। 1795 में, जर्मन रसायनज्ञ क्लैप्रोथ ने खनिज रूटाइल में एक नए तत्व की खोज की और इसे टाइटेनियम नाम दिया। दो साल बाद, क्लाप्रोथ ने स्थापित किया कि रूटाइल और मेनकेन पृथ्वी एक ही तत्व के ऑक्साइड हैं, जिसके पीछे क्लैप्रोथ द्वारा प्रस्तावित "टाइटेनियम" नाम बना हुआ है। 10 वर्षों के बाद, तीसरी बार टाइटेनियम की खोज हुई: फ्रांसीसी वैज्ञानिक एल। वाउक्वेलिन ने एनाटेज में टाइटेनियम की खोज की और साबित किया कि रूटाइल और एनाटेज समान टाइटेनियम ऑक्साइड हैं।

धात्विक टाइटेनियम का पहला नमूना 1825 में स्वेड जे. या बर्ज़ेलियस द्वारा प्राप्त किया गया था। टाइटेनियम की उच्च रासायनिक गतिविधि और इसके शुद्धिकरण की जटिलता के कारण, डच ए। वैन आर्केल और आई। डी बोअर ने टाइटेनियम आयोडाइड TiI 4 वाष्प के थर्मल अपघटन द्वारा 1925 में शुद्ध Ti नमूना प्राप्त किया।

लक्ज़मबर्गर जी. क्रोल तक टाइटेनियम को औद्योगिक अनुप्रयोग नहीं मिला (अंग्रेज़ी)रूसी 1940 में टेट्राक्लोराइड से टाइटेनियम धातु की कमी के लिए एक साधारण मैग्नीशियम-थर्मल विधि का पेटेंट नहीं कराया; यह विधि (क्रोल प्रक्रिया (अंग्रेज़ी)रूसी) अभी भी टाइटेनियम के औद्योगिक उत्पादन में मुख्य में से एक है।

नाम की उत्पत्ति

प्रकृति में होना

टाइटेनियम प्रकृति में 10 वां सबसे प्रचुर मात्रा में है। पृथ्वी की पपड़ी में सामग्री - वजन से 0.57%, समुद्र के पानी में - 0.001 मिलीग्राम / लीटर। अल्ट्राबेसिक चट्टानों में 300 ग्राम/टी, मूल चट्टानों में 9 किग्रा/टी, अम्लीय चट्टानों में 2.3 किग्रा/टी, क्ले और शेल्स में 4.5 किग्रा/टी। पृथ्वी की पपड़ी में, टाइटेनियम लगभग हमेशा चतुष्कोणीय होता है और केवल ऑक्सीजन यौगिकों में मौजूद होता है। यह मुक्त रूप में नहीं होता है। अपक्षय और वर्षा की परिस्थितियों में टाइटेनियम में अल 2 ओ 3 के लिए एक भू-रासायनिक संबंध है। यह अपक्षय क्रस्ट के बॉक्साइट्स और समुद्री क्लेय तलछट में केंद्रित है। टाइटेनियम का स्थानांतरण खनिजों के यांत्रिक टुकड़ों के रूप में और कोलाइड के रूप में किया जाता है। वजन के हिसाब से 30% तक TiO2 कुछ मिट्टी में जमा हो जाता है। टाइटेनियम खनिज अपक्षय के प्रतिरोधी हैं और प्लेसर में बड़ी सांद्रता बनाते हैं। टाइटेनियम युक्त 100 से अधिक खनिज ज्ञात हैं। उनमें से सबसे महत्वपूर्ण हैं: रूटाइल TiO 2 , इल्मेनाइट FeTiO 3 , टाइटेनोमैग्नेटाइट FeTiO 3 + Fe 3 O 4 , पेरोसाइट CaTiO 3 , टाइटेनाइट (स्फीन) CaTiSiO 5 । प्राथमिक टाइटेनियम अयस्क हैं - इल्मेनाइट-टाइटैनोमैग्नेटाइट और प्लेसर - रूटाइल-इलमेनाइट-ज़िक्रोन।

