Membuat Titanium

Titanium

Cara Membuat Titanium

Titanium dikenal sebagai logam transisi pada tabel periodik unsur dilambangkan dengan simbol Ti. Ini adalah ringan, perak abu-abu bahan dengan nomor atom 22 dan berat atom 47,90. Ia memiliki kerapatan 4510 kg / m 3, yang adalah suatu tempat antara kepadatan dari aluminium dan stainless steel. Ia memiliki titik lebur sekitar 3032 ° F (1.667 ° C) dan titik didih 5.948 ° F (3.287 C). Ini berperilaku kimia mirip dengan zirkonium dan silikon. Ini memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan kekuatan tinggi untuk perbandingan berat.

Titanium adalah logam yang paling berlimpah keempat naik sekitar 0,62% dari kerak bumi. Jarang ditemukan dalam bentuknya yang murni, titanium biasanya ada di mineral seperti anatase, brookite, ilmenit, leucoxene, perovskit, rutil, dan sphene. Sementara titanium cukup melimpah, terus menjadi mahal karena sulit untuk mengisolasi. Para produsen terkemuka dari titanium konsentrat termasuk Australia, Kanada, Cina, India, Norwegia, Afrika Selatan, dan Ukraina. Di Amerika Serikat, titanium utama memproduksi negara adalah Florida, Idaho, New Jersey, New York, dan Virginia.

Ribuan paduan titanium telah dikembangkan dan ini dapat dikelompokkan menjadi empat kategori utama. Sifat mereka tergantung pada struktur kimia dasar mereka dan cara mereka dimanipulasi selama pembuatan. Beberapa elemen yang digunakan untuk membuat paduan termasuk aluminium, molybdenum, kobalt, zirkonium, timah, dan vanadium. Paduan fase Alpha memiliki kekuatan terendah tetapi formable dan weldable. Alpha ditambah paduan beta memiliki kekuatan tinggi. Dekat paduan alpha memiliki kekuatan menengah namun memiliki ketahanan mulur yang baik. Paduan fase Beta memiliki kekuatan tertinggi dari setiap paduan titanium tetapi mereka juga tidak memiliki daktilitas.

Aplikasi dari titanium dan paduannya sangat banyak. Industri aerospace adalah pengguna terbesar produk titanium. Hal ini berguna untuk industri ini karena kekuatan tinggi untuk perbandingan berat dan sifat suhu tinggi. Hal ini biasanya digunakan untuk bagian-bagian pesawat dan pengencang. Properti ini sama membuat titanium berguna untuk produksi mesin turbin gas. Hal ini digunakan untuk bagian seperti pisau kompresor, casing, cowlings mesin, dan perisai panas.

Sejak titanium memiliki ketahanan korosi yang baik, merupakan bahan penting bagi industri logam finishing. Istilah tersebut digunakan untuk membuat kumparan penukar panas, jig, dan lapisan. Titanium tahan terhadap klorin dan asam membuatnya menjadi bahan penting dalam proses kimia. Hal ini digunakan untuk berbagai pompa, katup, dan penukar panas pada jalur produksi kimia. Industri penyulingan minyak mempekerjakan bahan titanium untuk tabung kondensor karena ketahanan korosi. Properti ini juga membuatnya berguna untuk peralatan yang digunakan dalam proses desalinisasi.

Titanium digunakan dalam produksi implan manusia karena memiliki kompatibilitas yang baik dengan tubuh manusia. Salah satu penggunaan yang terakhir yang paling menonjol dari titanium yang ada di hati buatan pertama ditanamkan pada manusia pada tahun 2001. Kegunaan lain dari titanium dalam penggantian pinggul, alat pacu jantung, defibrillator, dan siku dan sendi pinggul.

