ไททาเนียมถูกค้นพบในคอร์นวอลล์ บริเตนใหญ่ โดยวิลเลียม เกรเกอร์ในปี ค.ศ. 1791 และได้รับการตั้งชื่อโดยมาร์ติน ไฮน์ริช คลาพรอธ ตามชื่อไททันส์ในตำนานเทพเจ้ากรีก ธาตุนี้เกิดขึ้นภายในแหล่งแร่จำนวนหนึ่ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นรูไทล์และอิลเมไนต์ ซึ่งกระจายอยู่ทั่วไปในเปลือกโลกและเปลือกโลก พบในสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมด รวมทั้งแหล่งน้ำ หิน และดิน โลหะถูกสกัดจากแร่หลักโดยกระบวนการ Kroll และ Hunter สารประกอบที่พบมากที่สุดคือไททาเนียมไดออกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตาลิสต์ที่เป็นที่นิยมและใช้ในการผลิตเม็ดสีขาว สารประกอบอื่นๆ ได้แก่ ไททาเนียมเตตระคลอไรด์ (TiCl4) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของตะแกรงควันและตัวเร่งปฏิกิริยา และไททาเนียมไตรคลอไรด์ (TiCl3) ซึ่งใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตโพลิโพรพิลีน
ไทเทเนียมสามารถผสมกับเหล็ก อะลูมิเนียม วานาเดียม และโมลิบดีนัม รวมถึงองค์ประกอบอื่นๆ เพื่อผลิตโลหะผสมที่แข็งแรงและน้ำหนักเบาสำหรับอากาศยาน (เครื่องยนต์ไอพ่น ขีปนาวุธ และยานอวกาศ) การทหาร กระบวนการทางอุตสาหกรรม (เคมีและปิโตรเคมี โรงแยกเกลือออกจากน้ำทะเล เยื่อกระดาษ และกระดาษ) ยานยนต์ เกษตรกรรม (การทำฟาร์ม) ขาเทียมทางการแพทย์ การปลูกถ่ายออร์โธปิดิกส์ เครื่องมือและแฟ้มทันตกรรมและเอ็นโดดอนต์ รากฟันเทียม อุปกรณ์กีฬา เครื่องประดับ โทรศัพท์มือถือ และการใช้งานอื่นๆ
คุณสมบัติที่มีประโยชน์ที่สุดสองประการของโลหะคือความต้านทานการกัดกร่อนและอัตราส่วนความแข็งแรงต่อความหนาแน่น ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาองค์ประกอบโลหะใดๆ ในสภาพที่ไม่เป็นโลหะผสม ไททาเนียมมีความแข็งแรงเท่ากับเหล็กกล้าบางชนิด แต่มีความหนาแน่นน้อยกว่า มีรูปแบบ allotropic สองรูปแบบและไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติห้าไอโซโทปของธาตุนี้ ได้แก่ 46Ti ถึง 50Ti โดยที่ 48Ti มีปริมาณมากที่สุด (73.8 เปอร์เซ็นต์)
คุณสมบัติทางกายภาพ
ในฐานะที่เป็นโลหะ ไททาเนียมได้รับการยอมรับว่ามีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง เป็นโลหะที่แข็งแรงมีความหนาแน่นต่ำซึ่งค่อนข้างเหนียว (โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน) เป็นมันเงาและมีสีขาวเมทัลลิก จุดหลอมเหลวที่ค่อนข้างสูง (1,668 องศาหรือ 3,034 องศาฟาเรนไฮต์) ทำให้มีประโยชน์ในฐานะโลหะทนไฟ เป็นพาราแมกเนติกและมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับโลหะอื่นๆ ไททาเนียมเป็นตัวนำยิ่งยวดเมื่อเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตที่ 0.49 เค
เกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์ (บริสุทธิ์ 99.2 เปอร์เซ็นต์) มีความต้านทานแรงดึงสูงสุดที่ประมาณ 434 MPa (63,000 psi) เท่ากับเกรดของโลหะผสมเหล็กเกรดต่ำทั่วไป แต่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ไททาเนียมมีความหนาแน่นมากกว่าอะลูมิเนียม 60 เปอร์เซ็นต์ แต่มีความแข็งแรงมากกว่าอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6061-T6 ที่ใช้กันทั่วไปถึงสองเท่า ไททาเนียมอัลลอยด์บางชนิด (เช่น Beta C) มีความต้านทานแรงดึงมากกว่า 1,400 MPa (200,000 psi) อย่างไรก็ตาม ไททาเนียมจะสูญเสียความแข็งแรงเมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 430 องศา (806 องศาฟาเรนไฮต์)
ไททาเนียมไม่แข็งเหมือนเหล็กกล้าอบร้อนบางเกรด ไม่เป็นแม่เหล็กและเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ไม่ดี การตัดเฉือนต้องใช้ความระมัดระวังเนื่องจากวัสดุอาจเกิดน้ำดีได้ เว้นแต่จะใช้เครื่องมือที่แหลมคมและวิธีการทำความเย็นที่เหมาะสม เช่นเดียวกับโครงสร้างเหล็ก โครงสร้างที่ทำจากไททาเนียมมีขีดจำกัดความล้าที่รับประกันอายุการใช้งานในการใช้งานบางประเภท
โลหะเป็นไดมอร์ฟิค allotrope ของรูปหกเหลี่ยมที่เปลี่ยนเป็นรูปลูกบาศก์ (ตาข่าย) ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลางที่ 882 องศา (1,620 องศาฟาเรนไฮต์) ความร้อนจำเพาะของแบบฟอร์มจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงนี้ แต่จะลดลงและคงที่ค่อนข้างคงที่สำหรับรูปแบบโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิ
คุณสมบัติทางเคมี
เช่นเดียวกับอลูมิเนียมและแมกนีเซียม พื้นผิวของโลหะไททาเนียมและโลหะผสมของมันจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันทันทีเมื่อสัมผัสกับอากาศเพื่อสร้างชั้นฟิล์มบาง ๆ ที่ไม่มีรูพรุนซึ่งช่วยปกป้องโลหะเทกองจากการเกิดออกซิเดชันหรือการกัดกร่อนเพิ่มเติม เมื่อก่อตัวครั้งแรก ชั้นป้องกันนี้มีความหนาเพียง 1-2 นาโนเมตร แต่จะยังคงเติบโตอย่างช้าๆ โดยมีความหนาถึง 25 นาโนเมตรในสี่ปี ชั้นนี้ทำให้ไททาเนียมทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม เกือบจะเทียบเท่ากับแพลตตินัม
ไททาเนียมสามารถต้านทานการโจมตีโดยกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง สารละลายคลอไรด์ และกรดอินทรีย์ส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ไททาเนียมถูกกัดกร่อนด้วยกรดเข้มข้น ตามที่ระบุโดยศักยภาพรีดอกซ์เชิงลบ ไททาเนียมเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยาทางอุณหพลศาสตร์สูง ซึ่งจะเผาไหม้ในบรรยากาศปกติที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลว สามารถหลอมละลายได้ในบรรยากาศเฉื่อยหรือในสุญญากาศเท่านั้น ที่ 550 องศา (1,022 องศาฟาเรนไฮต์) จะรวมกับคลอรีน นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนอื่นๆ และดูดซับไฮโดรเจน
ไททาเนียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ทันทีที่ 1,200 องศา (2,190 องศาฟาเรนไฮต์) ในอากาศ และที่ 610 องศา (1,130 องศาฟาเรนไฮต์) ในออกซิเจนบริสุทธิ์ ก่อตัวเป็นไททาเนียมไดออกไซด์ ไทเทเนียมเป็นหนึ่งในองค์ประกอบไม่กี่อย่างที่เผาไหม้ในก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์ โดยทำปฏิกิริยาที่ 800 องศา (1,470 องศาฟาเรนไฮต์) เพื่อสร้างไททาเนียมไนไตรด์ ซึ่งทำให้เกิดการเปราะ เนื่องจากมีปฏิกิริยาสูงกับออกซิเจน ไนโตรเจน และก๊าซอื่นๆ มากมาย ไททาเนียมที่ระเหยจากเส้นใยจึงเป็นพื้นฐานสำหรับปั๊มไททาเนียม sublimation ซึ่งไททาเนียมทำหน้าที่เป็นตัวเก็บขยะสำหรับก๊าซเหล่านี้โดยจับกับสารเคมีเหล่านี้ ปั๊มดังกล่าวผลิตแรงดันต่ำมากในระบบสูญญากาศสูงพิเศษในราคาไม่แพง
อุบัติเหต
ไททาเนียมเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับที่ 9 ในเปลือกโลก (0.63 เปอร์เซ็นต์โดยมวล) และเป็นโลหะที่มีมากเป็นอันดับที่ 7 มีอยู่ในรูปของออกไซด์ในหินอัคนีส่วนใหญ่ ในตะกอนที่มาจากพวกมัน ในสิ่งมีชีวิต และในแหล่งน้ำธรรมชาติ จากหินอัคนีจำนวน 801 ชนิดที่วิเคราะห์โดยการสำรวจทางธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา 784 ชิ้นประกอบด้วยไททาเนียม สัดส่วนในดินประมาณ 0.5 ถึง 1.5 เปอร์เซ็นต์
แร่ธาตุที่ประกอบด้วยไททาเนียมทั่วไป ได้แก่ แอนาเทส บรูไคต์ อิลเมไนต์ เพอรอฟสไคต์ รูไทล์ และไททาไนต์ (สฟีน) Akaogiite เป็นแร่หายากมากซึ่งประกอบด้วยไททาเนียมไดออกไซด์ ในบรรดาแร่ธาตุเหล่านี้ มีเพียงรูไทล์และอิลเมไนต์เท่านั้นที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ แต่ถึงแม้จะหายากในระดับความเข้มข้นสูงก็ตาม มีการขุดแร่ประมาณ 6.0 และ 0.7 ล้านตันในปี 2554 ตามลำดับ คราบอิลเมไนต์ที่มีไทเทเนียมซึ่งมีนัยสำคัญมีอยู่ในออสเตรเลียตะวันตก แคนาดา จีน อินเดีย โมซัมบิก นิวซีแลนด์ นอร์เวย์ เซียร์ราลีโอน แอฟริกาใต้ และยูเครน ในปี 2020 มีการผลิตฟองน้ำโลหะไทเทเนียมประมาณ 210,000 ตัน ส่วนใหญ่ในประเทศจีน (110,000 ตัน), ญี่ปุ่น (50,000 ตัน), รัสเซีย (33,{{ 15}} t) และคาซัคสถาน (15,000 t) ปริมาณสำรองรวมของแอนาเทส อิลเมไนต์ และรูไทล์ประมาณว่าเกิน 2 พันล้านตัน
ความเข้มข้นของไททาเนียมอยู่ที่ประมาณ 4 พิโคโมลาร์ในมหาสมุทร ที่ 100 องศา ความเข้มข้นของไททาเนียมในน้ำคาดว่าจะน้อยกว่า 10-7 โมลาร์ที่ pH 7 เอกลักษณ์ของไททาเนียมในสารละลายในน้ำยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด เนื่องจากไททาเนียมมีความสามารถในการละลายต่ำและไม่มีวิธีการทางสเปกโตรสโกปีที่ละเอียดอ่อน แม้ว่าจะมีเพียง 4 บวกสถานะออกซิเดชันมีเสถียรภาพในอากาศ ไม่มีหลักฐานยืนยันบทบาททางชีววิทยา แม้ว่าสิ่งมีชีวิตหายากจะสะสมไททาเนียมที่มีความเข้มข้นสูง
ไททาเนียมมีอยู่ในอุกกาบาต และตรวจพบในดวงอาทิตย์และดาวประเภท M (ประเภทที่เจ๋งที่สุด) ที่มีอุณหภูมิพื้นผิว 3,200 องศา (5,790 องศาฟาเรนไฮต์) หินที่นำกลับมาจากดวงจันทร์ในระหว่างภารกิจ Apollo 17 ประกอบด้วย TiO2 12.1 เปอร์เซ็นต์ ไททาเนียมพื้นเมือง (โลหะบริสุทธิ์) หายากมาก
หากคุณต้องการทราบข่าวสารเพิ่มเติมเกี่ยวกับไททาเนียมกรุณาคลิกที่นี่.
ติดต่อเรา: zhangjixia@bjygti.com