जन्म स्थान

बड़े प्राथमिक टाइटेनियम जमा दक्षिण अफ्रीका, रूस, यूक्रेन, कनाडा, संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन, नॉर्वे, स्वीडन, मिस्र, ऑस्ट्रेलिया, भारत, दक्षिण कोरिया, कजाकिस्तान के क्षेत्र में स्थित हैं; जलोढ़ निक्षेप ब्राजील, भारत, अमेरिका, सिएरा लियोन, ऑस्ट्रेलिया में पाए जाते हैं। सीआईएस देशों में, रूसी संघ (58.5%) और यूक्रेन (40.2%) टाइटेनियम अयस्कों के खोजे गए भंडार के मामले में अग्रणी स्थान लेते हैं। रूस में सबसे बड़ी जमा यारेगस्कॉय है।

भंडार और उत्पादन

2002 तक, टाइटेनियम डाइऑक्साइड TiO2 के उत्पादन के लिए 90% खनन टाइटेनियम का उपयोग किया गया था। टाइटेनियम डाइऑक्साइड का विश्व उत्पादन प्रति वर्ष 4.5 मिलियन टन था। टाइटेनियम डाइऑक्साइड (रूस के बिना) के निश्चित भंडार लगभग 800 मिलियन टन हैं। 2006 के लिए, यूएस जियोलॉजिकल सर्वे के अनुसार, टाइटेनियम डाइऑक्साइड के संदर्भ में और रूस को छोड़कर, इल्मेनाइट अयस्कों का भंडार 603-673 मिलियन टन और रूटाइल है। - 49, 7-52.7 मिलियन टन। इस प्रकार, उत्पादन की वर्तमान दर पर, टाइटेनियम (रूस को छोड़कर) के विश्व के सिद्ध भंडार 150 से अधिक वर्षों तक रहेंगे।

रूस के पास चीन के बाद टाइटेनियम का दुनिया का दूसरा सबसे बड़ा भंडार है। रूस में टाइटेनियम का खनिज संसाधन आधार 20 जमाओं से बना है (जिनमें से 11 प्राथमिक हैं और 9 जलोढ़ हैं), पूरे देश में समान रूप से फैले हुए हैं। खोजे गए जमाओं में से सबसे बड़ा (यारेगस्कॉय) उखता (कोमी गणराज्य) शहर से 25 किमी दूर स्थित है। लगभग 10% की औसत टाइटेनियम डाइऑक्साइड सामग्री के साथ जमा का भंडार 2 बिलियन टन अयस्क का अनुमान है।

दुनिया का सबसे बड़ा टाइटेनियम उत्पादक रूसी कंपनी VSMPO-AVISMA है।

रसीद

टाइटेनियम अयस्कों के सांद्रण को सल्फ्यूरिक एसिड या पाइरोमेटेलर्जिकल प्रसंस्करण के अधीन किया जाता है। सल्फ्यूरिक एसिड उपचार का उत्पाद टाइटेनियम डाइऑक्साइड पाउडर TiO2 है। पाइरोमेटेलर्जिकल विधि का उपयोग करते हुए, अयस्क को कोक के साथ सिन्टर किया जाता है और क्लोरीन के साथ इलाज किया जाता है, टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड TiCl4 की एक जोड़ी प्राप्त करता है:

टी आई ओ 2 + 2 सी + 2 सी एल 2 → टी आई सी एल 4 + 2 सी ओ (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2C+2Cl_(2)\rightarrow TiCl_(4)+2CO)))

850 ° C पर बनने वाले TiCl 4 वाष्प मैग्नीशियम से कम हो जाते हैं:

टी आई सी एल 4 + 2 एम जी → 2 एम जी सी एल 2 + टी आई (\displaystyle (\mathsf (TiCl_(4)+2Mg\rightarrow 2MgCl_(2)+Ti)))

इसके अलावा, तथाकथित एफएफसी कैम्ब्रिज प्रक्रिया, जिसका नाम कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के डेवलपर्स डेरेक फ्रे, टॉम फार्थिंग और जॉर्ज चेन के नाम पर रखा गया है, जहां इसे बनाया गया था, अब लोकप्रियता हासिल करने लगी है। यह विद्युत रासायनिक प्रक्रिया कैल्शियम क्लोराइड और क्विकलाइम (कैल्शियम ऑक्साइड) के मिश्रण में ऑक्साइड से टाइटेनियम की प्रत्यक्ष निरंतर कमी की अनुमति देती है। यह प्रक्रिया कैल्शियम क्लोराइड और चूने के मिश्रण से भरे इलेक्ट्रोलाइटिक स्नान का उपयोग करती है, जिसमें ग्रेफाइट बलिदान (या तटस्थ) एनोड और ऑक्साइड से बने कैथोड को कम किया जाता है। जब स्नान के माध्यम से धारा प्रवाहित की जाती है, तो तापमान जल्दी से ~ 1000-1100 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है, और कैल्शियम ऑक्साइड पिघलकर एनोड पर ऑक्सीजन और धातु कैल्शियम में विघटित हो जाता है:

2 सी ए ओ → 2 सी ए + ओ 2 (\displaystyle (\mathsf (2CaO\rightarrow 2Ca+O_(2))))

परिणामी ऑक्सीजन एनोड (ग्रेफाइट का उपयोग करने के मामले में) का ऑक्सीकरण करता है, और कैल्शियम पिघल में कैथोड में चला जाता है, जहां यह अपने ऑक्साइड से टाइटेनियम को पुनर्स्थापित करता है:

O 2 + C → C O 2 (\displaystyle (\mathsf (O_(2)+C\rightarrow CO_(2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2Ca\rightarrow Ti+2CaO)))

परिणामस्वरूप कैल्शियम ऑक्साइड फिर से ऑक्सीजन और धात्विक कैल्शियम में अलग हो जाता है, और इस प्रक्रिया को तब तक दोहराया जाता है जब तक कि कैथोड का टाइटेनियम स्पंज में पूर्ण परिवर्तन या कैल्शियम ऑक्साइड का थकावट न हो जाए। इस प्रक्रिया में कैल्शियम क्लोराइड का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में सक्रिय कैल्शियम और ऑक्सीजन आयनों के पिघलने और गतिशीलता के लिए विद्युत चालकता प्रदान करने के लिए किया जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड के बजाय एक निष्क्रिय एनोड (उदाहरण के लिए, टिन डाइऑक्साइड) का उपयोग करते समय, आणविक ऑक्सीजन एनोड पर जारी की जाती है, जो पर्यावरण को कम प्रदूषित करती है, लेकिन इस मामले में प्रक्रिया कम स्थिर हो जाती है, और इसके अलावा, कुछ शर्तों के तहत , क्लोराइड का अपघटन कैल्शियम ऑक्साइड के बजाय अधिक ऊर्जावान रूप से अनुकूल हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप आणविक क्लोरीन निकलता है।

भौतिक गुण

टाइटेनियम एक हल्की, चांदी-सफेद धातु है। सामान्य दबाव में, यह दो क्रिस्टलीय संशोधनों में मौजूद होता है: कम तापमान α-Ti एक हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली (हेक्सागोनल सिस्टम, स्पेस ग्रुप) के साथ सी 6एमएमसी, सेल पैरामीटर ए= 0.2953 एनएम, सी= 0.4729 एनएम, जेड = 2 ) और उच्च तापमान β-Ti क्यूबिक बॉडी-केंद्रित पैकिंग के साथ (क्यूबिक सिनगनी, स्पेस ग्रुप) मैं हूँ 3एम, सेल पैरामीटर ए= 0.3269 एनएम, जेड = 2 ), संक्रमण तापमान α↔β 883 डिग्री सेल्सियस, संक्रमण गर्मी एच\u003d 3.8 केजे / मोल (87.4 केजे / किग्रा)। टाइटेनियम में घुलने पर अधिकांश धातुएं β-चरण को स्थिर करती हैं और α↔β संक्रमण तापमान को कम करती हैं। 9 GPa से ऊपर के दबाव और 900 ° C से ऊपर के तापमान पर, टाइटेनियम हेक्सागोनल चरण (ω -Ti) में चला जाता है। α-Ti और β-Ti का घनत्व क्रमशः 4.505 g/cm³ (20°C पर) और 4.32 g/cm³ (900°C पर) है। α-टाइटेनियम का परमाणु घनत्व 5.67⋅10 22 at/cm³ है।