Akhirnya, bahan titanium yang digunakan dalam produksi produk konsumen banyak. Hal ini digunakan dalam pembuatan hal-hal seperti sepatu, perhiasan, komputer, peralatan olahraga, jam tangan, dan patung. Sebagai titanium dioksida, digunakan sebagai pigmen putih dalam plastik, kertas cat, dan. Hal ini bahkan digunakan sebagai pewarna makanan putih dan sebagai tabir surya dalam produk kosmetik.
Sejarah

Kebanyakan sejarawan kredit William Gregor untuk penemuan titanium. Pada 1791, ia bekerja dengan menachanite (mineral yang ditemukan di Inggris) ketika dia mengenali elemen baru dan menerbitkan hasil. Unsur ini akhirnya ditemukan beberapa tahun kemudian di rutil bijih dengan MH Klaproth, seorang ahli kimia Jerman. Klaproth bernama titanium elemen setelah raksasa mitologi, para Titan.

Kedua Gregor dan Klaproth bekerja dengan senyawa titanium. Isolasi signifikan pertama dari titanium murni hampir dicapai pada tahun 1875 oleh Kirillov di Rusia. Isolasi dari logam murni tidak menunjukkan sampai 1910 ketika Matius Hunter dan rekan-rekannya titanium tetraklorida bereaksi dengan sodium dalam bom baja dipanaskan. Proses ini menghasilkan potongan individu dari titanium murni. Pada pertengahan 1920-an, sekelompok ilmuwan Belanda menciptakan kabel kecil dari titanium murni dengan melakukan reaksi disosiasi pada tetraiodida titanium.

Demonstrasi ini diminta William Kroll untuk mulai bereksperimen dengan metode yang berbeda untuk efisien mengisolasi titanium. Percobaan awal menyebabkan perkembangan dari sebuah proses untuk mengisolasi titanium dengan reduksi dengan magnesium pada tahun 1937. Proses ini, sekarang disebut proses Kroll, masih proses utama untuk memproduksi titanium. Produk pertama yang dibuat dari titanium diperkenalkan sekitar tahun 1940-an dan termasuk hal-hal seperti kabel, lembaran, dan batang.

Sementara pekerjaan Kroll yang menunjukkan sebuah metode untuk produksi titanium pada skala laboratorium, butuh hampir satu dekade lebih sebelum bisa diadaptasi untuk produksi skala besar. Pekerjaan ini dilakukan oleh Amerika Serikat Biro Pertambangan 1938-1947 di bawah arahan RS Dean. Pada tahun 1947, mereka telah membuat berbagai modifikasi untuk proses Kroll dan menghasilkan hampir 2 ton dari logam titanium. Pada tahun 1948, DuPont membuka operasi manufaktur skala besar pertama.

Metode skala besar manufaktur diizinkan untuk penggunaan titanium sebagai bahan struktural. Pada tahun 1950, itu digunakan terutama oleh industri kedirgantaraan dalam pembangunan pesawat. Sejak titanium lebih unggul daripada baja untuk banyak aplikasi, industri berkembang pesat. Dengan 1953, produksi tahunan telah mencapai 2 juta lb (907.200 kg) dan pelanggan utama untuk titanium adalah militer Amerika Serikat. Pada tahun 1958, permintaan titanium turun secara signifikan karena militer bergeser fokusnya dari pesawat berawak ke rudal yang baja adalah lebih tepat. Sejak itu, industri titanium memiliki berbagai siklus permintaan tinggi dan rendah. Banyak aplikasi baru dan industri untuk titanium dan paduannya telah ditemukan selama ini. Hari ini, sekitar 80% dari titanium digunakan oleh industri kedirgantaraan dan 20% oleh non-kedirgantaraan industri.
Bahan Baku

Titanium diperoleh dari bijih berbagai yang terjadi secara alami di bumi. Bijih-bijih utama yang digunakan untuk produksi titanium termasuk ilmenit, leucoxene, dan rutil. Sumber penting lainnya termasuk anatase, perovskit, dan sphene.