सामान्य दबाव पर टाइटेनियम का गलनांक 1670 ± 2 °C, या 1943 ± 2 K (ITS-90 तापमान पैमाने के द्वितीयक अंशांकन बिंदुओं में से एक के रूप में लिया जाता है) है। (अंग्रेज़ी)रूसी) . क्वथनांक 3287 डिग्री सेल्सियस। पर्याप्त रूप से कम तापमान (-80 डिग्री सेल्सियस) पर, टाइटेनियम काफी भंगुर हो जाता है। सामान्य परिस्थितियों में दाढ़ ताप क्षमता सीपी= 25.060 kJ/(mol K), जो 0.523 kJ / (kg K) की विशिष्ट ताप क्षमता से मेल खाती है। संलयन की ऊष्मा 15 kJ/mol, वाष्पीकरण की ऊष्मा 410 kJ/mol। विशेषता डेबी तापमान 430 K है। 20 डिग्री सेल्सियस पर तापीय चालकता 21.9 डब्ल्यू/(एम के) । रैखिक विस्तार का तापमान गुणांक -120 से +860 डिग्री सेल्सियस की सीमा में 9.2 10 -6 के -1 है। α-टाइटेनियम की मोलर एन्ट्रापी एस 0 \u003d 30.7 केजे / (मोल के)। गैस चरण में टाइटेनियम के लिए, गठन की थैलीपी Δ एच0
एफ= 473.0 kJ/mol, गिब्स ऊर्जा Δ जी0
एफ= 428.4 kJ/mol, दाढ़ एन्ट्रापी एस 0 \u003d 180.3 केजे / (मोल के), निरंतर दबाव पर ताप क्षमता सीपी= 24.4 केजे/(मोल के)

प्लास्टिक, एक निष्क्रिय वातावरण में वेल्डेड। ताकत की विशेषताएं तापमान पर बहुत कम निर्भर करती हैं, लेकिन शुद्धता और पूर्व-उपचार पर अत्यधिक निर्भर होती हैं। तकनीकी टाइटेनियम के लिए, विकर्स कठोरता 790-800 एमपीए है, सामान्य लोच का मापांक 103 जीपीए है, और कतरनी मापांक 39.2 जीपीए है। वैक्यूम में प्री-एनील्ड उच्च शुद्धता वाले टाइटेनियम में 140-170 एमपीए की उपज शक्ति, 55-70% की सापेक्ष बढ़ाव, 716 एमपीए की ब्रिनेल कठोरता है।

इसकी एक उच्च चिपचिपाहट होती है, मशीनिंग के दौरान यह काटने के उपकरण से चिपके रहने का खतरा होता है, और इसलिए उपकरण, विभिन्न स्नेहक पर विशेष कोटिंग्स लगाने की आवश्यकता होती है।

सामान्य तापमान पर, यह TiO 2 ऑक्साइड की एक सुरक्षात्मक निष्क्रिय फिल्म के साथ कवर किया जाता है, जिसके कारण यह अधिकांश वातावरण (क्षारीय को छोड़कर) में संक्षारण प्रतिरोधी है।

रासायनिक गुण

जटिल एजेंटों की उपस्थिति में कमजोर एसिड के साथ भी आसानी से प्रतिक्रिया करता है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के साथ, यह एक जटिल आयन 2− के गठन के कारण बातचीत करता है। टाइटेनियम कार्बनिक मीडिया में जंग के लिए सबसे अधिक संवेदनशील है, क्योंकि पानी की उपस्थिति में टाइटेनियम उत्पाद की सतह पर ऑक्साइड और टाइटेनियम हाइड्राइड की एक घनी निष्क्रिय फिल्म बनती है। टाइटेनियम के संक्षारण प्रतिरोध में सबसे अधिक ध्यान देने योग्य वृद्धि एक आक्रामक वातावरण में पानी की मात्रा में 0.5 से 8.0% की वृद्धि के साथ ध्यान देने योग्य है, जिसकी पुष्टि मिश्रित पानी में एसिड और क्षार के समाधान में टाइटेनियम की इलेक्ट्रोड क्षमता के विद्युत रासायनिक अध्ययनों से होती है। -ऑर्गेनिक मीडिया।

जब हवा में 1200 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो Ti एक चमकदार सफेद लौ से प्रज्वलित होता है, जो चर संरचना TiO x के ऑक्साइड चरणों के निर्माण के साथ होता है। हाइड्रॉक्साइड TiO(OH) 2 ·xH 2 O टाइटेनियम लवण के घोल से अवक्षेपित होता है, सावधानीपूर्वक कैल्सीनेशन द्वारा ऑक्साइड TiO 2 प्राप्त किया जाता है। TiO(OH) 2 हाइड्रॉक्साइड xH 2 O और TiO 2 डाइऑक्साइड उभयधर्मी हैं।

जब टाइटेनियम कार्बन के साथ इंटरैक्ट करता है, तो टाइटेनियम कार्बाइड Ti x C x (x \u003d Ti 20 C 9 - TiC) बनता है।

मिश्र धातु के रूप में टाइटेनियम विमान, रॉकेट और जहाज निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक सामग्री है।
धातु का उपयोग रासायनिक उद्योग (रिएक्टर, पाइपलाइन, पंप, पाइप फिटिंग), सैन्य उद्योग (बॉडी आर्मर, कवच और विमानन में अग्नि अवरोध, पनडुब्बी पतवार), औद्योगिक प्रक्रियाओं (विलवणीकरण संयंत्र, लुगदी और कागज प्रक्रियाओं), मोटर वाहन उद्योग में किया जाता है। , कृषि उद्योग, खाद्य उद्योग, खेल के सामान, गहने, मोबाइल फोन, हल्के मिश्र धातु, आदि।
टाइटेनियम शारीरिक रूप से निष्क्रिय है, जिसके कारण इसका उपयोग दवा (कृत्रिम अंग, अस्थि-संधि, दंत प्रत्यारोपण), दंत और एंडोडोंटिक उपकरणों में और भेदी गहनों में किया जाता है।
टाइटेनियम कास्टिंग ग्रेफाइट मोल्ड्स में वैक्यूम भट्टियों में की जाती है। वैक्यूम निवेश कास्टिंग का भी उपयोग किया जाता है। कलात्मक कास्टिंग में तकनीकी कठिनाइयों के कारण, इसका उपयोग सीमित सीमा तक किया जाता है। दुनिया में पहली स्मारकीय कास्ट टाइटेनियम मूर्तिकला मॉस्को में उनके नाम पर यूरी गगारिन का स्मारक है।
टाइटेनियम कई मिश्र धातु स्टील्स और सबसे विशेष मिश्र धातुओं में एक मिश्र धातु जोड़ है [ क्या?] .
नितिनोल (निकल-टाइटेनियम) एक आकार की स्मृति मिश्र धातु है जिसका उपयोग दवा और प्रौद्योगिकी में किया जाता है।
टाइटेनियम एल्युमिनाइड्स ऑक्सीकरण और गर्मी प्रतिरोधी के लिए बहुत प्रतिरोधी हैं, जो बदले में, संरचनात्मक सामग्री के रूप में विमानन और मोटर वाहन उद्योग में उनके उपयोग को निर्धारित करते हैं।
टाइटेनियम सबसे आम में से एक है

बहुत से लोग थोड़े रहस्यमय और पूरी तरह से समझ में नहीं आने वाले टाइटेनियम में रुचि रखते हैं - एक धातु जिसके गुण कुछ अस्पष्ट हैं। धातु सबसे मजबूत और सबसे भंगुर दोनों है।

सबसे मजबूत और सबसे भंगुर धातु

इसकी खोज दो वैज्ञानिकों ने 6 साल के अंतर के साथ की थी - अंग्रेज डब्ल्यू ग्रेगोर और जर्मन एम। क्लाप्रोथ। टाइटन का नाम एक ओर, पौराणिक टाइटन्स, अलौकिक और निडर के साथ जुड़ा हुआ है, दूसरी ओर, परियों की रानी टाइटेनिया के साथ।
यह प्रकृति में सबसे आम सामग्रियों में से एक है, लेकिन शुद्ध धातु प्राप्त करने की प्रक्रिया विशेष रूप से कठिन है।

डी. मेंडेलीफ की तालिका के 22 रासायनिक तत्व टाइटेनियम (टीआई) चौथे अवधि के चौथे समूह से संबंधित है।

एक स्पष्ट चमक के साथ टाइटेनियम का रंग चांदी सफेद है। इसके हाइलाइट इंद्रधनुष के सभी रंगों के साथ झिलमिलाते हैं।