Ilmenite dan leucoxene adalah bijih titaniferous. Ilmenit (FeTiO3) mengandung titanium dioksida sekitar 53%. Leucoxene memiliki komposisi yang sama tetapi memiliki sekitar titanium dioksida 90%. Mereka ditemukan terkait dengan deposito hard rock atau di pantai dan pasir aluvial. Rutile relatif murni titanium dioksida (TiO2). Anatase adalah bentuk lain dari titanium dioksida kristalin dan baru saja baru-baru ini menjadi sumber komersial yang signifikan dari titanium. Keduanya ditemukan terutama di pantai dan deposito pasir.

Perovskit (CaTiO3) dan sphene (Cati-SiO5) adalah kalsium dan bijih titanium. Baik dari bahan yang digunakan dalam produksi komersial dari titanium karena kesulitan dalam menghilangkan kalsium. Di masa depan, ada kemungkinan bahwa perovskit dapat digunakan secara komersial karena mengandung titanium dioksida hampir 60% dan hanya memiliki kalsium sebagai pengotor. Sphene memiliki silikon sebagai pengotor kedua yang membuatnya bahkan lebih sulit untuk mengisolasi titanium.

Selain bijih, senyawa lain yang digunakan dalam produksi titanium termasuk gas klor, karbon, dan magnesium.

Titanium is used for a wide variety of items, such as bike frames, hip implants, eyeglass frames, and earrings.
Titanium digunakan untuk berbagai macam barang, seperti frame sepeda, implan pinggul, bingkai kacamata, dan anting-anting.
Manufaktur
Proses

Titanium diproduksi menggunakan proses Kroll. Langkah-langkah yang terlibat termasuk ekstraksi, pemurnian, produksi spons, pembuatan paduan, dan membentuk dan membentuk. Di Amerika Serikat, banyak produsen spesialis dalam fase yang berbeda dari produksi ini. Misalnya, ada produsen yang hanya membuat spons, yang lain yang hanya mencair dan menciptakan paduan, dan yang lain yang menghasilkan produk akhir. Saat ini, tidak ada produsen tunggal melengkapi semua langkah ini.
Pencabutan

* 1 Pada awal produksi, produsen menerima titanium konsentrat dari tambang. Sementara rutil dapat digunakan dalam bentuk alami, ilmenit diproses untuk menghilangkan zat besi sehingga berisi titanium dioksida paling sedikit 85%. Bahan-bahan ini dimasukkan ke dalam reaktor fluidized-tempat tidur bersama dengan gas klor dan karbon. Materi yang dipanaskan sampai 1.652 ° F (900 ° C) dan hasil reaksi kimia berikutnya dalam penciptaan murni titanium tetraklorida (TiCl4) dan karbon monoksida. Kotoran adalah hasil dari kenyataan bahwa titanium dioksida murni tidak digunakan di awal. Oleh karena itu berbagai klorida logam yang tidak diinginkan yang dihasilkan harus dibuang.

Pemurnian

* 2 logam bereaksi dimasukkan ke dalam tangki penyulingan besar dan dipanaskan. Selama langkah ini, kotoran dipisahkan dengan menggunakan distilasi fraksional dan presipitasi. Tindakan ini menghilangkan klorida logam termasuk besi, vanadium, zirkonium, silikon, dan magnesium.

Produksi spons

* 3 Selanjutnya, dimurnikan titanium tetraklorida ditransfer sebagai cairan ke bejana reaktor stainless steel. Magnesium kemudian ditambahkan dan wadah dipanaskan sampai sekitar 2012 ° F (1.100 ° C). Argon dipompa ke dalam wadah sehingga udara akan dihapus dan kontaminasi dengan oksigen atau nitrogen dicegah. Magnesium bereaksi dengan klor menghasilkan magnesium klorida cair. Hal ini membuat padat titanium murni karena titik leleh dari titanium lebih tinggi dari reaksi.
* 4 Padatan titanium dikeluarkan dari reaktor dengan membosankan dan kemudian diobati dengan air dan asam klorida untuk menghapus kelebihan magnesium dan magnesium klorida. Padatan yang dihasilkan adalah logam berpori yang disebut spons.