यह दुर्दम्य धातुओं में से एक है। यह +1660°C (±20°) पर पिघलता है। टाइटेनियम अनुचुंबकीय है: यह चुंबकीय क्षेत्र में चुम्बकित नहीं होता है और इसे इससे बाहर नहीं धकेला जाता है।
धातु को कम घनत्व और उच्च शक्ति की विशेषता है। लेकिन इस सामग्री की ख़ासियत यह है कि अन्य रासायनिक तत्वों की न्यूनतम अशुद्धियाँ भी इसके गुणों को मौलिक रूप से बदल देती हैं। अन्य धातुओं के एक नगण्य अंश की उपस्थिति में, टाइटेनियम अपनी गर्मी प्रतिरोध खो देता है, और इसकी संरचना में कम से कम गैर-धातु पदार्थ मिश्र धातु को भंगुर बनाते हैं।
यह सुविधा 2 प्रकार की सामग्री की उपस्थिति निर्धारित करती है: शुद्ध और तकनीकी।

शुद्ध टाइटेनियम का उपयोग किया जाता है जहां बहुत हल्के पदार्थ की आवश्यकता होती है जो भारी भार और अति-उच्च तापमान सीमाओं का सामना कर सकता है।
तकनीकी सामग्री का उपयोग किया जाता है जहां हल्केपन, ताकत और जंग के प्रतिरोध जैसे मापदंडों को महत्व दिया जाता है।

पदार्थ में अनिसोट्रॉपी का गुण होता है। इसका मतलब है कि धातु लागू बल के आधार पर अपनी भौतिक विशेषताओं को बदल सकती है। सामग्री के उपयोग की योजना बनाते समय इस सुविधा को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

टाइटेनियम अन्य धातुओं की अशुद्धियों की थोड़ी सी भी उपस्थिति पर अपनी ताकत खो देता है।

सामान्य परिस्थितियों में टाइटेनियम के गुणों का अध्ययन इसकी जड़ता की पुष्टि करता है। पदार्थ आसपास के वातावरण में तत्वों पर प्रतिक्रिया नहीं करता है।
मापदंडों में परिवर्तन तब शुरू होता है जब तापमान +400 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक हो जाता है। टाइटेनियम ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है, नाइट्रोजन में प्रज्वलित कर सकता है, गैसों को अवशोषित कर सकता है।
ये गुण शुद्ध पदार्थ और उसके मिश्र धातुओं को प्राप्त करना कठिन बनाते हैं। टाइटेनियम का उत्पादन महंगे वैक्यूम उपकरण के उपयोग पर आधारित है।

टाइटेनियम और अन्य धातुओं के साथ प्रतिस्पर्धा

इस धातु की तुलना लगातार एल्यूमीनियम और लौह मिश्र धातुओं से की जाती है। टाइटेनियम के कई रासायनिक गुण प्रतियोगियों की तुलना में काफी बेहतर हैं:

यांत्रिक शक्ति के संदर्भ में, टाइटेनियम लोहे से 2 गुना और एल्यूमीनियम से 6 गुना अधिक है। घटते तापमान के साथ इसकी ताकत बढ़ जाती है, जो प्रतिस्पर्धियों में नहीं देखी जाती है।
टाइटेनियम की एंटीकोर्सिव विशेषताएं अन्य धातुओं की तुलना में काफी अधिक हैं।
परिवेश के तापमान पर, धातु बिल्कुल निष्क्रिय है। लेकिन जब तापमान +200 डिग्री सेल्सियस से ऊपर हो जाता है, तो पदार्थ अपनी विशेषताओं को बदलते हुए हाइड्रोजन को अवशोषित करना शुरू कर देता है।
उच्च तापमान पर, टाइटेनियम अन्य रासायनिक तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करता है। इसकी एक उच्च विशिष्ट शक्ति है, जो सर्वोत्तम लौह मिश्र धातुओं के गुणों से 2 गुना अधिक है।
टाइटेनियम के एंटी-जंग गुण एल्यूमीनियम और स्टेनलेस स्टील से काफी अधिक हैं।
पदार्थ विद्युत का कुचालक है। टाइटेनियम में लोहे की 5 गुना, एल्यूमीनियम की 20 गुना और मैग्नीशियम की 10 गुना प्रतिरोधकता होती है।
टाइटेनियम को कम तापीय चालकता की विशेषता है, यह थर्मल विस्तार के कम गुणांक के कारण है। यह लोहे से 3 गुना कम और एल्युमिनियम से 12 गुना कम होता है।

टाइटेनियम कैसे प्राप्त किया जाता है?

सामग्री प्रकृति में वितरण के मामले में 10 वां स्थान लेती है। टाइटैनिक एसिड या इसके डाइऑक्साइड के रूप में टाइटेनियम युक्त लगभग 70 खनिज हैं। उनमें से सबसे आम और धातु डेरिवेटिव का उच्च प्रतिशत है:

इल्मेनाइट;
रूटाइल;
एनाटेस;
पेरोव्स्काइट;
ब्रुकाइट

टाइटेनियम अयस्कों के मुख्य भंडार संयुक्त राज्य अमेरिका, ग्रेट ब्रिटेन, जापान में स्थित हैं, उनमें से बड़े भंडार रूस, यूक्रेन, कनाडा, फ्रांस, स्पेन, बेल्जियम में खोजे गए हैं।

टाइटेनियम खनन एक महंगी और श्रमसाध्य प्रक्रिया है

उनसे धातु प्राप्त करना बहुत महंगा है। वैज्ञानिकों ने टाइटेनियम के उत्पादन के 4 तरीके विकसित किए हैं, जिनमें से प्रत्येक काम कर रहा है और उद्योग में प्रभावी रूप से उपयोग किया जाता है:

मैग्नीशियम विधि। टाइटेनियम अशुद्धियों वाले निकाले गए कच्चे माल को संसाधित किया जाता है और टाइटेनियम डाइऑक्साइड प्राप्त किया जाता है। इस पदार्थ को ऊंचे तापमान पर खदान या नमक क्लोरीनेटर में क्लोरीनीकरण के अधीन किया जाता है। प्रक्रिया बहुत धीमी है और कार्बन उत्प्रेरक की उपस्थिति में की जाती है। इस मामले में, ठोस डाइऑक्साइड गैसीय पदार्थ - टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड में परिवर्तित हो जाता है। परिणामी सामग्री मैग्नीशियम या सोडियम से कम हो जाती है। प्रतिक्रिया के दौरान बनने वाले मिश्र धातु को एक वैक्यूम इकाई में अल्ट्राहाई तापमान पर गर्म किया जाता है। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, क्लोरीन के साथ मैग्नीशियम और उसके यौगिकों का वाष्पीकरण होता है। प्रक्रिया के अंत में, स्पंज जैसी सामग्री प्राप्त होती है। इसे पिघलाया जाता है और उच्च गुणवत्ता वाला टाइटेनियम प्राप्त किया जाता है।
हाइड्राइड-कैल्शियम विधि। अयस्क एक रासायनिक प्रतिक्रिया के अधीन है और टाइटेनियम हाइड्राइड प्राप्त किया जाता है। अगला चरण पदार्थ को घटकों में अलग करना है। निर्वात संयंत्रों में गर्म करने के दौरान टाइटेनियम और हाइड्रोजन निकलते हैं। प्रक्रिया के अंत में, कैल्शियम ऑक्साइड प्राप्त होता है, जिसे कमजोर एसिड से धोया जाता है। पहली दो विधियाँ औद्योगिक उत्पादन से संबंधित हैं। वे अपेक्षाकृत कम लागत पर कम से कम समय में शुद्ध टाइटेनियम प्राप्त करना संभव बनाते हैं।
इलेक्ट्रोलिसिस विधि। टाइटेनियम यौगिकों को उच्च धारा के अधीन किया जाता है। फीडस्टॉक के आधार पर, यौगिकों को घटकों में विभाजित किया जाता है: क्लोरीन, ऑक्सीजन और टाइटेनियम।
आयोडाइड विधि या शोधन। खनिजों से प्राप्त टाइटेनियम डाइऑक्साइड को आयोडीन वाष्प के साथ डुबोया जाता है। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, टाइटेनियम आयोडाइड बनता है, जिसे उच्च तापमान - + 1300 ... + 1400 ° C तक गर्म किया जाता है और उस पर विद्युत प्रवाह के साथ कार्य करता है। उसी समय, घटकों को स्रोत सामग्री से अलग किया जाता है: आयोडीन और टाइटेनियम। इस विधि द्वारा प्राप्त धातु में कोई अशुद्धियाँ और योजक नहीं होते हैं।