Paduan penciptaan

* 5 Spons titanium murni kemudian dapat diubah menjadi paduan yang dapat digunakan melalui tanur habis-elektroda. Pada titik ini, spons dicampur dengan penambahan paduan berbagai besi tua. Proporsi yang tepat dari spons untuk bahan paduan diformulasikan di laboratorium sebelum produksi. Massa ini kemudian ditekan ke compacts dan dilas bersama-sama, membentuk elektroda spons.
* 6 Elektroda spons kemudian ditempatkan dalam tungku busur vakum untuk mencair. Dalam wadah air-cooled, tembaga, busur listrik digunakan untuk melelehkan elektroda spons untuk membentuk ingot. Semua udara dalam wadah yang baik dihapus (membentuk ruang hampa) atau atmosfer diisi dengan argon untuk mencegah kontaminasi. Biasanya, ingot tersebut remelted satu atau dua kali untuk menghasilkan ingot diterima secara komersial. Di Amerika Serikat, paling ingot dihasilkan dengan metode ini berat sekitar 9.000 lb (4,082 kg) dan 30 di (76,2 cm) di diameter.
* 7 Setelah ingot dibuat, tersebut akan dihapus dari tungku dan diperiksa dari kerusakan. Permukaan dapat dikondisikan seperti yang diperlukan untuk pelanggan. Ingot kemudian dapat dikirim ke produsen barang jadi di tempat yang dapat digiling dan dibuat menjadi berbagai produk.

Produk samping / Limbah

Selama produksi titanium murni sejumlah besar magnesium klorida yang dihasilkan. Bahan ini didaur ulang dalam sel daur ulang segera setelah diproduksi. Sel daur ulang pertama memisahkan logam magnesium keluar maka gas klor dikumpulkan. Kedua komponen yang digunakan kembali dalam produksi titanium.
Masa Depan

Masa Depan kemajuan dalam pembuatan titanium adalah mungkin ditemukan dalam bidang produksi ingot ditingkatkan, pengembangan paduan baru, pengurangan biaya produksi, dan aplikasi untuk industri-industri baru. Saat ini, ada kebutuhan untuk ingot lebih besar daripada yang dapat dihasilkan oleh tungku yang tersedia. Penelitian ini sedang berlangsung untuk mengembangkan tungku yang lebih besar yang dapat memenuhi kebutuhan ini. Penelitian juga sedang dilakukan untuk menemukan komposisi yang optimal dari berbagai paduan titanium. Pada akhirnya, peneliti berharap bahwa bahan-bahan khusus dengan mikro dikendalikan akan mudah diproduksi. Akhirnya, para peneliti telah menyelidiki metode yang berbeda untuk pemurnian titanium. Baru-baru ini ilmuwan di Universitas Cambridge mengumumkan metode untuk memproduksi titanium murni langsung dari titanium dioksida. Hal ini secara substansial dapat mengurangi biaya produksi dan meningkatkan ketersediaan.
Dimana untuk Mempelajari Lebih Banyak
Buku-buku

Othmer, K. Ensiklopedi Teknologi Kimia. New York: Marcel Dekker, 1998.

US Departemen Survei Geologi AS Interior. Mineral Yearbook Volume 1. Jakarta: Pemerintah AS Percetakan Office, 1998.
Periodicals

Freemantle, M. “Titanium Diekstrak Langsung dari TiO2.” Teknik Kimia dan Berita (25 September 2000).

Eylon D. “Titanium untuk Aplikasi Energi dan Industri.” Metalurgi Masyarakat Aime (1987).
Lain

WebElements Web Page. Desember 2001. <http://www.webelements.com&gt;.

Tags.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s