उपयोग के क्षेत्र

टाइटेनियम का उपयोग अशुद्धियों से इसके शुद्धिकरण की डिग्री पर निर्भर करता है। टाइटेनियम मिश्र धातु की संरचना में अन्य रासायनिक तत्वों की एक छोटी मात्रा की उपस्थिति भी इसकी भौतिक और यांत्रिक विशेषताओं को मौलिक रूप से बदल देती है।

एक निश्चित मात्रा में अशुद्धियों वाले टाइटेनियम को तकनीकी कहा जाता है। इसमें संक्षारण प्रतिरोध की उच्च दर है, यह हल्की और बहुत टिकाऊ सामग्री है। इसका अनुप्रयोग इन और अन्य संकेतकों पर निर्भर करता है।

रासायनिक उद्योग मेंटाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं का उपयोग विभिन्न प्रयोजनों के लिए हीट एक्सचेंजर्स, विभिन्न व्यास के पाइप, फिटिंग, हाउसिंग और पंपों के लिए भागों के निर्माण के लिए किया जाता है। पदार्थ उन जगहों पर अपरिहार्य है जहां एसिड के लिए उच्च शक्ति और प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।
परिवहन परटाइटेनियम का उपयोग साइकिल, कारों, रेलवे कारों और ट्रेनों के पुर्जों और असेंबलियों के निर्माण के लिए किया जाता है। सामग्री का उपयोग रोलिंग स्टॉक और कारों के वजन को कम करता है, साइकिल के पुर्जों को हल्का और मजबूत बनाता है।
टाइटेनियम महत्वपूर्ण है नौसेना विभाग में. पनडुब्बियों के लिए पतवार के पुर्जे और तत्व, नावों और हेलीकॉप्टरों के लिए प्रोपेलर इससे बनाए जाते हैं।
निर्माण उद्योग मेंजिंक-टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग facades और छतों के लिए एक परिष्करण सामग्री के रूप में किया जाता है। इस बहुत मजबूत मिश्र धातु में एक महत्वपूर्ण गुण है: इसका उपयोग सबसे शानदार विन्यास के वास्तुशिल्प विवरण बनाने के लिए किया जा सकता है। यह कोई भी रूप ले सकता है।
पिछले दशक में, टाइटेनियम का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है तेल उद्योग में. इसके मिश्रधातुओं का उपयोग अल्ट्रा-डीप ड्रिलिंग के लिए उपकरणों के निर्माण में किया जाता है। सामग्री का उपयोग अपतटीय अलमारियों पर तेल और गैस उत्पादन के लिए उपकरणों के निर्माण के लिए किया जाता है।

टाइटेनियम में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है।

शुद्ध टाइटेनियम के अपने उपयोग हैं। इसकी आवश्यकता होती है जहां उच्च तापमान के प्रतिरोध की आवश्यकता होती है और साथ ही साथ धातु की ताकत को बनाए रखा जाना चाहिए।

में लागू होता है :

त्वचा के पुर्जों, पतवारों, फास्टनरों, चेसिस के निर्माण के लिए विमान और अंतरिक्ष उद्योग;
प्रोस्थेटिक्स और हृदय वाल्व और अन्य उपकरणों के निर्माण के लिए दवा;
क्रायोजेनिक क्षेत्र में काम करने की तकनीक (यहां वे टाइटेनियम की संपत्ति का उपयोग करते हैं - तापमान में कमी के साथ, धातु की ताकत बढ़ जाती है और इसकी प्लास्टिसिटी खो नहीं जाती है)।

प्रतिशत के संदर्भ में, विभिन्न सामग्रियों के उत्पादन के लिए टाइटेनियम का उपयोग इस तरह दिखता है:

60% का उपयोग पेंट के निर्माण के लिए किया जाता है;
प्लास्टिक 20% की खपत करता है;
कागज उत्पादन में 13% का उपयोग किया जाता है;
मैकेनिकल इंजीनियरिंग परिणामी टाइटेनियम और उसके मिश्र धातुओं का 7% खपत करता है।

कच्चे माल और टाइटेनियम प्राप्त करने की प्रक्रिया महंगी है, इसके उत्पादन की लागत की भरपाई की जाती है और इस पदार्थ से उत्पादों के सेवा जीवन द्वारा भुगतान किया जाता है, इसकी क्षमता ऑपरेशन की पूरी अवधि में इसकी उपस्थिति को बदलने की नहीं है।